Este documento describe un experimento sobre la conducción de calor en una barra cilíndrica de bronce con pérdidas de calor. El objetivo es medir la transferencia de calor a través del cuerpo sólido y determinar la cantidad de calor transferida y perdida aplicando la ley de Fourier. Se realizan mediciones de temperatura en nodos a lo largo de la barra en diferentes tiempos hasta alcanzar el estado estacionario. Luego, se calcula el flujo de calor en cada nodo usando los datos experimentales para balancear la energía.

1. PRACTICA #2
[CONDUCCIÓN DE CALOR EN UNA BARRA CILINDRICA CON
PERDIDAS DE CALOR]
0 Equipo 5
PRACTICA
#2
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E
INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
ACADEMIA DE OPERACIONES UNITARIAS
LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE FENÓMENOS DE
TRANSPORTE
Profesora:
ELIZABETH SÁNCHEZ HERNÁNDEZ
GRUPO: 2IM31/2IM34
EQUIPO: 5
SECCIÓN: 2
ALUMNO:
ESPINOSA HIPÓLITO KEVIN DANIEL
GARCÍA MARTÍNEZ CHRISTIAN ROEL
LUJÁN VÁZQUEZ ROBERTO ANTONIO
RAMÍREZ AYÓN ADANELY
Miriam Bethel Valdez De Gante
CONDUCCION DE
CALOR EN UNA
BARRA CILINDRICA
CON PERDIDAS DE
CALOR

2. PRACTICA #2
[CONDUCCIÓN DE CALOR EN UNA BARRA CILINDRICA CON
PERDIDAS DE CALOR]
1 Equipo 5
Consideraciones Teóricas:
Calor es la energía en transito debido a una diferencia de temperaturas, por lo que
siempre que exista una diferencia de temperaturas en un cuerpo o entre cuerpos, debe
ocurrir una transferencia de calor.
El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres
procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos
predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de
una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un
quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del
Sol casi exclusivamente por radiación.
Cuando existe un gradiente de temperatura en un medio en reposo (que puede ser un
sólido o un fluido) utilizamos el término conducción para referirnos a la transferencia de
calor que se producirá a través del medio. En cambio, el término convección se refiere a
la transferencia de calor que ocurrirá entre una superficie y un fluido en movimiento
cuando están a diferentes temperaturas. El tercer modo de transferencia de calor se
denomina radiación térmica. Todas las superficies con temperatura finita emiten energía
en forma de ondas electromagnéticas. Por tanto, en ausencia de un medio, existe una
transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas.
Conducción: La conducción se considera como la transferencia de energía de las
partículas mas energéticas a las menos energéticas de una sustancia debido a las
interacciones entre las mismas. En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es
la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su
temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se
comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos,
pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan
energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los
buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor.
Es posible cuantificar los procesos de transferencia de calor en términos de las
ecuaciones o modelos apropiados. Estas ecuaciones o modelos sirven para calcular la

3. PRACTICA #2
[CONDUCCIÓN DE CALOR EN UNA BARRA CILINDRICA CON
PERDIDAS DE CALOR]
2 Equipo 5
cantidad de energía que se transfiere por unidad de tiempo. Para la conducción de calor,
la ecuación o modelo se conoce como ley de Fourier.
El flujo de calor o transferencia de calor por unidad de área ( ) es la velocidad
con que se transfiere el calor en la dirección x por área unitaria perpendicular a la
dirección de transferencia, y es proporcional al gradiente de temperatura, en esta
dirección. La constante de proporcionalidad k, es una propiedad de transporte conocida
como conductividad térmica (W/m*k) y es una característica del material de la pared.
Convección: Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas,
es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento del fluido
puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad suele
disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido mas caliente y
menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo
de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se
denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un
gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la
mecánica de fluidos. El modo de transferencia de calor por convección se compone de
dos mecanismos. Además de la transferencia de energía debida al movimiento molecular
aleatorio (difusión o conducción), la energía también se transfiere mediante el movimiento
global, o macroscópico del fluido.
Radiación: La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y
la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino
que pueden estar separadas por un vacío. La radiación es un término que se aplica
genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas.

4. PRACTICA #2
[CONDUCCIÓN DE CALOR EN UNA BARRA CILINDRICA CON
PERDIDAS DE CALOR]
3 Equipo 5
La radiación térmica es la energía emitida por la materia que se encuentra a una
temperatura finita. La energía del campo de radiación es transportada por ondas
electromagnéticas. Mientras la transferencia de energía por conducción o por convección
requiere la presencia de un medio material, la radiación no lo precisa. De hecho, la
transferencia de radiación ocurre de manera más eficiente en el vacío.
Además los procesos de transmisión de calor que aumentan o disminuyen las
temperaturas de los cuerpos afectados, la transmisión de calor también puede producir
cambios de fase, como la fusión del hielo o la ebullición del agua. En ingeniería, los
procesos de transferencia de calor suelen diseñarse de forma que aprovechen estos
fenómenos.
Conductividad Térmica: El uso de la ley de Fourier hace obligatorio el conocimiento de
la conductividad térmica. Esta propiedad, a la que se hace referencia como propiedad de
transporte, proporciona una indicación de la velocidad a la que se transfiere energía
mediante el proceso de conducción, y depende de la estructura física de la materia,
atómica y molecular, que se relaciona con el estado de la materia. Esto quiere decir que
se ve reflejado en el hecho de que los solidos son mejores conductores de calor que los
líquidos, y estos que los gases.
Objetivo General:
Al término de la práctica, el alumno será capaz de identificar y medir la transferencia de
calor, a través de un cuerpo solido.
Objetivo Específicos:
1. El alumno realizará, el balance de calor total a través de una varilla sólida de
bronce.
2. El alumno, determinará la cantidad de calor que se transfiere a través del cuerpo
sólido aplicando la ley de Fourier.
3. El alumno determinará la cantidad de calor perdido hacia los alrededores,
mediante el cálculo del coeficiente de transmisión de calor.
4. El alumno identificara, cuando se le alcanza el estado estacionario de
transferencia de calor, mediante un perfil de temperaturas.

5. PRACTICA #2
[CONDUCCIÓN DE CALOR EN UNA BARRA CILINDRICA CON
PERDIDAS DE CALOR]
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Diagrama de Bloques
1. Explicación del equipo y
nodos en la varilla.
2. Ubicación de la fuente.
3. Se enciende el equipo.
4 Tener a la mano un
cronómetro para realizar
lecturas de las
temperaturas.
5. Se lleva a 7 Volts e I=
0.27 A
6. Se enciende el
cronómetro y en 5 min.
transcurridos se toma las
lecturas de las
temperaturas de T1 a T9.
7. Para observar la estabilizacion de
las temperaturas se sigue tomando
las temp. en 10, 15, 20, 25 y 30 min.
Con este voltaje se ha encontrado
estabilización de las temperaturas en
cada nodo entre 30 y 35 min. Con un
error ±0.1-0.2
8. Se obtiene la estabilizacion y
se subraya las temperaturas
permanentes en el último
tiempo. Estas temperaturas se
tomarán para el balance de
energia.

6. PRACTICA #2
[CONDUCCIÓN DE CALOR EN UNA BARRA CILINDRICA CON
PERDIDAS DE CALOR]
5 Equipo 5
9. Encontrada la
estabilización de las
temperaturas en cada
nodo en seguida se realiza
la segunda prueba.
10. Se lleva a 7.6 volts e
I=0.29 A
11. Y nuevamente se
procede con el punto 4.
12. Se toman lecturas de 5,
10, 15, 20, 25, 30, 35 min.
Con este voltaje se ha
encontrado en un intervalo
de tiempo de 35 a 40 min.
13. Se procede el punto 8.
14. Obtención de gráficas
de estabilización de
temperaturas y tiempo.
15. Obtención de gráficas
de temperaturas en cada
tiempo contra longitud de
la barra régimen
permanente.
16. Balance de calor en
cada nodo obteniendo el
calor conducido y perdido
con respecto al calor inicial.

7. PRACTICA #2
[CONDUCCIÓN DE CALOR EN UNA BARRA CILINDRICA CON
PERDIDAS DE CALOR]
6 Equipo 5
Cálculos
Datos experimentales
V= 7 volts
I= 0.27 Ampers
Qi= 1.89 Kcal/h
k= 104 Kcal/h m
D= 0.01 m
L= 0.35m
pi= 3.141592654
At= 7.85398E-05m
As= 0.010995574m
Qxini= 24064.2274
Tabla de datos experimentales
Tpar x (m) t t t t t t t t t t t
1 0 21 29.7 33.1 35.1 36.3 37.2 37.8 38.3 38.6 38.8 38.9
2 0.05 20.9 25.9 28.7 30.4 31.4 32.2 32.7 33.1 33.3 33.5 33.6
3 0.1 20.9 23.5 25.8 27.2 28.1 28.7 29.2 29.5 29.7 29.9 29.9
4 0.15 21 22.5 24.2 25.3 26.1 26.7 27.2 27.5 27.6 27.8 27.8
5 0.2 21.1 21.9 23.1 24.1 24.7 25.3 25.7 25.9 26.1 26.2 26.2
6 0.25 21 21.5 22.3 23.1 23.7 24.2 24.6 24.8 25 25.1 25.1
7 0.3 21 21.4 22 22.7 23.2 23.7 24 24.3 24.4 24.5 24.6
8 0.35 20.8 21.1 21.6 22.2 22.8 23.2 23.6 23.8 23.9 24 24.1
9 ------------- 20.9 21.1 21.1 21.2 21.2 21.2 21.3 21.3 21.4 21.4 21.5
tiempo 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

8. PRACTICA #2
[CONDUCCIÓN DE CALOR EN UNA BARRA CILINDRICA CON
PERDIDAS DE CALOR]
7 Equipo 5
Diferencia de temperaturas
Flux de calor en cada nodo
dx dt dt dt dt dt dt dt dt dt dt
0.05 -3.8 -4.4 -4.7 -4.9 -5 -5.1 -5.2 -5.3 -5.3 -5.3
0.05 -2.4 -2.9 -3.2 -3.3 -3.5 -3.5 -3.6 -3.6 -3.6 -3.7
0.05 -1 -1.6 -1.9 -2 -2 -2 -2 -2.1 -2.1 -2.1
0.05 -0.6 -1.1 -1.2 -1.4 -1.4 -1.5 -1.6 -1.5 -1.6 -1.6
0.05 -0.4 -0.8 -1 -1 -1.1 -1.1 -1.1 -1.1 -1.1 -1.1
0.05 -0.1 -0.3 -0.4 -0.5 -0.5 -0.6 -0.5 -0.6 -0.6 -0.5
0.05 -0.3 -0.4 -0.5 -0.4 -0.5 -0.4 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5
0 -0.5 -1 -1.6 -2 -2.3 -2.5 -2.5 -2.6 -2.6
Tpar q5 q10 q15 q20 q25 q30 q35 q40 q45 q50
1 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274
2 7904 9152 9776 10192 10400 10608 10816 11024 11024 11024
3 4992 6032 6656 6864 7280 7280 7488 7488 7488 7696
4 2080 3328 3952 4160 4160 4160 4160 4368 4368 4368
5 1248 2288 2496 2912 2912 3120 3328 3120 3328 3328
6 832 1664 2080 2080 2288 2288 2288 2288 2288 2288
7 208 624 832 1040 1040 1248 1040 1248 1248 1040
8 624 832 1040 832 1040 832 1040 1040 1040 1040

9. PRACTICA #2
[CONDUCCIÓN DE CALOR EN UNA BARRA CILINDRICA CON
PERDIDAS DE CALOR]
8 Equipo 5
Flujo de calor en cada nodo
( )
Calor perdido en cada nodo
Tpar QX5 QX10 QX15 QX20 QX25 QX30 QX35 QX40 QX45 QX50
0 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89
2 0.62077871 0.7187964 0.76780524 0.80047781 0.81681409 0.83315037 0.84948665 0.86582294 0.86582294 0.86582294
3 0.39207076 0.47375217 0.52276102 0.5390973 0.57176986 0.57176986 0.58810614 0.58810614 0.58810614 0.60444243
4 0.16336282 0.26138051 0.31038935 0.32672564 0.32672564 0.32672564 0.32672564 0.34306192 0.34306192 0.34306192
5 0.09801769 0.1796991 0.19603538 0.22870795 0.22870795 0.24504423 0.26138051 0.24504423 0.26138051 0.26138051
6 0.06534513 0.13069025 0.16336282 0.16336282 0.1796991 0.1796991 0.1796991 0.1796991 0.1796991 0.1796991
7 0.01633628 0.04900885 0.06534513 0.08168141 0.08168141 0.09801769 0.08168141 0.09801769 0.09801769 0.08168141
8 0.04900885 0.06534513 0.08168141 0.06534513 0.08168141 0.06534513 0.08168141 0.08168141 0.08168141 0.08168141
Tpar Qp5 QP10 QP15 QP20 QP25 QP30 QP35 QP40 QP45 QP50 T-Ta
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ---
2 1.26922129 1.1712036 1.12219476 1.08952219 1.07318591 1.05684963 1.04051335 1.02417706 1.02417706 1.02417706 12.7
3 1.49792924 1.41624783 1.36723898 1.3509027 1.31823014 1.31823014 1.30189386 1.30189386 1.30189386 1.28555757 9
4 1.72663718 1.62861949 1.57961065 1.56327436 1.56327436 1.56327436 1.56327436 1.54693808 1.54693808 1.54693808 6.8
5 1.79198231 1.7103009 1.69396462 1.66129205 1.66129205 1.64495577 1.62861949 1.64495577 1.62861949 1.62861949 5.1
6 1.82465487 1.75930975 1.72663718 1.72663718 1.7103009 1.7103009 1.7103009 1.7103009 1.7103009 1.7103009 4.1
7 1.87366372 1.84099115 1.82465487 1.80831859 1.80831859 1.79198231 1.80831859 1.79198231 1.79198231 1.80831859 3.6
8 1.84099115 1.82465487 1.80831859 1.82465487 1.80831859 1.82465487 1.80831859 1.80831859 1.80831859 1.80831859 3.3

10. PRACTICA #2
[CONDUCCIÓN DE CALOR EN UNA BARRA CILINDRICA CON
PERDIDAS DE CALOR]
9 Equipo 5
Graficas
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
Calor perdido
Calor por conduccion
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 10 20 30 40 50 60
TEMPERATURA°C
TIEMPO (min)
Estabilización
Tpar1
Tpar2
Tpar3
Tpar4
Tpar5
Tpar6
Tpar7
Tpar8
Tpar9

11. PRACTICA #2
[CONDUCCIÓN DE CALOR EN UNA BARRA CILINDRICA CON
PERDIDAS DE CALOR]
10 Equipo 5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
TEMPERATURA°C
LONGITUD (cm)
Regimen permanente
5min
10min
15min
20min
25min
30min
35min
40min
45min
50min
y = -0.0844x + 2.0826
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 2 4 6 8 10 12 14
m=As h
m=As h
Linear (m=As h)