Proceedings of

ESCUELA DE INGENIERA MECNICA, UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER LABORATORIO DE SISTEMAS TRMICOS GRUPO D1 SUBGRUPO 1012 DE DICIEMBRE DEL 2014, II SEMESTRE ACADMICO DE 2014

1LABORATORIO: ESTADO ESTABLE

RESUMENUn estado estable implica que no va a haber cambio de temperatura ni del calor transferido en cualquier punto del espacio estudiado durante el tiempo. [1]

PALABRAS CLAVE: Estado estable, conduccin.

ABSTRACTA steady state implies that there will be no change in temperature or the heat transferred at any point in space during the time studied.

KEYWORDS: Steady state, conduction.

1. INTRODUCCIN

El calor generado en cualquier instancia y por medio de cualquier medio, siempre presentara un delta de tiempo-, aunque sea en momentneos, ya que se necesita un cambio de la temperatura a registrar y para el caso de la practica en cuestin; este tiempo del momento no ser tenido en cuenta, y en cambio analizaremos el comportamiento del sistema cuando dichas temperaturas no generan cambio durante el tiempo; razn por la cual se denomina estado estable o sin dominio del tiempo.

2. OBJETIVOS

Objetivo General:

Estudiar el mecanismo de transferencia de calor por conduccin en estado estable. [1]

Objetivos Especficos:

Comprobar y verificar el mecanismo de transferencia de calor por conduccin en el banco de prueba. [1] Determinar la constante de conductividad trmica experimentalmente. [1] Comparar los valores terico y experimental de la conductividad trmica. [1]

3. CONDUCCION DE CALOR EN ESTADO ESTABLE.

Un estado estable implica que no va a haber cambio de temperatura ni del calor transferido en cualquier punto del espacio estudiado durante el tiempo. [1]Entonces para el caso en particular se analiza la conduccin de calor en una probeta de madera con dimensiones y propiedades conocidas.

4. MONTAJE DE LA PRUEBA

Fig. 1. Esquema de montaje en el laboratorio. [1]

Fig. 2. Esquema de montaje en el laboratorio.

Fig. 3. Esquema de montaje en el laboratorio.

5. DATOS CUANTITATIVOS, OBTENIDOS POR LAS PRUEBAS REALIZADAS EN EL LABORATORIO DE MANERA EXPERIEMENTAL.

POLIPROPILENOT1 [C]T2 [C]T3 [C]T4 [C]T5 [C]T6 [C]Q [W]

30,130,5330,1630,5630,6455,131,98

30,2330,7430,4630,2530,4255,221,96

30,4330,0930,0230,0430,3955,252,34

30,5630,3930,3630,830,0355,042,45

30,7729,9530,730,5830,4355,531,76

30,1230,2930,4830,2229,9955,561,99

30,4230,4930,4530,0130,3355,592,04

29,9830,7030,0930,3530,5555,622,34

30,3230,0530,2230,5730,2455,551,86

30,5430,3530,4230,2630,0355,532,17

30,2329,9130,0230,0330,0755,521,89

30,0230,2530,7830,130,254,892,33

30,7830,0430,5630,2330,454,761,77

30,5630,3830,2730,4330,4555,212,74

30,5330,6029,8330,5630,0154,971,87

30,130,2930,1730,7730,0855,112,18

30,2330,0629,9630,1230,2155,111,93

30,1230,3630,3030,4230,4155,431,95

30,0329,9230,5229,9830,5455,041,98

30,0430,2630,2130,3230,7555,021,97

30,305530,282530,29930,3330,308555,2542,075

YESOT1 [C]T2 [C]T3 [C]T4 [C]T5 [C]T6 [C]Q [W]

35,2335,3035,2734,5635,6450,234,34

34,9835,7435,4635,2535,4250,444,46

35,7836,0335,0235,6535,3949,964,67

35,5634,9535,4735,835,0650,164,32

34,5436,3135,735,5835,4350,464,05

35,2335,8735,4835,8034,9950,083,84

34,9835,2635,4535,0135,4451,113,81

35,4335,7035,1235,4634,5550,884,43

35,5335,9935,2234,5735,2450,654,56

35,4234,9135,4235,2634,9950,234,37

35,1336,2735,3235,9735,150,24,12

35,2335,8336,1434,8735,249,783,77

35,4335,0435,5635,4435,450,744,53

34,8635,4934,8335,7830,4550,224,24

34,9834,6036,1935,3335,9550,484,07

36,535,2935,7535,7734,8550,763,79

34,6636,0034,9636,0635,4250,554,27

35,4534,9235,4134,9835,7650,224,56

36,5636,2834,5236,3435,3150,523,85

35,0435,8435,2135,935,7549,934,75

35,3335,635,3835,4735,06750,384,24

MADERAT1 [C]T2 [C]T3 [C]T4 [C]T5 [C]T6 [C]Q [W]

31,3030,2831,3429,3330,3858,371,36

31,2330,2531,2529,3330,1258,371,38

31,2430,1231,1429,3330,1258,121,34

31,3130,1731,0930,2030,1258,171,35

32,0630,1931,1629,9830,1258,121,33

31,2930,1231,2329,9830,2758,101,39

31,1030,1731,1529,9831,0657,101,43

31,0530,1631,1830,0030,1357,901,38

31,2330,2431,1730,1030,1258,321,40

31,2130,2831,1530,2530,1058,101,32

31,1930,2835,3230,3230,0958,401,41

31,1830,2336,1430,4230,0757,991,23

31,1630,2335,5630,5230,0557,981,37

31,1430,2430,2030,6331,1357,961,36

31,1230,2530,2030,7330,0457,941,45

31,1030,2830,1530,8330,0257,921,33

31,1030,2830,1530,9330,0157,911,34

31,0630,2530,1631,0429,9957,891,38

31,0530,2630,1631,1429,9857,871,42

31,0330,2630,2030,1229,9657,861,37

31,207530,2331,50530,2630,19458,0191,3672

VIDRIOT1 [C]T2 [C]T3 [C]T4 [C]T5 [C]T6 [C]Q [W]

29,0231,2532,5435,1235,6452,253,12

30,2531,5432,4534,2535,4251,253,15

28,9531,2533,2533,2135,3949,253,14

29,2532,531,4531,2535,0649,453,14

29,5432,14529,2535,5835,4348,153,58

29,4532,2529,5435,8034,9952,253,95

30,0131,2528,2535,0135,4454,144,01

30,0531,2530,1529,1234,5551,234,02

29,5832,1431,2531,2535,2450,254,08

29,4835,4530,9935,1434,9950,543,98

28,9632,1231,5435,9735,150,24,01

28,5432,1431,5934,8735,248,254,12

29,5432,8932,2535,2335,452,124,14

29,2532,5831,5934,2130,4551,254,45

29,4532,5431,5431,2535,9549,543,89

29,0031,4532,0135,2134,8548,544,32

29,4531,7932,1536,0635,4248,124,13

30,1430,1430,1234,9835,7646,254,33

29,4530,5832,2336,3435,3148,253,87

29,1830,9932,2235,2535,7549,254,24

29,42731,912231,3234,25535,06750,02653,8835

UHMWT1 [C]T2 [C]T3 [C]T4 [C]T5 [C]T6 [C]Q [W]

33,6935,3033,7333,2433,6454,232,34

33,2434,5033,2633,8833,4253,442,35

33,7834,7133,6934,4533,4254,962,64

33,5634,9533,8233,833,9554,342,13

33,2234,2333,733,5833,2354,322,45

33,8635,2933,4835,2233,6653,542,34

33,6535,2633,4833,6833,7954,762,64

33,7834,4634,0133,8133,2354,322,56

33,5634,6733,8633,2533,8754,212,45

33,2234,9133,5333,8933,2554,242,95

34,0234,1934,5334,6533,9953,782,91

33,8735,2534,7634,8733,8453,452,67

33,5433,7134,9834,2333,5154,472,84

33,2333,8434,8334,6534,2154,222,23

33,7433,2834,1135,3334,6354,542,25

33,3433,9235,1734,5334,8553,882,13

33,5634,6833,6334,7434,2154,462,45

33,2034,9233,7634,9834,6354,212,34

33,1734,2033,2034,2635,3154,322,16

33,3235,2633,8435,3234,5154,072,53

33,527534,576533,968534,31833,957554,1882,468

TRIPLEXT1 [C]T2 [C]T3 [C]T4 [C]T5 [C]T6 [C]Q [W]

30,6530,4130,6931,1430,5154,871,22

30,2330,6130,8230,7830,1055,321,11

30,6530,7230,6130,2430,8955,121,10

30,2431,0330,9030,6730,4054,581,20

31,1230,4230,5730,2630,7956,211,02

30,7630,3930,1630,3230,5855,341,08

30,5730,3730,9530,6030,8755,361,04

30,8630,5730,4630,8931,1355,441,12

31,0330,6830,6331,1530,7755,321,15

30,7830,9930,3130,7930,2454,981,17

30,4730,3830,2330,6630,4454,671,14

30,6430,3530,1230,3230,6155,321,19

30,3230,6330,2330,1330,2955,671,14

30,4530,9230,9130,4530,7455,251,23

30,5631,1830,3030,4430,6455,371,23

31,2730,8230,2730,6430,3055,340,98

30,5630,6930,5530,7530,1155,441,05

30,4531,0030,8431,0630,4354,881,16

30,4630,3931,1030,4530,4255,051,20

30,3430,3630,7430,4230,6255,221,04

30,620630,645530,569530,60830,54455,237151,1285

Tabla 1. Tabla muestra el total de datos tomados para cada columna de manera experimental

6. CLCULOS

De los datos tomados por las Termocuplas se toman el promedio de las temperaturas y la potencia de la resistencia

MATT1[C]T2[C]T3[C]T4[C]T5[C]T6[C]Q [W]

PO30,305530,282530,29930,3330,308555,2542,075

YE35,3335,635,3835,4735,06750,384,24

MA31,207530,2331,50530,2630,19458,0191,3672

VI29,42731,912231,3234,25535,06750,02653,8835

UH33,527534,576533,968534,31833,957554,1882,468

TR30,620630,645530,569530,60830,54455,237151,1285

Tabla 2. Promedios obtenidos de la toma de datos

Se calcula la temperatura efectiva de la cara superior de la probeta por medio de la siguiente ecuacin:

Se encuentra que la temperatura promedio de medicin de las 5 Termocuplas es.

MATTp[C]Tr[C]X[m]Kt[W/mk]Q [W]

PO30,40155,2540,01580,222,075

YE35,06350,380,01660,814,24

MA31,36258,0190,02180,2071,3672

VI29,41050,02650,01840,83,8835

UH33,48254,1880.02000,422,468

TR30,64255,237150,01440,1121,1285

Tabla 3. Temperatura promedio, Temperatura dela cara inferior, espesor de la probeta, potencia promedio y conductividad dada.

Para el rea efectiva de transferencia de calor se utiliza el dimetro efectivo de la configuracin de la Figura.3 de la posicin de las 5 Termocuplas,

=0,08 [cm]

=0,00502654[m^2]

Con todos los datos, se procede a encontrar el coeficiente de conductividad experimental de cada material.

7. CALCULO DE ERROR

Se comparan el valor terico y experimental, y se mira que tan lejos de la teora se encuentra el valor experimental.

8. ANALISIS DE RESULTADOS

Se observa que para que los materiales con 1.5 a 2 [cm] de espesor, para que ocurra un cambio de temperatura en la cara posterior a la cual se est calentando, se debe suministrar una gran cantidad de energa y que el cambio en la cara posterior al calentamiento es proporcional a la pendiente (k) .

Luego de obtener los resultados para la conductividad trmica con los datos experimentales, se puede observar que el valor de K(ex) o conductividad trmica experimental no corresponden exactamente al de conductividad terica K(t) proporcionados dentro de las propiedades de la probeta; aunque caen con un grado de significancia de 20% lo cual es bastante acertado.

Esta diferencia entre el dato experimental y el terico; quizs se deba a las propiedades errneas en la consideracin de la probeta. Es decir que posiblemente la probeta no es del material que se consider exactamente o tambin podran presentarse errores en el montaje del experimento que generan algn tipo de dispersin en la informacin y la hacen difusa en cuanto a la conductividad.

10. CONCLUSIONES

a. Los datos experimentales no concuerdan con los datos esperados en la teora.

b. La prueba en el laboratorio puede presentar errores humanos.

c. Los datos de la probeta deben ser analizados a fondo y obtener as unos ms precisos.

d. El laboratorio y la toma de datos podran ser realizados bajo un ambiente ms controlado.

11. REFERENCIAS

[1] EXPOSICION: PRACTICA PARA LA CONDUCTIVIDAD TERMICA EN ESTADO ESTABLE.