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CONDUCCION TRANSITORIA

ESTUDIANTES:

YEISON OROZCO CAMILO PINEDA GASPAR SOTO

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA MEDELLÍN 2013

CONDUCCION TRANSITORIA

ESTUDIANTES: YEISON OROZCO CAMILO PINEDA GASPAR SOTO

INFORME DE PRACTICA EXPERIMENTAL # 5

PROFESOR: YUHAN LENIS

ASIGNATURA: IMC-481 GR01 LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA MEDELLÍN 2013

GLOSARIO

Conducción: La transmisión por conducción se produce cuando la energía se propaga debido a los choques entre las partículas. En cada choque las partículas ceden parte de su energía cinética a las partículas contiguas, todo ello sin que haya transporte neto de materia. Estado transitorio: es un estado termodinámico en el cual una o varias de sus propiedades varían con el tiempo. Sensor: Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Termopar: Un termopar (también llamado termocupla) es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia. En Instrumentación industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado Celsius son difíciles de obtener.

RESUMEN

En esta práctica de laboratorio se pretende analizar el comportamiento transitorio en la conducción de calor de ciertos elementos y sustancias típicas utilizadas como patrones o sensores de medición de la temperatura.

OBJETIVOS 

Encontrar el tiempo de respuesta de diferentes sensores de temperatura.



Con lo anterior establecer los criterios necesarios para la Selección de sensores de temperatura.



Analizar la respuesta de los sensores de temperatura a Diferentes temperaturas.

PROCEDIMIENTO

1. Deposite en un beaker un baño de hielo fundente. 2. Tome los termopares y termómetros que se han de emplear y verifique su correcto funcionamiento. 3. Introduzca el termopar en el baño de hielo 4. Registre tiempo y temperatura hasta que se alcance la temperatura del medio. 5. Repita el procedimiento para los otros sensores. 6. Vierta agua en un beaker y caliente hasta lograr el punto de sublimación. 7. Repita los pasos 4 y 5. 8. Repita los pasos 4 y 5 para los diferentes sensores con el Proceso inverso, es decir, para el caso donde el termopar va de la temperatura del medio atemperatura ambiente. 9. Tome plastilina y realice alguna forma geométrica sobre los sensores y realice el procedimiento anterior (solo en temperaturas bajas, esto es, desde temperatura ambiente hacia temperatura de fusión y desde temperatura de fusión hasta temperatura ambiente). De este procedimiento se omite los puntos 8 y 9 segun la practica realizada. Se trabaja con los siguientes sensores: -

Termómetro de vidrio Termopar con sensor

Se para cada uno de los experimentos se toma los tiempos y las temperaturas mostrados en las siguientes tablas con su respectiva grafica en la que visualizamos el comportamiento.

ENFRIAMIENTO CON TERMOMETRO DE VIDRIO Temperatura ambiente = 25 ºC Temperatura (ºC) Tiempo (s) 25 0 22 1 18 2 15 3 13 4 10 5 9 6 8 7 7 8 6 9 6 10 6 11 5 12 5 13 4 14 4 15 4 16 4 17 3 18 3 19 3 20 3 21 2 22 2 23 2 24 2 25

TERMOMETRO TEMPERATURA (ºC)

30 25 20 15 10 5 0 0

10

20 TIEMPO (s)

30

ENFRIAMIENTO CON TERMOPAR CON TP DE VIDRIO

Temperatura ambiente=23,8 ºC Temperatura (ºC) Tiempo (s) 23,8 0 23,8 1 7,8 2 3,5 3 2,7 4 2,6 5 2,6 6 2,6 7 2,6 8 2,6 9 2,6 10

TERMOPAR CON TP

TEMPERATURA (ºC)

30 25 20 15 10

5 0

0

5

10 TIEMPO (s)

15

CALENTAMIENTO CON TERMOMETRO DE VIDRIO

Temperatura ambiente=22,5 Temperatura (T) Tiempo (t) 22,5 0 25 1 26,5 2 28 3 29,5 4 49 5 74 6 81 7 85,5 8 88,5 9 90 10 91 11 92 12 92,5 13 93 14 93 15

TERMOMETRO TEMPERATURA (ºC)

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

0

5

10 TIEMPO (S)

15

20

CALENTAMIENTO CON TERMPAR CON TP

Temperatura ambiente=24 ºC Temperatura (ºC) Tiempo (s) 24 0 24,1 1 90,4 2 93,1 3 93,8 4 93,8 5 93,8 6 93,8 7 93,8 8 93,8 9 93,8 10 93,9 11 93,9 12

TERMOPAR CON TP 120 TEMPERATURA (ºC)

100 80 60 40 20 0 0

5

10 TIEMPO (S)

15

RESULTADOS 

Calcule la constante de tiempo para todos los sensores utilizados en los diferentes casos. Se define la constante como el periodo de tiempo en el cual la diferencia de temperatura entre el medio y el objeto se reduce al 36.8% del valor de la diferencia inicial. Procedemos entonces a calcular el valor de T ( esta condición:

) para el cual se cumple

Y

Y debemos hallar el momento en el que tenemos esta temperatura. Se debe encontrar por medio de interpolación lineal según la tabla de datos obtenida y así calculamos nuestra constante de tiempo.

PARA TERMÓMETRO DE VIDRIO EN ENFRIAMIENTO

Por lo tanto

PARA TERMOPAR CON TP EN ENFRIAMIENTO

Por lo tanto

PARA TERMÓMETRO DE VIDRIO EN CALENTAMIENTO

Por lo tanto

PARA TERMOPAR CON TP EN CALENTAMIENTO

Por lo tanto



Explique cómo es la constante de tiempo para todos los casos.

CONSTANTE DE TIEMPO ( Segundos) TERMÓMETRO DE TERMOPAR VIDRIO CON TP ENFRIAMIENTO 0 CALENTAMIENTO Con los datos resumidos en la tabla anterior podemos analizar y darnos cuenta que la constante de tiempo es muy diferente utilizando el termómetro o el termopar; pero no varía mucho si realizamos la convección forzada en enfriamiento o calentamiento. En el siguiente punto analizaremos con más detalle el porqué. 

Analice el comportamiento del sensor en los diferentes medios.

De la ecuación donde se deduce que si el área de la superficie en contacto con el ambiente (As) es constante y que si el coeficiente convectivo (h) también lo es, entonces podemos deducir que el valor de la resistencia interna es mayor en el termómetro de vidrio que en el termopar. Respecto a la contante para cada sensor, esperábamos que la constante fuera mayor en ambos casos de calentamiento ya que teóricamente el valor de la

resistencia interna es mayor en el proceso de calentamiento que en el de enfriamiento, lo cual implica que en el primer proceso el sensor tarda más tiempo en alcanzar la estabilidad que en el segundo. Este criterio no se cumplió para el termopar muy seguramente por las causas de error que se pueden presentar en un experimento como el que realizamos o visualizamos en el video. Estas causas de error son básicamente de la toma de datos visuales. 

De acuerdo con los resultados que obtuvo y lo observado en el laboratorio, diga en qué casos utilizaría los sensores que se emplearon en la práctica.

Utilizaríamos el termómetro de vidrio para casos en los que necesitemos realizar un análisis del comportamiento de la temperatura en el tiempo en un proceso de convección transitoria y que no se requiera una alta precisión. Utilizaríamos el termopar en los casos en los que se necesite precisión y necesitamos una información de temperatura después de un lapso de tiempo determinado sin obtener necesariamente información sobre el comportamiento en ese lapso de tiempo.

CONCLUCIONES -

Los materiales de los que está fabricado el termopar tienen una resistencia térmica mucho menor que la del vidrio del que está compuesto el termómetro.

-

El termopar es un sensor muy confiable dada so precisión y cortó tiempo de respuesta. Podemos darnos cuenta con los valores obtenidos de la constante de tiempo de la rapidez con que el termopar identifica un estado estable de nuevo.

-

La conducción transitoria en un forma considerablemente simple de conducción y con una amplia aplicación en la ingeniería.