Este documento presenta los resultados de una práctica de laboratorio para determinar el coeficiente de conductividad térmica (k) y el coeficiente de transferencia de calor (h) de manera experimental. Se midieron las temperaturas inicial y final de una placa calentada para calcular k, y se midió el tiempo para que un vaso de agua alcanzara equilibrio térmico con la placa para calcular h. Los valores obtenidos para k y h fueron consistentes con la teoría de transferencia de calor por conducción y convección respectivamente.

1. Materia:
Laboratorio Integral I.
Practica:
1.- Obtención del Coeficiente de Conductividad Térmica (k).
2.- Obtención del Coeficiente de Película (h).
Profesor:
Rivera Pazos Norman Edilberto.
Alumnos:
1.- Aispuro Meza José Eduardo.
2.- Bustamante Topete José Alfonso.
3.- Cota Castañeda Emanuel.
4.- Estrella Núñez Francisco Javier.
5.- Rodríguez Meraz Jonathan Martin.
6.- Torres Arquieta Fernando.
7.- Villanueva Ornelas José César.
MEXICALI, B.C. A 16 DE MAYO DEL 2018.

2. OBJETIVO:
Determinar experimentalmente el coeficiente de conductividad térmica (k).
Determinar experimentalmente el coeficiente de transferencia de calor (h).

3. MARCO TEORICO:
Se denomina calor a la energía en tránsito que se reconoce solo cuando se cruza la frontera
de un sistema termodinámico. Una vez dentro del sistema, o en los alrededores, si la
transferencia es de dentro hacia afuera, el calor transferido se vuelve parte de la energía
interna del sistema o de los alrededores, según su caso. El término calor, por tanto, se debe
de entender como transferencia de calor y solo ocurre cuando hay diferencia de temperatura
y en dirección de mayor a menor. De ello se deduce que no hay transferencia de calor entre
dos sistemas que se encuentran a la misma temperatura.
En general, se reconocen tres modos distintos de transferencia de
calor: conducción, convección y radiación, aunque en rigor, solo la conducción y radiación
debieran considerarse formas de transmisión de calor, porque solo ellas dependen
exclusivamente de un desequilibrio térmico para producirse. Para que se produzca
convección, tiene que haber un transporte mecánico de masa además de una diferencia de
temperatura, sin embargo, teniendo en cuenta que la convección también transfiere energía
de zonas con mayor temperatura a zonas con menor temperatura, normalmente se admite el
modo transferencia de calor por convección.
- Conducción: Es la transferencia de calor que se produce a través de un medio material
por contacto directo entre sus partículas, cuando existe una diferencia de temperatura y en
virtud del movimiento de sus micropartículas. El medio puede ser sólido, líquido o gaseoso,
aunque en líquidos y gases solo se da la conducción pura si se excluye la posibilidad de
convección. La cantidad de calor que se transfiere por conducción, viene dada por la ley de
Fourier. Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por
unidad de sección transversal, es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el
cuerpo.
- Convección: La transmisión de calor por convección se compone de dos mecanismos
simultáneos. El primero, es la transferencia de calor por conducción, debido al movimiento
molecular, a la que se superpone la transferencia de energía por el movimiento de
fracciones del fluido que se mueven accionadas por una fuerza externa, que puede ser un
gradiente de densidad (convección natural), o una diferencia de presión producida
mecánicamente (convección forzada) o una combinación de ambas. La cantidad de calor
transferido por convección, se rige por la ley de enfriamiento de Newton.
- Radiación: Se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos
o moléculas constitutivas. En ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor
por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las
superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas. El
calor emitido por una superficie en la unidad de tiempo, viene dado por la ley de Stefan-
Boltzmann.

4. La conductividad térmica es una propiedad física de las materias o de los cuerpos que
determina la capacidad de transportar calor por conducción de manera directa y sin
intercambio de materia.
Cada materia posee una conductividad térmica específica que caracteriza el transporte de
calor, el cual siempre fluye de manera espontánea y de mayor a menor temperatura. Por
tanto, el calor se transporta de un cuerpo a otro cuerpo que esté a una temperatura inferior.
Los cuerpos están compuestos por átomos y moléculas, por ello, cuando un cuerpo está
caliente sus átomos y moléculas se mueven rápidamente y transportan su energía hacia el
otro cuerpo menos caliente. Es un transporte de energía continua hasta que el objeto
alcance el equilibrio térmico.
El coeficiente de película, coeficiente de convección o coeficiente de transmisión
superficial, representado habitualmente como h, cuantifica la influencia de las propiedades
del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor
por convección.

5. MATERIAL:
- Parrilla Eléctrica.
- Termómetro de Hg.
- Termómetro Digital Infrarrojo.
- Vaso de Precipitado 500 ml.
- Placa de Metal.
- Vernier.

6. PROCEDIMIENTO:
Una placa de material resistente fue colocada en la parte superior de una parrilla de
calentamiento a temperatura ambiente.
Después se encendió la parrilla para aumentar la temperatura en la superficie de la parrilla y
de la placa.
Cuando la parrilla llego a una temperatura máxima junto con la placa, la placa fue
inmediatamente retirada e introducida a un vaso de precipitado con agua lo sufriente mente
amplio para sumergir la placa y poder llegar al punto de equilibrio, donde la placa y el agua
del vaso de precipitado llegaron a la misma temperatura.

7. RESULTADOS Y ESTIMACION:
Instrumento Incertidumbre
Vaso Precipitado ± 5x10-5 m3
Reloj ± 0.05 s
Termómetro De Hg ± 0.5 Cº
Vernier ± 0.05 mm
Determinaremos la conductividad térmica (k) del material (metal).
A continuación las dimensiones del material:
Ancho= 0.0026 m.
Largo= 0.089 m.
Espesor (dx)= 0.003 m.
A= 0.002314 m2.
m= 0.014 kg.
Calcularemos la tasa de transferencia de calor que genera la parrilla eléctrica, dónde:
La intensidad que maneja la parrilla eléctrica es de 15 Amperes y un voltaje de 120 Volts.
.1800
)120(*)15(
*
Wq
VAmpq
VIq



A partir de la ley de Fourier se determinara el coeficiente de conductividad térmica del
material, sabiendo que la ecuación es la siguiente:















)(*
*
21 TTA
dxq
k
dx
dT
kAq
donde se registraron las siguientes temperaturas:
C130C2.27 21  TT

8. Cm
W
k
CCm
mW
k










700548.22
)1302.27(*)002314.0(
)003.0(*)1800(
2
Determinaremos el coeficiente de transferencia de calor por convección (h).
A continuación se presentan los parámetros:
mH2O= 0.5 kg.
Cp= 4180 J/kg℃.
T1=Ts= 32℃.
T2=Talr= 25℃.
AVaso= 0.036945 m2.
Tiempo de equilibrio (todo el sistema a la misma temperatura)= 260 s.
Se determinara la tasa de transferencia de calor que genera el agua, a partir de la siguiente
ecuación:
.2692.56
260
)2532(*)4180(*)5.0(
**
Wq
s
CC
Ckg
J
kg
q
t
TCpm
q






Ahora se determinara el coeficiente de película (h) mediante la ecuación de la ley de
enfriamiento de Newton:
 
 
 
Cm
W
h
CCm
W
h
TTA
q
h
TThAq
alrs
alrs







2
2
5790.217
2532*)036945.0(
2692.56
*

9. ANALISIS:
Se determinó experimentalmente que entre más se produzca la tasa de transferencia de
calor, será proporcionalmente directo al coeficiente de conductividad térmica del material
analizado; en este caso si se presenta más calor, querrá decir que su conductividad térmica
será mayor o viceversa.
Se obtuvo un valor del coeficiente de convección un poco alto ya que se manejó
convección forzada que entra en el parámetro del agua (50 - 10000).

10. CONCLUSIÓN:
Con esta práctica pudimos observar cómo es que el calor se transfiere a través de algún
material, donde se manifiesta que el coeficiente de conductividad térmica será mucho
menor si este cuenta con propiedades de aislante; caso contrario a lo que sucede con el
valor de k para un material con altos valores de calor.
El valor de h entra en los valores de h teórico para la convección forzada, esto debido a que
el agua se sometió a cambios bruscos de temperatura por el contacto con el material que se
encontraba con alta temperatura.