CONDUCCIÓN DE CALOR EN ESTADO TRANSITORIO

CONDUCCIÓN DE CALOR EN ESTADO TRANSITORIO.

Duver Andrés Vera Naranjo

David Puerta Restrepo.

Jesús Cataño Montoya

Universidad de Antioquia, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Mecánica.

Medellín, Antioquia, Colombia.

Se desarrollará de forma teórica la transferencia de calor en estado transitorio bajo la condición de sistema concentrado, esto con el fin de analizar el comportamiento tanto teórico como experimental del fenómeno hallando el perfil del exceso de temperatura. También se desarrolla el análisis de los instrumentos de medida en este caso temocupla y termometro; en este análisis se indaga sobre las diferencias entre los tiempos de respuesta para diferentes procesos.

Para modelar el sistema y tener una mejor aproximación a la teoría, se utilizarán herramientas como una cámara termografía, la cual nos entregará una imagen que será analizada con ayuda de las herramientas propuestas por los docentes encargados del curso, se recomendó utilizar Matlab para realizar tal estudio por su versatilidad y su conocimiento por parte del educado en cursos anteriores

Palabras claves: Estado transitorio, constante de tiempo, exceso, termómetro, termopar, regresion.

Introducción.

Los sistemas que se plantean en el experimento son agua en el punto de ebullición que sirve para comenzar el experimento de enfriamiento y agua a 0 ºC que sirve para iniciar el experimento de calentamiento. El procedimiento consiste en sumergir el termómetro y el termopar en ambos recipientes y anotar los datos de temperatura vs el tiempo.

Termopar tipo k

El termopar es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce una diferencia de potencial muy pequeña que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado punto caliente y el otro llamado punto frío, esto se refiere al efecto Seebeck.

Tipo k se refiere a sus materiales, el cromel que es una aleación de Ni-Cr, y el alumel es una aleación de Ni-Al. Tienen un rango de temperatura de –200 °C a +1372 °C y una sensibilidad 41 µV/°C aproximadamente. Posee buena resistencia a la oxidación.

Termómetro de bulbo.

es el tipo de termómetro que generalmente se utiliza para medir la temperatura de una sustancia u objeto, y contiene usualmente mercurio o alcohol coloreado en el bulbo en el extremo del termómetro.

Estado transitorio.

A el cambio de una variable respecto al tiempo se le llama estado transitorio. En general la temperatura de un cuerpo cambia tanto con el tiempo como con la posición, pero la resolución de dicho problema exige una matemática avanzada, por lo cual se plante el modelo de cuerpo con resistencia interna despreciable. Este modelo permite analizar el objeto en estudio como un cuerpo concentrado lo que significa que su temperatura varia con el tiempo, pero no con la posición. Así, para este modelo se cuentan con las siguientes Marco teórico.

ecuaciones.

exceso de temperarura=?/?_i =e^(-m t) ec 1.

?=T_t-T_8 ec 2. ?_i=T_i-T_8 ec 3. m=(hA_s)/(?VC_P ) ec 4.

1.

Tabla 1 Datos de enfriamiento termopar tipo K.

Tabla 2. Datos de calentamiento termopar tipo k.

Tabla 3. Datos de calentamiento termómetro de bulbo.

Tabla 4. Datos calentamiento termómetro de bulbo.

Tabla 5. Datos calentamiento termómetro de bulbo.

2. Las siguientes graficas muestran la distribución del exceso de temperatura respecto al tiempo. En cada una de ellas se realizó una regresión de mínimos cuadrados, que en este caso corresponde a una regresión exponencial, dado que como se muestra en la ecuación 1 el fenómeno en estado transitorio se rige por una ecuación exponencial, además este tipo de función ayudara posteriormente a obtener la constante de tiempo (t) con mayor facilidad.

Figura 1. Distribución del exceso de temperatura, enfriamiento termopar tipo k.

Para esta distribución la ecuación es y=e^(-0,01 x) con R^2=0,9551

Figura 2.Distribución del exceso de temperatura,

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