DUREZA DE UN ACERO DESCARBURIZADO

UNIVERSIDAD NACIONAL TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCION EN UNA PARED PLANA DE TRUJILLO COMPUESTA

PRACTINA N2TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCION EN UNA PARED PLANA COMPUESTAI. OBJETIVO: Determinar de forma experimental y observar en forma practica la conductividad trmica existente en una pared compuesta, por medio de la ley de Fourier. Determinar la velocidad de flujo de calor que atraviesa la pared compuesta.

II. MARCO TEORICO:

Introduccin a la Transferencia de Energa (Calor)El aislamiento sirve para retardar la transferencia de calor fuera o dentro de un mbito acondicionado. En la mayora de los casos, ese mbito es la casa. Durante los meses fros, elobjetivoes mantener elairecaliente dentro y detener o al menos retardar elmovimientodel aire fro proveniente del exterior. Durante los meses de calor, el objetivo se invierte, pero los principios de retardo de la transferencia de calor se mantienen constantes, independientemente del sentido del flujo de calor.

Sistemas de Unidades Utilizadas:Q: Taza de flujo calrico [KW]

q: Taza de flujo calrico por unidad de rea [KW/m] Transferencia de calor:La transferencia de calor, enfsica,procesopor el que se intercambia energa en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que estn a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante conveccin,radiacino conduccin. Aunque estos tresprocesospueden tener lugar simultneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a travs de la pared de una casa fundamentalmente por conduccin,el aguade una cacerola situada sobre un quemador degasse calienta en gran medida por conveccin, yla Tierrarecibe calor del Sol casi exclusivamente por radiacin.

Fig.1.Transferencia de calor en una cocina, en un metal.

El calor puede transferirse de tres formas: por conduccin, por conveccin y por radiacin. La conduccin es la transferencia de calor a travs de un objeto slido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque slo la punta est en el fuego. La conveccin transfiere calor por el intercambio de molculas fras y calientes: es la causa de que elaguade una tetera se caliente uniformemente aunque slo su parte inferior est en contacto con la llama. La radiacin es la transferencia de calor porradiacin electromagntica(generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuego calienta la habitacin.

TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR:Existen 3 tipos de transferencia de calor:conduccin,conveccinyradiacin. CONDUCCIN:

En los slidos, la nica forma de transferencia de calor es la conduccin. Si se calienta un extremo de una varilla metlica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo ms fro por conduccin. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conduccin de calor en los slidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energa cuando existe una diferencia de temperatura. Estateoraexplica por qu los buenos conductores elctricos tambin tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemtico francs JosephFourierdio una expresinmatemticaprecisa que hoy se conoce comoleyde Fourier de la conduccin del calor. Esta ley afirma que lavelocidadde conduccin de calor a travs de un cuerpo por unidad de seccin transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).

El factor de proporcionalidad se denomina conductividad trmica del material. Losmaterialescomo eloro, la plata o elcobretienen conductividades trmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como elvidrioo el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes. Eningenieraresulta necesario conocer la velocidad de conduccin del calor a travs de un slido en el que existe una diferencia de temperatura conocida.

T: temperatura

x: direccin del flujo de calor

El flujo de calor depende de la conductividad trmica k que es la propiedad fsica del medio [W/m K], luego se tiene:

Convenios del signo:

Fig.2.Representacin del convenio del signo

CONVECCIN:

Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un lquido o un gas, es casiseguroque se producir un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado conveccin. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un lquido o un gas, sudensidad(masa por unidad devolumen) suele disminuir. Si el lquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido ms caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido ms fro y ms denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina conveccin natural. La conveccin forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que sefuerzasu movimiento de acuerdo a lasleyesde lamecnicade fluidos.

DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DECALOR POR COVECCIN NATURAL La evaluacin del coeficiente de transferencia de calor h es bastante difcil puesto que por lo regular comprende fenmenos fsicos muy complejos. Usando las tcnicas del anlisis dimensional puede demostrarse que los parmetros comprendidos en la transferencia de calor por conveccin natural pueden expresarse segn

Donde:

En estas ecuaciones las variables son:

A,a,b :Constantes dependientes del sistema en consideracin

b: Coeficiente de expansin

r: Densidad

m: Viscosidad

g: Aceleracin de la gravedad

D: Dimetro

L: Longitud

Cp: Calor especfico a presin constanteCONDUCCIN A TRAVS DE PAREDES PLANAS EN SERIE

En estado estacionario el flujo de calor a travs de todas las secciones debe ser el mismo. Sin embargo, los gradientes son distintos

Fig3. Conduccin unidimensional a travs de paredes planas en serieLa pared plana est constituida de un material que tiene conductividad trmica, es constante y no depende de posicin o temperatura. El calor que se conduce a travs de la pared de un cuarto donde la energa que se pierde a travs de las aristas de la pared es despreciable, se puede modelar como una pared plana. Para un problema de este tipo la temperatura es funcin de x nicamente, la nica variable dependiente es la temperatura y la independiente es la posicin x en la pared.En la presente prctica se trata de caracterizar los diferentes parmetros asociados a la transmisin de calor a travs de una pared plana compuesta. A partir de la medida de las temperaturas en los ambientes exterior e interior, y en la superficie de las diferentes capas que componen la pared se debe determinar los coeficientes de conveccin y conductividad ,correspondientes a cada material que componen la pared compuesta, caracterizndose as diferentes materiales y su influencia sobe las temperaturas caractersticas si se mantiene constante el calor generado .la colocacin de una nica placa permite fcilmente estimar su conductividad trmicas se aaden placas adicionales ,se pueden calcular coeficientes globales de transmisin de calor de una pared plana compuesta .midiendo las temperaturas en interior y exterior es posible estimar el efecto de cada tipo de material sobre la proporcin de calor transmitido.

Fig.1.Paredes compuestas conectadas en serie.Tenemos la siguiente frmula para paredes conectadas en serie:

III. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS:

Termmetro Plancha elctrica

Cronometro

Pared compuesta (vidrio de ventana, cartn y aluminio) cada uno de los materiales con las mismas dimensiones de 10*10cm para nuestro caso.