INGENIERIA DE EJECUCIÓN EN MECANICA PROGRAMA DE PROSECUCION DE ESTUDIOS VESPERTINO GUIA DE LABORATORIO ASIGNATURA NIVEL 02

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1 INGENIERIA DE EJEUIÓN EN MEANIA PROGRAMA DE PROSEUION DE ESTUDIOS VESPERTINO GUIA DE LABORATORIO ASIGNATURA 955 MATERIALES. NIVEL E3 Popiedades de Mateiales Líquidos y Solidos onductividad HORARIO: VIERNES:

2 Deteminación expeimental de conductividades témicas.- OBJETIVO GENERAL Detemina expeimentalmente la conductividad témica de difeentes mateiales sólidos.- OBJETIVOS ESPEÍFIOS.. apacita al alumno paa identifica en el equipo del laboatoio los elementos funcionales que caacteizan un conductìmeto... Detemina expeimentalmente la conductividad témica de un mateial desconocido, a pati de la distibución de tempeatua medida expeimentalmente paa la conducción en estado estacionaio de la enegía calóico a tavés de la paed de un cilindo (flujo adial de enegía). Utilizando los siguientes valoes de voltaje: 5, 6 y 7 Volts..3. Usando el valo de la conductividad témica obtenida en el punto anteio, pedeci el pefil de tempeatua y compaa con los datos obtenidos expeimentalmente. Discuti el efecto que se poduce en el sistema cuando cambia la potencia eléctica como sucede en el punto anteio. 3. BREVE INTRODUIÓN TEÓRIA 3.. onducción en estado estacionaio Se pocede a ealiza un Balance de Enegía a un cilindo infinito de adio lago L, en que q epesenta el flujo de calo po unidad de áea o la densidad de flujo de enegía en diección adial, y donde no hay acumulación de calo, se obtiene lo siguiente: q L q L () Odenando la ecuación anteio y dividiendo po L, es posible aplica el límite cuando, po lo que se obtiene: lim q q R, () Es posible aplica el concepto de deivada, po lo que la ecuación () se puede escibi como:

3 d d Si se intega la ecuación (3), se obtiene: (q ) (3) q (4) La expesión obtenida anteiomente es de gan inteés, ya que indica que el flujo de calo po unidad de áea, evaluado en un punto definido, po el adio ya definido es un valo constante en el disco, esto puede expesase de la siguiente foma: q q q q (5) 3 3 Si se utiliza la Ley de Fouie de conducción témica, donde epesenta la conductividad témica del mateial, es posible eemplaza el témino paa el flujo de calo tansfeido obtenido en la ecuación (4), po lo que se obtiene: q dt d (6) dt d (7) Si se odenan los téminos de la ecuación (6) y se intega nuevamente de foma indefinida, se obtiene: dt d (8) T T ln ln El valo de la constante ya es conocido (cualquiea de los valoes de la ecuación (.5)), peo paa obtene el valo de la segunda constante es necesaio aplica una condición de bode, es deci, que a un adio dado se conoce una tempeatua coespondiente: si entonces T T ; y eemplazando en la ecuación 9, paa luego odena, se obtiene la ecuación (): (9) 3

4 T ln T ln T ln T ln T T ln 4 () Ya que la definición de q es el flujo de calo po unidad de áea, es posible obtene el valo en un punto dado como el calo popocionado po el áea a tavés del cual fluye: q Q A Q () Si se eemplaza la ecuación () en su coespondiente en la ecuación (5), y luego se eemplaza en la ecuación () el valo de la constante uno, se obtiene el pefil de tempeatua paa el sistema en estudio: L Q Q q () L L T T ln Q (3) L Si se desea obtene el valo expeimental de la conductividad témica (), se i pocede a ealiza un gáfico de T i T i vesus ln, donde de la pendiente se i obtiene la conductividad témica. Paa obtene dicho valo es necesaio, defini la constante Q, la cual epesenta la potencia eléctica entegada po un manantial, po lo cual es posible calcula su valo con la ecuación esencial: Q V I (4) donde: - V: difeencia de potencial [V] - I: intensidad de oiente [A] A continuación de obtene el valo medio de la conductividad témica paa cada potencia, se pocede a calcula un pomedio, el cual viene dado po la siguiente expesión:

5 3 3 i i 4.-. DESARROLLO DE LA EXPERIENIA La técnica de medida de la conductividad témica, que empleaemos en esta expeiencia, se basa en la deteminación expeimental del flujo de calo que ataviesa la muesta situada en el sopote de expeimentación, que mantiene al foco témico T a la tempeatua constante de ebullición del agua haciendo cicula vapo a tavés de él, y el foco fío a la tempeatua de fusión del agua mediante un bloque de hielo en fusión que se sitúa en contacto témico con la ota caa de la muesta T f. Además habá que detemina el áea de contacto ente el hielo y la muesta. Po lo tanto mediemos las siguientes vaiables: - Espeso de la muesta,h (con un pie de meto) - Supeficie de contacto ente el hielo y la muesta, A. Se hallaá a pati de la medida del diámeto del bloque al inicio y al final de la expeiencia paa educi el eo cometido. - El flujo de calo Q/t se deteminaá midiendo la masa de agua fundida en un intevalo de tiempo deteminado, ealizándose esta medida bajo dos condiciones difeentes ; cuando el foco caliente está a la T ambiente y cuando está a la T de ebullición. T f Q/t h T c Figua 5

6 Pocedimiento.- Ponga el envase con hielo bajo agua tibia paa soltalo del molde. NOTA: No fuece el hielo paa sacalo del molde..- Mida y egiste h, que coesponde al espeso de uno de los mateiales de muesta. 3.- Ubique el mateial de pueba sobe la cámaa. Ve figua. 4.- Mida el diámeto del bloque de hielo. Registe este valo como d. Ubique el hielo en la pate supeio de la muesta, apoyando la pate mas plana y obsevando que el contacto témico sea coecto, potege el bloque de hielo con su molde y espea hasta que se empiece a fundi. 5.- Mantenga el hielo po vaios minutos hasta que comience la fusión y tenga total contacto con la muesta. (No comience tomando datos antes que el hielo comience a deetise, poque pueden habe tempeatuas mas bajas que ) 6.- En un ecipiente de masa m f conocida. Recoja el agua poducida po el deshielo a) duante minutos (t a ) Figua : Montaje Expeimental 7.- Mida la masa del agua etenida m bajo condiciones ambientales. 8.- onecte la fuente de vapo y hágalo funciona hasta que comience a sali vapo po el desagüe del foco caliente. Pone un ecipiente paa ecoge el agua de condensación. 9.- Una vez alcanzado el estado estacionaio vacíe el vaso y mida el tiempo t duante el cual va a ecoge agua en esta nueva condición ( min). Una vez teminada la expeiencia mida la masa de agua fundida, m, así como 6

7 nuevamente el diámeto del bloque de hielo d. Anote los esultados en una tabla..- Detemine la conductividad témica del mateial y el eo cometido. ompáelo con el valo aceptado. 5. DESRIPIÓN DEL METODO A SEGUIR 5.. Reconoce los componentes constitutivos del equipo del laboatoio a contola y las vaiables pesentes en él, de acuedo a la aplicación especificada po el pofeso. 5.. Detemina las vaiables y constantes que definen la opeación expeimental 5.3. Realiza las calibaciones pevias del equipo, según indicaciones del pofeso 6.- VARIABLES A ONTROLAR 6.. Tempeatua (Ta) del agua (inicio y final de los ensayos) 6.. Tempeatua (T amb ) ambiente (inicio y final de los ensayos) 6.3. Esfuezos cotantes (F) 7.- TEMAS DE INTERROGAIÓN 7.. aacteización de la conductividad Témica. 7.. Paámetos y Definiciones Equipos de medición alculo de la conductividad de mateiales solidos a pati de la data expeimental. 8.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR onductìmeto Témico Laboatoio de Fenómenos de Tanspote 9. SE PIDE EN EL INFORME 8.. Un análisis de los esultados, comentaios y conclusiones pesonales. 8.. La efeencia bibliogáfica. 8.3 El apéndice con: a.. Desaollo de los cálculos. a.3. Pesentación de esultados. a.4. Gáficos. 7

8 Bibliogafía Pocesos de Tansfeencia de alo, D.Q. ERN y asociados, ompañía Editoial ontinental, Tigésima segunda Edición, México