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Transferencia de calor aplicadaExperiencia de laboratorio N°1:ConducciónAutor: Robinson Eduardo morales Barrera Rut: 18.922- Asignatura: Transferencia de calor aplicada Carrera: Ingeniería en ejecución mecánica Docente: Santiago Soler Milla Semestre: primer semestre año 2021 Fecha: 7 de mayo de 2021...

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Transferencia de calor aplicada Experiencia de laboratorio N°1: Conducción

Autor: Robinson Eduardo morales Barrera Rut: 18.922.885-6 Asignatura: Transferencia de calor aplicada Carrera: Ingeniería en ejecución mecánica Docente: Santiago Soler Milla Semestre: primer semestre año 2021 Fecha: 7 de mayo de 2021

Introducción: En el presente informe se darán a conocer las diferentes actividades realizadas en la primera experiencia del laboratorio de la asignatura de transferencia de calor aplicada, la cual tiene como objetivo comprobar la veracidad de la ley de Fourier, ley que a grandes rasgos plantea lo siguiente: 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 o diferencia de temperatura que existe en el cuerpo.

Objetivo: Determinar la constante de proporcionalidad de conducción k para un determinado material, además analizar el comportamiento de k, de acuerdo al rango de temperatura que se realiza en la presente experiencia de laboratorio.

Materiales necesarios para realizar la experiencia: -Fuente de poder de potencia variable de 0-60 watt corriente continua:

Figura 1: Fuente de poder de potencia variable DC.

- Amperímetro - voltímetro:

Figura 2: Multitester. -Dos termocuplas:

Figura 3: Termocupla.

-Placas material 1 y 2:

Figura 4: placas de aluminio.

- Hervidor de agua:

Figura 5: Hervidor de agua.

-Termómetro de mercurio:

Figura 6: Termómetro de mercurio.

-Caja de poliuretano:

Figura 7: Caja de poliuretano.

Descripción de la experiencia: De acuerdo con la figura vemos que, una placa de espesor conocido cuyas temperaturas de entrada y salida determinamos mediante termocuplas adosadas a ambas caras de la placa cuya superficie también conocemos, y si aplicamos calor en forma uniforme a través de una difusora, mediante una resistencia eléctrica cuya potencia determinamos a partir de la intensidad y del voltaje, lo que significa que conocemos el flujo calórico q de la fórmula de Fourier.

Figura 8: Esquema descriptivo experiencia de laboratorio.

Procedimientos para poder determinar la constante de proporcionalidad k: 1.-Se montan las placas, termocuplas y conexiones de acuerdo a la figura 8. 2.- Se enciende el equipo y se fija la cantidad de potencia a entregar a la resistencia. 3.- Se observa los valores que entregan las termocuplas tanto de entrada como de salida (mV). Una vez que se observa que los valores permanecen constantes se anotan. 4.- Se aumenta la potencia eléctrica, por lo tanto, subirán los valores, se espera que se estabilice y se toman nuevamente. 5.- Repetir paso 3. Con los valores obtenidos se procede a realizar los siguientes cálculos: 1.-Se determina los valores respectivos de t1 y t2 mediante la curva de termocupla que se obtuvo en el capítulo de Calibración de Termocupla. 2.-Se calcula “q” mediante q= 0.96*V*I. 3.-Se calcula “k” a partir de q=k*A*(T1-T2) /L. 4.- Determinar los “k” para diferentes rangos de temperatura. 5.- Trabajando con la temperatura media y con el respectivo “k” obtenemos tantos “k” como temperaturas medias tengamos. Considerando k1=k0*(1+β*Tm), donde podemos determinar β. (Tm= temperatura media). 6.- Determinar una curva Tm vs k. 7.- Análisis de sensibilidad de los diferentes parámetros desde el punto de vista de exactitud de los valores obtenidos, (qué incidencia tienen en los resultados).

Determinar constante de proporcionalidad de conducción (k) con los valores de tabla y ecuaciones entregadas: q = k * A * (t1 - t2) / L q = V * I * 0.96 Dimensiones del material:

Superficie (m^2)

Espesor placa material 1 (m)

Espesor placa material 2 (m)

0.00501

0.0043

0.0055

resultados: Material 1: Ejemplo calculo medición 1: q = 19.072 * 0.274 * 0.96 = 5.01669888 w k = (5.01669888 * 0.0043) / 0.00501 * (26 - 19) = 0.6151070768 (W/m°C) Tabla 1: Medición

V (volts)

I (amperios)

t1 (°C)

t2 (°C)

q (W)

k1 (W/m°C)

1

19.072

0.274

26

19

5,01669888

0,6151070768

2

28

0.365

34

22

9,8112

0,7017325349

3

26

0.367

40

26

9,16032

0,561582207

4

27

0.359

45

29

9,30528

0,499160479

Tabla 1: Resultados obtenidos material 1.

Material 2: Ejemplo calculo medición 1: q = 27 * 0.363 * 0.96 = 9.40896 w k = (9.40896 * 0.0055) / 0.00501 * (51 - 26) = 0.413156047 (W/m°C)

Tabla 2: Medición

V (volts)

I (amperios)

t1 (°C)

t2 (°C)

q (W)

k2 (W/m°C)

1

27

0.363

51

26

9,40896

0,4131679042

2

41

0.515

56

27

20,2704

0,7673425563

3

41

0.514

73

30

20,23104

0,5165052221

4

41

0.506

83

33

19,91616

0,4372809581

Tabla 2: Resultados obtenidos material 2. Determinar β para distintos k y rangos de temperatura: Dada la education: k1=k0*(1+β*Tm) Despejamos la incógnita β, obtenemos la siguiente ecuación: β = (k1 – k0) / (k0 * Tm); donde Tm es la temperatura media. 1.- β1 = (k2 – k1) / (k1 * Tm) β 1 = (0,7017325349 - 0,6151070768) / (0,6151070768 * ((26+22) /2)) = 0,005867912 2.- β2 = (k4 – k3) / (k3 * Tm) β 2 = (0,499160479 - 0,561582207) / (0,561582207 * ((40+29) /2)) = -0,00322184 3.- β3 = (k6 – k5) / (k5 * Tm) β3 = (0,7673425563 - 0,4131679042) / (0,4131679042 * ((51+27) /2)) = 0,021979929 4.- β4 = (k8 – k7) / (k7 * Tm) β4 = (0,4372809581 - 0,5165052221) / (0,5165052221 * ((73+33)/2)) = -0,002894061

Curva Tm vs k:

Material 1: temperatura media vs k 40

Temperatura media

35 30 25 20 15 10 5 0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

k

Gráfico 1: Material1: Tm vs k

Material 2: temperatura media vs k 70

Temperatura media

60 50 40 30 20 10 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

k

Gráfico 2: Material 2: Tm vs k

Análisis / Conclusiones: Basado en los resultados obtenidos en el presente informe, no podemos dar cuenta que la constante de proporcionalidad de conducción k, es un parámetro el cual varia con respecto a sus rangos de temperatura de trabajo, por esta razón al trabajar con distintos materiales, es esencial conocer esta constante de proporcionalidad, ya que como se puede observar en los gráficos de los materiales 1 y 2, la constante k es un parámetro el cual es sensible a la temperatura. Finalmente podemos concluir que la constante de proporcionalidad de conducción k determina con que facilidad el calor puede transportarse el calor por un material, o con que facilidad puede trasmitirse el calor de un material a otro....