1. Instituto
Tecnológico
De Mexicali
Carrera:
ing. química
Asignatura:
Laboratorio integral I
Contenido:
Practica: de perfil de temperatura
Profesor:
Norman Rivera Pasos
Alumno:
Acosta Orozco Amanda Paulina
Alonso Zavala Sthefanie Cecilia
18 de febrero de 2009

2. Índice
Objetivo…………………………………………………………………………………………………...3
Motivación.……………………………………………………………………………………………….3
Fundamento teórico…………………………………………………………………………………..3
Diseño de la practica……………………………………………………………………….…..……8
Equipo………………………………………………………………………………...…….…………….8
Variables y parámetros…………………………………..………………………………………….8
Mediciones y resultados………………………………………………..…………………………..9
Bibliografía………………………………………………………………………………………………11
Conclusión………………………………………………..…………………………………………….11
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3. Objetivo
Determinar experimentalmente los perfiles de temperatura en diferentes materiales
Motivación
Conocer las características térmicas del hierro y aluminio ya que esto nos permitirá en
realizar análisis sobre estos materiales y el uso que se les puede dar según sus
propiedades.
Fundamento teórico
Los cuerpos, sometidos a la influencia de una fuente calórica, se calientan, es decir,
absorben parte del calor transmitido. También esos cuerpos, en función del material de
que están constituidos, no absorben ese calor de la misma forma e intensidad.
El calor absorbido por el cuerpo lo recorre interiormente, desde la cara expuesta a la
fuente calórica, hasta la cara opuesta. Es decir desde una zona de mayor temperatura
a otra de menor temperatura.
En este fenómeno, que se conoce con el nombre de conductividad térmica, vemos que
no todo el calor absorbido por la cara expuesta llega hasta la opuesta. Esto lo podemos
comprobar aplicando una mano sobre ambas caras, con lo cual sentiremos que la cara
opuesta está más fría que la expuesta.
Esto significa que el cuerpo opuso cierta resistencia al paso del calor por su interior;
este fenómeno se conoce como resistencia térmica del material.
La propiedad de retener parte del calor absorbido e impedir su paso total de una cara
a la otra del cuerpo, es la capacidad aislante al calor que posee el material.
En un muro cualquiera de una construcción, el calor imperante en el exterior, pasará a
través de su masa al interior del local, en la medida que su capacidad aislante lo
permita.
La transmitancia térmica, es decir, la propiedad de los cuerpos de dejar pasar calor a
través de su masa, deberá entonces limitarse.
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4. La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la
capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es
también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus
moléculas a otras moléculas adyacentes o a substancias con las que está en contacto.
En el Sistema Internacional de Unidades la conductividad térmica se mide en W/(K·m).
También se lo expresa en J/(s·°C·m)
La inversa de la conductividad térmica es la resistencia térmica, que es la capacidad de
los materiales para oponerse al paso del calor.
El fenómeno de transferencia
Hemos visto que cuando dos o más sistemas de temperaturas diferentes se ponen en
comunicación entre sí a través de una pared diatérmana alcanzan el estado de
equilibrio térmico.
Este fenómeno se explica por el pasaje de energía calorífica de los cuerpos de mayor
temperatura a los de menor temperatura y se lo denomina transmisión de calor. En un
sentido más amplio, este fenómeno se produce también entre las porciones de un
mismo cuerpo que se encuentran a diferentes temperaturas y entre cuerpos que no
estando en contacto se encuentran también a temperaturas diferentes.
En este fenómeno el estado de agregación molecular es importante, ya que de acuerdo
a como estén vinculadas estas moléculas, se presentarán tres formas de transmisión
de calor:
1) Conducción: esta forma de transmisión de calor se manifiesta principalmente en los
cuerpos sólidos y se caracteriza por el pasaje del calor desde los puntos de mayor
temperatura hacia los de menor temperatura sin desplazamiento apreciable de
materia. La transmisión de calor puede producirse de una parte a otra del mismo
cuerpo o de un cuerpo a otro en contacto con él.
2) Convección: esta forma se manifiesta en los líquidos y gases que alcanzan el
equilibrio térmico como consecuencia del desplazamiento de materia que provoca la
mezcla de las porciones del fluido que se encuentran a diferentes temperaturas. La
convección será natural cuando el movimiento del fluido se debe a diferencias de
densidad que resultan de las diferencias de temperatura. La convección será forzada
cuando el movimiento es provocado por medios mecánicos, por ejemplo mediante un
agitador en los líquidos o un ventilador en los gases.
3) Radiación: es la forma de transmisión en la que el calor pasa de un cuerpo de
mayor temperatura a otro de menor temperatura sin que entre ellos exista un vínculo
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5. material. Esto indica que el calor se transmite en el vacío, en forma de ondas
electromagnéticas denominadas comúnmente radiación o energía radiante.
Si bien para facilitar el fenómeno de transmisión hemos separado el fenómeno en tres
formas diferentes, en la naturaleza el calor generalmente se transmite en dos o tres
formas simultáneamente. Es decir que la conducción puede incluir también convección
y radiación y los problemas de convección incluyen a la conducción y a la radiación.
Conducción del calor
Algunas sustancias conducen el calor mejor que otras y se las denomina buenos
conductores, mientras que aquellas que lo hacen con mayor dificultad se denominan
malos conductores o aisladores. Entre las primeras se encuentran los metales y entre
los malos conductores los gases y los líquidos como así también muchos cuerpos
sólidos. Se debe tener en cuenta que el mercurio por ser un metal es buen conductor
del calor a pesar de encontrarse en estado líquido.
El mecanismo de la transmisión del calor se estudia más fácilmente en los cuerpos
sólidos pues en este caso no hay convección. Al no haber movimiento relativo de
moléculas.
La temperatura de un punto de un sólido en un instante dado, cuando el sólido está
transmitiendo calor por conducción, depende de las coordenadas del punto
considerado. Por otra parte, para cada punto en particular, la temperatura será en
general función del tiempo.
Si referimos todos los puntos del sólido a un sistema de coordenadas x, y, z y
llamamos τ al tiempo, podremos escribir entonces para la temperatura t que:
t = f(x, y, z, τ)
Cuando como en este caso, la distribución de las temperaturas de los puntos de un
sólido depende no sólo de las coordenadas de los diferentes puntos sino también del
tiempo, el estado térmico del cuerpo se denomina de régimen variable.
En un cuerpo sólido puede ocurrir que después de un cierto tiempo las temperaturas
de todos sus puntos permanezcan constantes o sea que no varía con el tiempo. En
este caso la distribución de las temperaturas dependerá solamente de las coordenadas
de los diferentes puntos considerados, por lo que escribiremos:
t = f (x, y, z )
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6. En este caso el estado térmico se denomina de régimen estacionario o permanente.
Estado térmico estacionario: gradiente o caída de temperatura
Supongamos, para simplificar, que el calor se transmite a lo largo del eje x, o sea que
la distribución de las temperaturas es función de esa coordenada:
t = f (x ) en régimen estacionario
Además tomaremos una variación lineal de t con respecto a x, o sea:
t=a+bx
Conductividades térmicas de los materiales
La conductividad térmica es una propiedad de los materiales que valora la capacidad
de transmitir el calor a través de ellos. Es elevada en metales y en general en cuerpos
continuos, y es baja en los polímeros, siendo muy baja en algunos materiales
especiales como la fibra de vidrio, que se denominan por eso aislantes térmicos. Para
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7. que exista conducción térmica hace falta una sustancia, de ahí que es nula en el vacío
ideal, y muy baja en ambientes donde se ha practicado un vacío bajo.
En algunos procesos industriales se trabaja para incrementar la conducción de calor,
bien utilizando materiales de alta conductividad o configuraciones con un elevado área
de contacto. En otros, el efecto buscado es justo el contrario, y se desea minimizar el
efecto de la conducción, para lo que se emplean materiales de baja conductividad
térmica, vacíos intermedios (ver termo), y se disponen en configuraciones con poca
área de contacto..
La tabla que se muestra a continuación se refiere a la capacidad de ciertos materiales
para transmitir el calor. El coeficiente de conductividad térmica(λ) caracteriza la
cantidad de calor necesario por m2, para que atravesando durante la unidad de
tiempo, 1 m de material homogéneo obtenga una diferencia de 1 °C de temperatura
entre las dos caras. Es una propiedad intrínseca de cada material que varía en función
de la temperatura a la que se efectúa la medida, por lo que suelen hacerse las
mediciones a 300 Kcon el objeto de poder comparar unos elementos con otros. Es un
mecanismo molecular de transferencia de calor que ocurre por la excitación de las
moléculas. Se presenta en todos los estados de la materia pero predomina en los
sólidos.
Material W/m.K
Acero 47-58
Agua 0,58
Aire 0,02
Alcohol 0,16
Alpaca 29,1
Aluminio 209,3
Amianto 0,04
Bronce 116-186
Cinc 106-140
Cobre 372,1-385,2
Corcho 0,04-0,30
Estaño 64,0
Fibra de Vidrio 0,03-0,07
Glicerina 0,29
Hierro 1,7
Ladrillo 0,80
Ladrillo Refractario 0,47-1,05
Latón 81-116
Litio 301,2
Madera 0,13
Mercurio 83,7
Mica 0,35
Níquel 52,3
Oro 308,2
Parafina 0,21
Plata 406,1-418,7
Plomo 35,0
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8. Vidrio 0,6-1,0
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9. Material y equipo
Parrilla eléctrica
Soporte universal
Pinzas para soporte
Termómetro láser
Variables y parámetros
La distancia
La temperatura
Diseño de la práctica
1. Ensamblar las pinzas con el soporte y posteriormente fijar cada barra con su
respectiva pinza, sobre la parrilla.
2. Prender la parrilla y esperar a que el flujo de calor sea uniforme.
3. Empezar a hacer las mediciones en los orificios que tiene el aislante de cada
barra.
4. Finalmente medir el espacio entre cada una de las mediciones.
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10. Resultados
Barra aluminio
Material Medición h(cm) h (m) T C T (K)
Aluminio T0 0 0 190 463.15
T1 3 0.03 80 353.15
T2 7.5 0.075 47.4 320.55
T3 12 0.12 37.6 310.75
T4 17.5 0.175 34.2 307.35
T5 22.5 0.225 33.6 306.75
Aluminio
0.25
0.2
0.15
T (K)
Serie1
0.1
0.05
0
0 100 200 300 400 500
h (m)
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11. Barra hierro
Material Medición h(cm) h (m) TC T (K)
Hierro T0 0 0 190 463.15
T1 3.5 0.035 60.6 333.75
T2 8 0.08 35.6 308.75
T3 12.5 0.125 34.6 307.75
T4 18.5 0.185 34.2 307.35
T5 23.5 0.235 32.2 305.35
Hierro
0.25
0.2
0.15
T (K)
Serie1
0.1
0.05
0
0 100 200 300 400 500
h (m)
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12. Bibliografía
www.fisicanet.com
Trasferencia de calor 2da ed. José ángel Manrique Valadez
Conclusión
En la practica se logro observar la variación de la temperatura con la distancia que
existía a la fuente de calor, ya que cada material se comporta de diferente manera,
además aislante, el diámetro y longitud de cada barra influyo en las diferentes
temperaturas que se obtuvieron
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