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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PANAMA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA INGENIERIA EN ALIMENTOS

NOMBRE DEL LABORATORIO: DETERMINACION DE LA RESISTENCIA TERMICA POR CONTACTO.

INTEGRANTES: DARLA CALDERON EDWIN RAMOS

20-15-4056 8-938-567

KIMBERLY ALCEDO 8-918-1478 TIFFANY TRISTÁN 9-752-1026

GRUPO:1L1-131

FECHA DE ENTREGA: MARTES, 16 DE SEPTIEMBRE 2019.

ASISTENTE: MILVIA CASTILLO

Introducción La transferencia de calor en ingeniería se ocupa de los problemas asociados a la propagación del calor en distintos medios materiales. Estos problemas se presentan en el estudio de la naturaleza, así como también en las aplicaciones de la ingeniería. Distinguimos tres formas principales de transmisión del calor: la conducción, la convección y la radiación. Son incógnitas típicas de los problemas de ingeniería la determinación del campo de temperaturas y la velocidad de flujo de calor ya sea en medios fluidos, solidos o bien una combinación de ellos. De acuerdo al mecanismo y a los medios donde se desarrolla la transferencia de calor, aparecerán modelos físicos que serán descriptos por distintas ecuaciones. La figura 1.1 resume los modos de transmisión de calor. Agreguemos también que el transporte de masa, en sistemas de dos o más componentes modifica fuertemente el proceso de transmisión de calor (por convección). En ingeniería interesa controlar los procesos de transferencia de calor. Modificar las temperaturas asociadas a un problema, así como aumentar o disminuir la velocidad del flujo de calor. Para ello, aparece el diseño sobre la geometría, materiales, la mecánica de fluidos, modelos para el control, etc. Numerosos ejemplos se nos presentan: en el dimensionamiento de las aislaciones edilicias, de aletas disipadoras en componentes electrónicos, de la superficie de intercambio de un calefactor (o de un evaporador de una unidad de aire acondicionado); en la utilización de materiales refractarios en hornos; en el control de la temperatura de una instalación frigorífica.

La conducción es una forma de transferencia térmica según la cual, el calor viaja desde una región de temperatura elevada a otra de menor temperatura, pudiendo aparecer en los sólidos, en los líquidos y en los gases. Para el caso de los líquidos y gases, la conducción se encuentra normalmente en combinación con la convección; la conducción pura tiene lugar,

fundamentalmente, en los sólidos opacos. En lo que sigue consideraremos que el medio conductor es un sólido, pero los principios que se desarrollan pueden aplicarse asimismo a aquellos líquidos y gases en los que el movimiento convectivo se encuentre limitado por el mecanismo que sea. El estudio de la conducción térmica se puede realizar siguiendo tres directrices principales: - En la primera interviene la conducción en régimen estacionario, en el que la temperatura resulta ser función de una determinada dirección - En la segunda la temperatura es función de dos o tres direcciones - La tercera se corresponde con la conducción en régimen transitorio La ecuación de la conducción es una expresión matemática, consecuencia del Principio de Conservación de la Energía en una sustancia sólida; se obtiene mediante un balance energético en un elemento de volumen del material en el que se realiza la transferencia de calor por conducción; las transferencias de calor debidas a la conducción están relacionadas con la distribución de temperaturas mediante la ley de Fourier. La ley de Fourier establece que el vector densidad de flujo de calor que pasa a través de una superficie isoterma dS es proporcional al gradiente de temperatura ∂T/∂n:

Procedimiento

1. Guiándonos desde el gráfico de “T (°C) vs x (m)” para cada una de las tres partes de la barra segmentada (obtenido durante la primera experiencia); en donde la razón de generación de calor era de 10 W y la sección B de la barra segmentada era de una aleación de cobre; determine las temperaturas en la interface A-B, y las temperaturas en la interface B-C. Para ello evalué las diferentes funciones obtenidas por regresión lineal en la posición de la interface respectiva. Sí prefiere también puede obtener las temperaturas en las interfaces por medio de un método gráfico. Para esto último, debe prolongar la recta obtenida por regresión lineal para cada una de las secciones hasta una recta perpendicular al eje de las abscisas marcada en el punto longitudinal en que hacen contacto dichas secciones de la barra segmentada. El punto de intercepción representa la temperatura de la superficie de esa sección en la interface. Vea la figura 2, para una mayor comprensión de lo anterior. 2. Con de las temperaturas que obtuvimos en la interface, del área aparente de la interface, y de la razón de generación de calor determine la resistencia térmica por contacto y la conductancia térmica. 3. Hicimos reiteradamente los pasos 1 y 2; para las potencias de 20 y 30 W. 4. A partir del gráfico de “T (°C) vs x (m)” para cada una de las tres partes de la barra segmentada (obtenido durante la segunda experiencia); en donde la razón de generación de calor era de 10 W y la sección B de la barra segmentada era de

un tipo de acero; determine las temperaturas en la interface A-B, y las temperaturas en la interface B-C. Para ello evaluamos las diferentes funciones obtenidas por regresión lineal en la posición de la interface respectiva. Sí preferíamos también podíamos obtener las temperaturas en las interfaces por medio de un método gráfico. Para esto último, debíamos prolongar la recta obtenida por regresión lineal para cada una de las secciones hasta una recta perpendicular al eje de las abscisas marcada en el punto longitudinal en que hacen contacto dichas secciones de la barra segmentada. El punto de intercepción representa la temperatura de la superficie de esa sección en la interface. Vea la figura 2, para una mayor comprensión de lo anterior. 5. Con las temperaturas obtenidas en la interface, del área aparente de la interface, y de la razón de generación de calor determinamos la resistencia térmica por contacto y la conductancia térmica por contacto. 6. Repetimos nuevamente los pasos 1 y 2; para las potencias de 20 y 30 W. 7. Completamos las siguientes tablas

Resultados y discusión Tabla 1. Resultados obtenidos a partir de la primera experiencia.

Tabla 2. Resultados obtenidos a partir de los datos de la segunda experiencia.

Al observar los valores de la temperatura en cada superficie en las tablas 1 y 2 se puede apreciar como esta va disminuyendo al pasar por cada una de las capas por ejemplo inicia 52.8 °C y finaliza en 32 °C, esto debido a la rugosidad de la superficie, de manera que toda interfase da como resultado alguna resistencia a la transferencia de calor, por lo que se determinó dicho valor.

Cada una de estas resistencias dependen de la aspereza de la superficie, de las propiedades de los materiales, de la temperatura y presión de la interfase, por lo que se observa que estos varían en la tabla 1 y 2. Preguntas. 1. Para una misma razón de generación de calor, ¿Cómo se compara la resistencia térmica por contacto de la aleación de cobre con la del acero? ¿A qué cree que se deba esta diferencia? R//. Comparando las resistencias térmicas por contacto en el mismo punto con un mismo valor de generación de calor las resistencias térmicas de la aleación de cobre son cada vez más alta que la del acero, esto se debe a esas propiedades de cada material ya que la resistencia depende de la diferencia de temperatura en la interface, como se presenta en la tabla de resuelto. 2. ¿Qué comportamiento observa en la resistencia térmica por contacto al aumentar la razón de generación de calor? R//. En cuanto a la resistencia térmica por contacto al ir aumentando la razón de generación de calor lo que va a provocar es que disminuya o sea que se hace cada vez más pequeña. 3. Compraré los valores de resistencia térmica por contacto con los valores típicos mencionados en el marco teórico. ¿Se encuentran los valores calculados dentro de este rango? ¿Cree que estas resistencias térmicas por contacto son significativas a la hora de determinar la razón de transferencia de calor por conducción en el medio? R//. Los valores resultantes están dentro del rango, en donde esta es significativa e incluso puede dominar la transferencia de calor como buenos conductores de calor como los metales estudiados durante toda esta experiencia sobre aleación de cobre. Conclusiones En la pasada experiencia comprendimos diversos conceptos importantes, pues logramos entender que en solidos que poseen más de dos capas, normalmente no se encuentran temperaturas constantes, sin caídas de las mismas en las interfases, pues se estaría hablando de un caso ideal, en donde hay un contacto perfecto el cual no sucede, pues cada material posee rugosidad en sus superficies. Después de haber hallado las temperaturas a partir de los gráficos T(°C) vs x(m) presentes en las tres fases de la barra segmentada, las cuales disminuyen producto de las irregularidades que poseen las superficies, pudimos calcular las resistencias térmicas como se pueden observar en la tabla 2, estos valores podemos considerarlos significativos ya que están en el rango de (0.000005-0.0005) m2·°C/W y considerar esto es muy importante al analizar la transferencia térmica de medidas(En nuestro caso la barra de tres capas). Referencias Bibliográficas

Conduccion de Calor Unidireccional en regimen estacionario. (s.f.). Obtenido de http://manager.redsauce.net/AppController/commands_RSM/api/api_getFile.php?itemID =87&propertyID=20&RStoken=59e8ac1045d03e2ff6564c0638315f38 Generalidades de Transferencia de Calor. Conducción de regimen estacionario. (s.f.). Obtenido de http://materias.fi.uba.ar/6731/introduccion.pdf Universidad Tecnologica de Panamá. (s.f.). Guía de Laboratorio: Transferencia de Calor. Obtenido de Determinación de la resistencia térmica por contacto .