Reporte de Laboratorio 09

1. LABORATORIO INTEGRAL I
Ingeniería Química
Profesor:
• Norman Edilberto Rivera Pasos
Integrantes:
• Álvarez Carrillo Alejandra
• Fabela Quevedo José Ernesto
• Galaviz Romero Fernando
• Gaytan Cabrera Israel
• López Mora Aguarena Marisol
• Solís Aguilar Diana Laura
Practica #9 Determinar en forma experimental
el valor del coeficiente térmico (K).

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INDICE
Introducción...……………………………...…………...……………………….………....2
Objetivo………………………...……………….……..……………………………....……2
Marco teórico...………………………….…………….………………….…......…………2
Material…….………………………………..……………..……………….…..………….5
Procedimiento……………………………………………………………….....………….5
Resultados.………………………………..………………..……..………………………7
Conclusiones……….…………………….……………………………..…...……………8
Referencias………………………………………………………………….....………….8

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Introducción:
La conductividad térmica de los sólidos es mayor y es más fácil transmitir calor a
través de un sólido que a través de un líquido. Algunos sólidos, tales como los
metales, tienen altas conductividades térmicas y se llaman conductores.
En esta práctica se muestran los resultados obtenidos así como la realización para
obtener el valor del coeficiente térmico además se explica un poco acerca de este
coeficiente y conceptos referentes a este tema.
Objetivo:
 Determinar experimentalmente el coeficiente térmico (K).
Marco Teórico:
Los fundamentos de la conducción de calor se establecieron hace más de un siglo y
se atribuyen generalmente a Fourier.
Cuando la conductancia se reporta para una cantidad de material de un pie de
grueso con un área de flujo de un pie2
, la unidad de tiempo 1 h y la diferencia de
temperatura 1°F, se llama conductividad térmica k. Las correlaciones entre la
conductividad térmica y la conductancia de una pared de grueso L y área A, están
entonces dadas por:
T
L
A
kQ '

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 Influencia de la temperatura y la presión en k.
La conductividad térmica de los sólidos es mayor que la de los líquidos, la que a su
vez es mayor que la de los gases. Es más fácil transmitir calor a través de un sólido
que a través de un líquido y más fácil por un líquido que por un gas. Algunos
sólidos, tales como los metales, tienen altas conductividades térmicas y se llaman
conductores. Otros tienen bajas conductividades y son malos conductores del calor.
Las conductividades de los sólidos pueden, ya sea aumentar o disminuir con la
temperatura, y en algunos casos pueden hasta invertir su velocidad de cambio de
una disminución a un incremento.
 Resistencia de contacto.
Uno de los factores que origina error en la determinación de la conductividad
térmica, es la naturaleza de la unión formada entre la fuente de calor y el fluido o
espécimen sólido que hace contacto con él y transmite el calor. Si un sólido recibe
calor haciendo contacto con un sólido, es casi imposible excluir la presencia de aire
u otro fluido en el punto de contacto. Aun cuando un líquido esté en contacto con
un metal, la presencia de pequeñas rugosidades puede entrampar permanentemente
burbujas infinitesimales de aire, y debe tenerse en cuenta que pueden causar errores
considerables.
 Derivación de la ecuación general de la conducción.
En la ecuación anterior se obtuvo una idea de la conducción de calor por
observaciones no calificadas de las relaciones entre el flujo de calor, potencial y
resistencia. Ahora es posible desarrollar una ecuación que tenga una aplicación más
amplia y a partir de la cual se puedan deducir otras ecuaciones para aplicaciones
especiales. La ecuación descrita se puede escribirse en forma diferencial:

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dx
dT
kdA
d
dQ


En este enunciado k es la única propiedad de la materia y se supone que es
independiente de las otras variables. Un cubo de volumen elemental dv = dx dy dz
recibe una cantidad diferencial de calor dQ1 a través de su cara izquierda yz en un
intervalo de tiempo d0. Supóngase que todas las caras, menos la izquierda y
derecha yz, están aisladas. En el mismo intervalo de tiempo, la cantidad de calor
dQ2 abandona el lado derecho.
Es claro que pueden ocurrir cualquiera de estos tres efectos:
1. dQ1 puede ser mayor que dQ2 de manera que el volumen elemental almacene
calor, aumentando la temperatura promedio del cubo
2. dQ2, puede ser mayor que dQ1, de manera que el cubo pierda calor
3. dQ1 y dQ2, pueden ser iguales, de manera que el calor simple mente pasará a
través del cubo sin afectar el almacenamiento de calor.
Tomando cualquiera de los dos primeros casos como más general, se puede definir
un término de almacenamiento dQ como la diferencia entre el calor que entra y el
calor que sale: dQ = dQ1 -dQ2
Cuando el flujo de calor hacia adentro y afuera del cubo
es constante, como en el estado estable, t no varía con el
tiempo
La ecuación del estado estable es:
dx
dT
kAdQ 

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Material:
 Placa de aluminio
 Placa de Hierro
 Plancha o Parilla eléctrica
 3 Soportes Universales
 3 pinzas de tres dedos
 Termopar
 Par de guantes de asbesto
 Caja de madera aislada
Material para la construcción de la caja.
 Madera
 Chilillos 2in
 Hule espuma(poliuretano)
 Cortadora
Procedimiento:
 Para la construcción de la caja:
1. Cortar la madera
2. Achilillar la madera
3. Crear el cuadro de madera
4. Recubrirlo con poliuretano
5. Dejar secar por 1 hora listo

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 Procedimiento general:
1. Ir por material.
2. Colocar los soportes universales alrededor de la plancha.
3. Colocar las pinzas de tres dedos de forma que soporten el peso de la caja.
4. Insertar la placa en caja.
5. Colocar la caja sobre las pinzas de tres dedos (Cuidando que quede en la
posición correcta sobre la plancha).
6. Encender la plancha a una temperatura de 420 *C.
 Para la toma de temperaturas:
Al calentarse la parrilla se debe esperar unos cuantos minutos a que alcance un
equilibrio, para así proceder a medir las temperaturas.
1. Con ayuda del termopar, se coloca en la parte
inferior de la placa y se apunta la primera lectura que
nos dé.
2. Después se procede a tomar la temperatura en la
parte superior por un pequeño orificio dentro de la
caja.
3. El procedimiento se realiza de la misma forma
que en la parte inferior de la placa,

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Resultados y Cálculos:
Por la ecuación:
dx
dT
kAQ 
Obtenemos Q, con los datos conocidos por la placa de aluminio sustituimos:
00095.0
6.2
016384.0*3.209Q
Q = 9385.10 W o 9.3851 KW
Para calcular el valor del coeficiente térmico (K) despejamos K de la ecuación:
dTA
dxQ
k
*
*

DATOS
Placa de aluminio Placa de Hierro
Q (W) 9385.10 Q (W) 9385.10
x (m) 0.00095 x (m) 0.00095
Temperatura superior
(K) 323.2
Temperatura superior
(K) 321.7
Temperatura inferior
(K) 325.8
Temperatura inferior
(K) 326.6
T (K) 2.6 T (K) 4.9
Área (m2
) 0.016384 Área (m2
) 0.020521
k (W/m K) 209.3 K (W/m K) ¿?

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Sustituyendo datos obtenidos de la placa de Hierro, donde Q es el valor obtenido
anteriormente ya que todo el sistema es igual por lo que sería el mismo calor
transferido:
9.4*020521.0
00095.0*10.9385
k
k = 86.8948 W/ m K
*El valor dado en tablas es de: 80.6 W / m K
Conclusión:
En conclusión esta práctica fue interesante ya que llevamos lo anteriormente visto a
la práctica donde pudimos comparar el valor de k obtenido experimentalmente el
cual fue 86.8 W/m K con el valor ya dado por tablas que es 80.2 W/m K los cuales
se asemejan mucho, también podemos concluir que existen muchos factores que se
deben de cuidar al momento de realizar la práctica ya que si no se pone atención
pueden causar problemas al momento de realizar los cálculos, nosotros trabajamos
con dos diferentes placas siendo puestas en el mismo sistema para poder obtener el
valor del coeficiente térmico de forma sencilla pudiendo comparar lo obtenido con
el valor ya establecido.
Referencias
Recuperado de:
http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/fis/condutermica.pdf