Universidad Nacional Pedro Henríquez Ureña
Facultad de ciencias y tecnología: Escuela de Ingeniería Química.
Laboratorio de fenómenos de transporte
Experimento de conducción de calor y convección
Marlenys Yamilette Cuevas Silfa
Estudiante de término de Ingeniería química UNPHU.
I. Resumen:
La conducción de calor y la convección se incluyen dentro de las tres formas básicas de transferencia de calor y
suelen darse al unísono. WL 430 permite realizar ensayos fundamentales de ambas formas de transferencia de
calor: conducción de calor y convección. El equipo de ensayo está equipado con cinco sensores de temperatura.
La potencia calorífica y la velocidad del flujo de aire se ajustan e indican a través del software.
La parte fundamental del equipo son las probetas de diferentes metales. Una de las probetas se coloca encima de
un dispositivo de calefacción que calienta uno de sus lados. El calor atraviesa la probeta y se transfiere al
ambiente. La probeta empleada se comporta como una aleta refrigeradora. Bajo la probeta se ubican, además,
seis soplantes. Para modificar la transferencia de calor convectiva, el caudal de los soplantes se puede ajustar sin
escalonamiento. El flujo de aire se reparte uniformemente alrededor de la probeta. De esta forma, además de
poder realizar ensayos con aire estático (convección natural), también se pueden realizar ensayos con aire
circulante (convección forzada). La influencia de los diversos materiales sobre la conducción de calor queda
patente al comparar las diferentes probetas.
Abstract:
Heat conduction and convection are included in the three basic forms of heat transfer and often occur in unison.
WL 430 enables fundamental testing of both forms of heat transfer: heat conduction and convection. The test
equipment is equipped with five temperature sensors. The heat output and the speed of the air flow are adjusted
and indicated through the software.
The fundamental part of the equipment is the specimens of different metals. One of the test tubes is placed on
top of a heating device that heats one of its sides. The heat passes through the test tube and is transferred to the
environment. The test piece used behaves like a cooling fin. Additionally, six blowers are located under the test
tube. To modify the convective heat transfer, the flow rate of the blowers can be infinitely adjusted. The air flow
is distributed evenly around the specimen. In this way, in addition to being able to carry out tests with static air
(natural convection), tests can also be carried out with circulating air (forced convection). The influence of
various materials on heat conduction is evident when comparing the different specimens.
Objetivos:
Realizar la calibración del equipo WL 430.
Describir la curva de las temperaturas y de la potencia.
Explicar las diferencias entre dos muestras. Las variables de influencia (conductividad térmica,
capacidad de almacenamiento de calor).
Evaluar la validez de los resultados.
Influencia de las corrientes de aire en la precisión de medición.
, II. Fundamentos teóricos:
La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a través de la materia por actividad
molecular, por el choque de unas moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a
las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a las más bajas. Los
mejores conductores de calor son los metales. El aire es un mal conductor del calor. Los objetos malos
conductores como el aire o plásticos se llaman aislantes. La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias
de temperatura entre dos partes del medio conductor. Para un volumen de espesor ∆x, con área de sección
transversal A y cuyas caras opuestas se encuentran a diferentes T1 y T2, con T2 > T1, se encuentra que el calor
∆Q transferido en un tiempo ∆t fluye del extremo caliente al frío.
Se llama H (en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez de transferencia de calor H = ∆Q/∆t,
está dada por la ley de la conducción de calor de Fourier. H = dQ = −kA dT. Donde k (en W/mK) se llama
conductividad térmica del material, magnitud que representa la capacidad con la cual la sustancia conduce calor
y produce la consiguiente variación de temperatura; y dT/dx es el gradiente de temperatura. El signo menos
indica que la conducción de calor es en la dirección decreciente de la temperatura.
Si un material en forma de barra uniforme de largo L, protegida en todo su largo por un material aislante, cuyos
extremos de área A están en contacto térmico con fuentes de calor a temperaturas T1 y T2 > T1, cuando se
alcanza el estado de equilibrio térmico, la temperatura a lo largo de la barra es constante. En ese caso el
gradiente de temperatura es el mismo en cualquier lugar a lo largo de la barra, y la ley de conducción de calor de
Fourier se puede escribir en la forma: H = [kA (T2 − T1)]/L
V. Diseño de la práctica:
La cuarta práctica del laboratorio de fenómenos de transporte fue llevada a cabo con el equipo WL 430. Se
procedió a realizar el ensayo del registro de una curva de temperatura en funcion del tiempo. El ensayo tuvo por
objeto eliminar posibles inhibiciones del equipo y mostrar las propiedades del material de la difusividad térmica
en el ensayo.
Puesto en marcha el equipo, se continuó con la realización del el registro de los datos obtenidos hasta alcanzar
el estado estacionario, evidenciando esta última acción por medio de la gráfica realizada por el programa
G.U.N.T. Geraetebau GmbH. Finalmente se realizaron los cálculos relacionados a los objetivos propuestos.
VI. Materiales y equipos:
Equipo WL 430.
Probeta larga de cobre.
Probeta larga de acero.
Programa G.U.N.T. Geraetebau GmbH.
VII. Desarrollo de la práctica:
Se llevó a cabo el siguiente procedimiento:
o Poner en marcha el equipo e iniciar el software.
o Tarar.
o Introducir en el software los siguientes datos
1ra muestra: Muestra de cobre larga
Potencia: Máxima
Velocidad de flujo: 1.5 m/s
Facultad de ciencias y tecnología: Escuela de Ingeniería Química.
Laboratorio de fenómenos de transporte
Experimento de conducción de calor y convección
Marlenys Yamilette Cuevas Silfa
Estudiante de término de Ingeniería química UNPHU.
I. Resumen:
La conducción de calor y la convección se incluyen dentro de las tres formas básicas de transferencia de calor y
suelen darse al unísono. WL 430 permite realizar ensayos fundamentales de ambas formas de transferencia de
calor: conducción de calor y convección. El equipo de ensayo está equipado con cinco sensores de temperatura.
La potencia calorífica y la velocidad del flujo de aire se ajustan e indican a través del software.
La parte fundamental del equipo son las probetas de diferentes metales. Una de las probetas se coloca encima de
un dispositivo de calefacción que calienta uno de sus lados. El calor atraviesa la probeta y se transfiere al
ambiente. La probeta empleada se comporta como una aleta refrigeradora. Bajo la probeta se ubican, además,
seis soplantes. Para modificar la transferencia de calor convectiva, el caudal de los soplantes se puede ajustar sin
escalonamiento. El flujo de aire se reparte uniformemente alrededor de la probeta. De esta forma, además de
poder realizar ensayos con aire estático (convección natural), también se pueden realizar ensayos con aire
circulante (convección forzada). La influencia de los diversos materiales sobre la conducción de calor queda
patente al comparar las diferentes probetas.
Abstract:
Heat conduction and convection are included in the three basic forms of heat transfer and often occur in unison.
WL 430 enables fundamental testing of both forms of heat transfer: heat conduction and convection. The test
equipment is equipped with five temperature sensors. The heat output and the speed of the air flow are adjusted
and indicated through the software.
The fundamental part of the equipment is the specimens of different metals. One of the test tubes is placed on
top of a heating device that heats one of its sides. The heat passes through the test tube and is transferred to the
environment. The test piece used behaves like a cooling fin. Additionally, six blowers are located under the test
tube. To modify the convective heat transfer, the flow rate of the blowers can be infinitely adjusted. The air flow
is distributed evenly around the specimen. In this way, in addition to being able to carry out tests with static air
(natural convection), tests can also be carried out with circulating air (forced convection). The influence of
various materials on heat conduction is evident when comparing the different specimens.
Objetivos:
Realizar la calibración del equipo WL 430.
Describir la curva de las temperaturas y de la potencia.
Explicar las diferencias entre dos muestras. Las variables de influencia (conductividad térmica,
capacidad de almacenamiento de calor).
Evaluar la validez de los resultados.
Influencia de las corrientes de aire en la precisión de medición.
, II. Fundamentos teóricos:
La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a través de la materia por actividad
molecular, por el choque de unas moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a
las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a las más bajas. Los
mejores conductores de calor son los metales. El aire es un mal conductor del calor. Los objetos malos
conductores como el aire o plásticos se llaman aislantes. La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias
de temperatura entre dos partes del medio conductor. Para un volumen de espesor ∆x, con área de sección
transversal A y cuyas caras opuestas se encuentran a diferentes T1 y T2, con T2 > T1, se encuentra que el calor
∆Q transferido en un tiempo ∆t fluye del extremo caliente al frío.
Se llama H (en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez de transferencia de calor H = ∆Q/∆t,
está dada por la ley de la conducción de calor de Fourier. H = dQ = −kA dT. Donde k (en W/mK) se llama
conductividad térmica del material, magnitud que representa la capacidad con la cual la sustancia conduce calor
y produce la consiguiente variación de temperatura; y dT/dx es el gradiente de temperatura. El signo menos
indica que la conducción de calor es en la dirección decreciente de la temperatura.
Si un material en forma de barra uniforme de largo L, protegida en todo su largo por un material aislante, cuyos
extremos de área A están en contacto térmico con fuentes de calor a temperaturas T1 y T2 > T1, cuando se
alcanza el estado de equilibrio térmico, la temperatura a lo largo de la barra es constante. En ese caso el
gradiente de temperatura es el mismo en cualquier lugar a lo largo de la barra, y la ley de conducción de calor de
Fourier se puede escribir en la forma: H = [kA (T2 − T1)]/L
V. Diseño de la práctica:
La cuarta práctica del laboratorio de fenómenos de transporte fue llevada a cabo con el equipo WL 430. Se
procedió a realizar el ensayo del registro de una curva de temperatura en funcion del tiempo. El ensayo tuvo por
objeto eliminar posibles inhibiciones del equipo y mostrar las propiedades del material de la difusividad térmica
en el ensayo.
Puesto en marcha el equipo, se continuó con la realización del el registro de los datos obtenidos hasta alcanzar
el estado estacionario, evidenciando esta última acción por medio de la gráfica realizada por el programa
G.U.N.T. Geraetebau GmbH. Finalmente se realizaron los cálculos relacionados a los objetivos propuestos.
VI. Materiales y equipos:
Equipo WL 430.
Probeta larga de cobre.
Probeta larga de acero.
Programa G.U.N.T. Geraetebau GmbH.
VII. Desarrollo de la práctica:
Se llevó a cabo el siguiente procedimiento:
o Poner en marcha el equipo e iniciar el software.
o Tarar.
o Introducir en el software los siguientes datos
1ra muestra: Muestra de cobre larga
Potencia: Máxima
Velocidad de flujo: 1.5 m/s
