Proyecto Final. Recuperado Reparado Reparado

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  • pg. 1

    Tecnolgico nacional de Mxico.

    Instituto tecnolgico de Len.

    Especialidad.

    Ingeniera en electromecnica.

    Dpt. Metal-mecnica.

    Transferencia de calor.

    Conductividad trmica en placas

    rectangulares

    Profesor.

    Dr. Rentera Hernndez Julin.

    Integrantes.

    Fecha de entrega 29/05/2015

  • pg. 2

    ndice.

    Introduccin..3

    Justificacin..3

    Objetivos...3

    Antecedentes4

    Capitulo 1. Fundamentos tericos.

    1.1 conduccin5

    1.1.1 conductividad trmica.7

    1.1.1.1 En materiales de estado slido....7

    1.1.1.2 En materiales de estado gaseoso...7

    1.1.1.3 En materiales de estado lquido...7

    1.1.1.4 Aislantes...8

    1.1.2 Principio del mtodo para calcular la conductividad trmica..8

    Captulo 2. Metodologa.

    2.1 Anlisis9

    2.2 Construccin..9

    Captulo 3. Resultados.

    3.1 Resultados...14

    3.2 Conclusiones...15

    Referencias.15

    Anexos.15

  • pg. 3

    Introduccin.

    La conductividad trmica es una propiedad de los materiales que permite calcular

    la distribucin de temperatura en diversos sistemas.

    La presente investigacin hace referencia a la conductividad trmica en una placa

    rectangular, el enfoque principal de esta investigacin se fundamenta en los

    siguientes puntos.

    o La investigacin previa que se realiz dentro y fuera de clase sobre el

    tema en la matera de transferencia de calor y en electrnica analgica

    en la parte electrnica.

    o Desarrollo de proyecto, el cual se llevara a cabo de la teora a la

    realidad.

    Justificacin.

    Le realizacin de esta proyecto tendr muchos beneficios, ayudara al alumno a

    plantear sus conocimientos obtenidos para llevarlos a la prctica e implementarlos

    en situaciones futuras.

    En este proyecto el alumno plateara lo aprendido en diversas materias y con la

    utilizacin de ambas implementara un modelo para calcular la conductividad

    trmica.

    Objetivos.

    Objetivo general.

    Calcular la conductividad trmica en una placa rectangular utilizando conocimientos

    de transferencia de calor y electrnica analgica.

    Objetivo Especficos.

    o El estudio de la trasferencia de calor en una placa rectangular.

    o Anlisis de transferencia de calor en estado estable.

    o Diseo de circuito para la medicin de temperatura mediante

    electrnica analgica.

  • pg. 4

    Antecedentes.

    La Transferencia de calor es la energa en trnsito debido a una diferencia de

    temperaturas en un cuerpo o entre cuerpos diferentes. Siempre que exista una

    diferencia de temperatura, la energa se transfiere de la regin de mayor

    temperatura a la de menor temperatura De acuerdo con los conceptos de la

    Termodinmica, la energa que se transfiere como resultado de una diferencia de

    temperatura es el calor. Las leyes de la termodinmica tratan de la transferencia de

    energa, pero slo se aplican a sistemas que estn en equilibrio (pueden utilizarse

    para predecir la cantidad de energa requerida para modificar un sistema de un

    estado de equilibrio a otro), pero no sirven para predecir la rapidez (tiempo) con que

    pueden producirse estos cambios. La transferencia de calor, complementa los

    principios termodinmicos, proporcionando mtodos de anlisis que permitan

    predecir esta velocidad de transferencia trmica.

    Desde el punto de vista como ingenieros electromecnicos es de gran importancia

    conoces estos antecedentes o bases, para nosotros es de gran inters el conocer

    cmo se da la transferencia de calor en diferentes materiales, pero para ello uno de

    los principales aspectos a tomar en cuenta es la conductividad trmica el cual es un

    factor importante para diversos anlisis de trasferencia de calor.

    La realizacin de una investigacin como esta puede ayudar simplemente a una

    simulacin acerca del tema pero que nos ayudara a complementar los

    conocimientos acerca del tema para posteriormente poder desempearnos con

    mayor calidad en el mbito laboral.

  • pg. 5

    Captulo 1: Fundamentos tericos.

    1.1 Conduccin.

    La conduccin trmica K describe el transporte de energa en forma de calor a

    travs de un cuerpo como resultado de un gradiente de temperatura.

    La conduccin, es el nico mecanismo de transmisin de calor posible en los medios

    slidos opacos, cuando en estos cuerpos existe un gradiente de temperatura. El

    calor se trasmite de la regin de mayor temperatura a la de menor temperatura,

    debido al movimiento cintico o el impacto directo de las molculas como en el caso

    de los fluidos en reposo o por el arrastre de los electrones como sucede en los

    metales. La ley bsica de la conduccin del calor (Joseph Fourier), establece: La

    tasa de transferencia de calor por conduccin en una direccin dada es proporcional

    al rea normal a la direccin del flujo de calor y al gradiente de temperatura en esa

    direccin.

    =

    =

    12 (1.1)

    Donde:

    K.-Conductividad trmicas. (

    )

    Qx.- Potencia de la resistencia. (W)

    .-Es la diferencia de temperaturas. ()

    A.- rea de la probeta de seccin trasversal. (2)

    x.-Es la longitud de la probeta.()

  • pg. 6

    El flujo real de calor depende de la conductividad trmica (k), que es una propiedad

    fsica del cuerpo El signo (-) es consecuencia del segundo principio de la

    termodinmica, segn el cual el calor debe fluir hacia la zona de temperatura ms

    baja. El gradiente de temperatura es negativo si la temperatura disminuye para

    valores crecientes de x, por lo que el calor transferido de la direccin positiva debe

    ser una magnitud positiva, por lo tanto, al segundo miembro de la ecuacin anterior

    hay que introducir un signo negativo.

    1.1.1 conductividad trmica.

    La conductividad trmica se refiere a la cantidad por velocidad de calor transmitida

    a travs de un material. La transferencia de calor se produce en mayor proporcin

    en los materiales con alta conductividad trmica. Los materiales con

    alta conductividad trmica se usan mucho en aplicaciones de disipacin trmica y

    los materiales con baja conductividad trmica se usan como aislantes trmicos. La

    conductividad trmica de los materiales depende de la temperatura y de la

    estructura fsica del material (atmica y molecular). El contrario de la conductividad

    trmica se denomina resistividad trmica. Los metales con una alta conductividad

    trmica, por ejemplo el cobre, tienen una alta conductividad elctrica.

    El calor generado en los materiales con alta conductividad trmica es alejado

    rpidamente de la regin de la soldadura. En el caso de los materiales metlicos,

    la conductividad trmica y la elctrica se correlacionan de forma positiva, es decir,

    los materiales con una alta conductividad elctrica (baja resistencia elctrica) tienen

    alta conductividad trmica.

    La conductividad trmica est dada por la ley de Fourier.

    = (x)

    (1 2) (1.2)

    En general la conductividad trmica de un slido es mucho mayor que la de un

    lquido, que a su vez es mayor que la de un gas, esto se debe en gran parte a las

    diferencias en el espacio molecular. Se debe tener en cuenta que para una aleacin

    en algn material, la conductividad trmica es mucho menor a cualquiera de los dos

    materiales, siempre y cuando las proporciones de la aleacin sean considerables.

  • pg. 7

    1.1.1.1` Conductividad trmica en materiales en estado slido.

    Un slido se comprende de electrones libres y de tomos unidos en un arreglo

    peridico denominado estructura cristalina. Por esto, la transferencia de energa

    trmica se debe a dos efectos, a la migracin de electrones libres y a las ondas

    vibratorias de la estructura cristalina, estos dos efectos son aditivos, lo cual quiere

    decir que la conductividad trmica K es la suma de la conductividad trmica

    efectuada por la migracin de electrones libres ms la conductividad trmica

    efectuada por las ondas vibratorias en la estructura cristalina.

    1.1.1.2 Conductividad trmica en materia en estado gaseoso.

    Como el espacio intermolecular es mucho mayor y el movimiento de las molculas

    es aleatorio, el transporte de energa trmica es menos efectivo. La conductividad

    trmica de un gas es menor que la de un slido y un lquido.

    La conductividad trmica de un gas aumenta con el incremento de la temperatura y

    con la disminucin del peso molecular.

    1.1.1.3 Conductividad trmica en materia en estado lquido.

    Las condiciones moleculares asociadas con el estado lquido son ms difciles de

    describir, y los mecanismos fsicos para explicar la conductividad trmica no estn

    bien definidos, la conductividad trmica de lquidos no metlicos por lo general

    disminuye al incrementar la temperatura, pero existen algunas excepciones como

    para la glicerina y el agua. Los valores de la conductividad trmica normalmente se

    tabulan como funcin de la temperatura para el estado satralo del lquido.

  • pg. 8

    1.1.1.4 Aislantes.

    Los aislantes trmicos se caracterizan por ser materiales de baja conductividad

    trmica, en los aislantes tipo fibra, polvo y escamas, el material solido se dispersa

    finamente en el espacio de aire. Estos sistemas se caracterizan por una

    conductividad trmica