En estas Pr\u00e1cticas se aprende a medir los coeficientes de transferencia de calor por conducci\u00f3n de los materiales que habitualmente se emplean tanto en Ingenier\u00eda como en Arquitectura, ya sea como aislamientos o como buenos transmisores del calor.<\/p>\n

Tambi\u00e9n se aprende a medir el coeficiente de transferencia de calor por convecci\u00f3n entre dichos materiales y aire, en pared plana y se establece un procedimiento para medir la resistencia t\u00e9rmica de paredes de varias capas y para hacer una estimaci\u00f3n de la resistencia t\u00e9rmica de contacto.<\/p>\n

Adem\u00e1s, en esta Pr\u00e1ctica los estudiantes se familiarizan con los \u00f3rdenes de magnitud de los coeficientes de transferencia de calor por conducci\u00f3n y por convecci\u00f3n de los materiales, as\u00ed como con el uso de los procedimientos m\u00e1s b\u00e1sicos empleados en el Laboratorio de Ingenier\u00eda T\u00e9rmica o Termotecnia, entre los que se encuentran el uso de termopares, termostatos, fuentes de alimentaci\u00f3n el\u00e9ctrica y transferencia de datos hacia el ordenador y su tratamiento, una vez en \u00e9ste.<\/p>\n<\/div>\n

Es necesario el uso de calculadora.<\/div>\n<\/div>\n

<\/div>\n

$\"\"$ <\/a><\/div>\n

<\/div>\n

El material para la realizaci\u00f3n de la Pr\u00e1ctica consiste en una c\u00e1mara calorim\u00e9trica en cuyo interior se coloca una resistencia el\u00e9ctrica (una bombilla) y un termopar, que env\u00eda la informaci\u00f3n de la temperatura en el interior de la c\u00e1mara calorim\u00e9trica a un termostato. La c\u00e1mara calorim\u00e9trica se cierra por su parte superior con la probeta del material cuyas propiedades t\u00e9rmicas ( $k<\/span> y h<\/span>) se quieren medir. Hay que evitar que la radiaci\u00f3n de la bombilla incida directamente en la probeta. Para ello, se coloca un apantallamiento de aluminio en el interior de la c\u00e1mara calorim\u00e9trica, sobre la bombilla.<\/p>\n$

A la bombilla llega la energ\u00eda el\u00e9ctrica desde una fuente de alimentaci\u00f3n en la que se pueden medir, en todo momento, la tensi\u00f3n (en V) y la intensidad de la corriente (en A) que circula por el circuito. En serie con la bombilla se coloca el termostato que recibe la se\u00f1al del termopar colocado en el interior de la c\u00e1mara calorim\u00e9trica y en \u00e9l se selecciona la temperatura objetivo (unos 40 \u00b0C), de modo que cuando la temperatura en el interior de la c\u00e1mara calorim\u00e9trica sea menor, el termostato cierra el circuito (circulando entonces corriente por \u00e9l) y cuando sea mayor, lo abre.<\/p>\n

Determinaci\u00f3n del calor que atraviesa la probeta.<\/strong><\/em><\/p>\n<\/div>\n

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\n<\/div>\n
\n
Con un cron\u00f3metro se mide el tiempo durante el que la bombilla permanece encendida ( $t_I<\/span>) y tambi\u00e9n el tiempo durante el que permanece apagada (t_O<\/span>). La energ\u00eda intercambiada como trabajo de rozamiento y posteriormente como calor por la bombilla durante el tiempo que est\u00e1 encendida, Q_I<\/span>, viene dada por<\/p>\n$
$Q_I = V I t_I<\/span><\/p>\n<\/div>\n$
\n
Este es el calor que atraviesa la probeta, ya que la c\u00e1mara calorim\u00e9trica es pr\u00e1cticamente adiab\u00e1tica. Pero este calor que atraviesa la probeta no est\u00e1 gobernado por ning\u00fan termostato, y est\u00e1 atraves\u00e1ndola tanto durante el tiempo que la bombilla permanece encendida, $t_I<\/span>, como durante el tiempo en que la bombilla permanece apagada, t_O<\/span>, por lo que el calor que por unidad de tiempo atraviesa la probeta, \\dot{Q}<\/span>, viene dado por<\/p>\n$
$\\dot{Q}=\\frac{V I t_I}{t_I+t_O}<\/span><\/p>\n<\/div>\n$
\n
Determinaci\u00f3n del coeficiente de transferencia de calor por conducci\u00f3n o coeficiente de conducci\u00f3n.<\/strong><\/em><\/p>\n<\/div>\n
\n
\n<\/div>\n
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De la Ecuaci\u00f3n de Fourier se tiene<\/p>\n
$\\dot{Q}=-kA\\frac{\\Delta T}{e}<\/span><\/p>\n<\/div>\n$
\n
Sustituyendo, resulta,<\/p>\n
$\\frac{V I t_I}{t_I+t_O}=-kA\\frac{\\Delta T}{e}<\/span><\/p>\n<\/div>\n$
\n
Y despejando $k<\/span>,<\/p>\n$
$k=\\frac{e V I t_I}{A \\left(T_1-T_2\\right) \\left(t_I+t_O\\right)}<\/span><\/p>\n$
Es necesario, pues, medir la temperatura en la superficie externa de la probeta, $T_2<\/span>. Para ello se emplea un termopar.<\/p>\n$
En la siguiente Tabla se ofrecen los valores del coeficiente de transferencia de calor por conducci\u00f3n para algunas sustancias comunes (de \u00c7engel, Y. Heat and Mass Transfer):<\/p>\n<\/div>\n
$\"k\"$ <\/a><\/div>\n
\n
<\/h1>\n
Determinaci\u00f3n del coeficiente de transferencia de calor por convecci\u00f3n o coeficiente de convecci\u00f3n.<\/strong><\/em><\/p>\n<\/div>\n
\n
\n<\/div>\n
\n
Para obtener el coeficiente de convecci\u00f3n, $h<\/span>, basta con considerar el calor intercambiado entre la superficie y el aire, que viene dado por la Ecuaci\u00f3n del Enfriamiento de Newton como<\/p>\n$
$\\dot{Q}=h A \\left(T_s-T_{\\infty }\\right)<\/span><\/p>\n<\/div>\n$
\n
Sustituyendo el valor obtenido para $\\dot{Q}<\/span><\/p>\n$
$\\frac{V I t_I}{t_I+t_O}=h A \\left(T_s-T_{\\infty }\\right)<\/span><\/p>\n<\/div>\n$
\n
Y despejando $h<\/span>,<\/p>\n$
$h=\\frac{V I t_I}{A \\left(t_I+t_O\\right) \\left(T_s-T_{\\infty }\\right)}<\/span><\/p>\n<\/div>\n$
La temperatura en la superficie de la probeta, $T_s<\/span> es la anteriormente medida y asumida como T_2<\/span>. En la siguiente Tabla se ofrecen los intervalos en que se encuentra el coeficiente de transferencia de calor por convecci\u00f3n (de \u00c7engel, Y. Heat and Mass Transfer):<\/div>\n$
\n
$\"h\"$ <\/p>\n
Hay m\u00e1s informaci\u00f3n en la Web de Leybold<\/a>.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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<\/h1>\nDeterminaci\u00f3n del coeficiente de transferencia de calor por convecci\u00f3n o coeficiente de convecci\u00f3n.<\/strong><\/em><\/p>\n<\/div>\n