ATG2101(2)TRANSFERENCIA DE CALOR

CARRERA: TECNICO EN MANTENCION PREDICTIVA MENCION MINERIA

ASIGNATURA: ATG2101(2) “ANALISIS DE TERMOGRAFIA”SEMESTRE: II

PROFESOR:

1. Introducción

Las guías que se aplicarán en el transcurso de la asignatura tienen como finalidad lograr que el alumno

adquiera las competencias laborales necesarias para desempeñar tareas de análisis de termografía, a través de

actividades didácticas de laboratorio y taller. Entre estas actividades se cuentan experiencias de calibración de

cámaras termográficas y adquisición de imágenes.

En relación a la presente guía de laboratorio, tiene como finalidad el conocer los conceptos de calor y sus

formas de transmisión.

El alumno deberá preparar con anticipación los marcos teóricos implícitos en la realización de las actividades de

la guía, para lo cual deberán estudiar el marco teórico incluido al comienzo de cada guía.

El marco teórico será corroborado al comienzo de la clase y sólo podrán realizar la actividad los alumnos que

pasen esta etapa.

2. Objetivos

Al completar esta guía, el alumno será capaz de:

- Diferenciar la naturaleza de los fenómenos asociados a la transferencia de calor y sus formas de

transmisión.

- Diferenciar las Variables Físicas Relacionadas con las inspecciones termográficas.

3. DuraciónTiempo estimado de duración de la guía 90 minutos

4. PrerrequisitosNo tiene.

5. Bibliografía previa

Sears, Francis W. y Zemansky, Mark W. (1973). Física General. (5ta Edición). España: Mc-Graw-Hill

Tippens. Paul E. (1996). Física Conceptos y aplicaciones. (3era Edición). Mc-Graw-Hill Interamericana editores.

6. Marco teórico

DEFINICIONES Y MEDIDAS

Temperatura:

Es una magnitud escalar que indica la agitación o energía cinética que poseen las moléculas de un objeto (Fig. N°1), el cual no refleja cuánta energía calórica tiene este cuerpo en ese instante, sino la cantidad de energía cinética que tienen las moléculas.

FIGURA N°1: AGITACIÓN DE LAS PARTÍCULAS EN UN OBJETO

Calor (Q):

Es correcto referirse al calor como una forma de energía en tránsito. Dado que siempre que exista una diferencia de temperatura en un sólido o fluido, entre ellos u el entorno, se producirá un flujo de energía en forma natural, es decir: un flujo calórico desde la sustancia que esté a mayor temperatura respecto de la otra, hacia esta última, buscando el equilibrio térmico como resultado de la ley cero de la termodinámica. Entendiendo que la sustancia, cuando esté en proximidad con otra sustancia o con su entorno, la transferencia de calor es inevitable, por lo que sólo puede hacerse más lenta y producirse de las siguientes maneras:

Conducción: La expresión de conducción se llama a la forma de transferencia directa, donde se produce el traspaso de energía de molécula a molécula (Fig. N°2).

FIGURA N°2: TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN

Convección: La expresión convección se aplica a la transferencia de calor de un objeto a otro, o de forma interna por movimiento natural o forzado de la sustancia. Generalmente se aplica entre un sólido y un fluido produciendo un flujo de transferencia calórica (Fig. N°3).

FIGURA N°3: TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN

Radiación: La expresión de radiación se refiere a la emisión continua de energía calórica desde la superficie de todos los cuerpos con una temperatura diferente al cero absoluto, esta energía se transmite como ondas electromagnéticas (Fig. N°4). Dentro del espectro electromagnético corresponden a la radiación infrarroja.

FIGURA N°4: EJEMPLO DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN

Radiación Infrarroja:

Unidades:

En el sistema internacional de unidades el calor se mide en Joule (J) igual que el trabajo mecánico y energía, dado que el calor en sí es la energía calórica liberada por un cuerpo, sin embargo es más ampliamente utilizado concepto de caloría (cal) el cual se refiere a la cantidad necesaria de calor que se debe entregar a un 1 gr de agua pura para elevar su temperatura en 1°C a presión atmosférica (atm)

Instrumentación:

El calor se mide con el calorímetro, sirve para medir el calor absorbido o entregado por un objeto o sustancia, también puede medir el calor específico. Así también, la Temperatura se puede medir por un termómetro o pirómetro.

FIGURA N°5: CALORÍMETRO DE AGUA

FIGURA N°5: CALORÍMETRO DE FLUJO CONTÍNUO

FIGURA N°6: TERMÓMETRO DE MERCURIO

FIGURA N°7: PIRÓMETRO DIGITAL

Conductividad y Resistencia:

Es la capacidad de un objeto para entregar y absorber energía, en este caso, calórica, está estrictamente relacionada con el material, geometría granular, fase y temperatura.

Ondas:

Las ondas se definen como una perturbación a los parámetros del medio, transfiriendo energía sin intercambio másico. Fenómenos como el campo eléctrico, campo magnético, presión y densidad, se clasifican como ondas electromagnéticas y mecánicas respectivamente. Las ondas mecánicas necesitan un medio de transmisión, mientras que las electromagnéticas no lo necesitan. La radiación infrarroja es parte del espectro de radiación electromagnética y se encuentra entre la frecuencia de la luz visible y las microondas.

FIGURA N°8: ESPECTRO FRECUENCIAL DE LA RADIACIÓN LUMÍNICA

Actividades a realizar

6.1. Actividad 1: Experiencia de Transferencia de Calor

6.1.1. Equipos requeridos

2 Termómetros / Pirómetros

1 Carama Fotográfica

6.1.2. Número de alumnos sugerido por equipo

Se recomienda realizar esta actividad en un máximo de tres alumnos.

6.1.3. Instrumentos requeridos

2 Termómetros.

1 Calentador de Agua.

1 Cronometro / Reloj.

6.1.4. Herramientas requeridas

2 Recipientes.

1 Barra de Acero.

1 Barra de Polímero.

2 L de Agua.

6.1.5. Descripción y procedimiento

Para el desarrollo de esta experiencia es necesario considerar como exigencia de seguridad, al trabajar con superficies y/o fluidos Calientes, ocupar los elementos de protección personal específicos para dicha actividad.

6.1.5.1. Medir y registrar temperatura de los recipientes con la barras.

6.1.5.2. Llenar los recipientes con agua caliente.

6.1.5.3. Medir, registrar temperatura y tiempo al ingresar el agua caliente de ambos recipientes

6.1.5.4. Repetir el paso anterior de forma secuencial y continua por 5 min.

Recipiente con Barra de Acero Recipiente Con Barra de Polímero

Punto

de

Medici

ón °C a

0 S

eg.

°C a

___

Seg

.

°C a

___

Seg

.

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Seg

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°C a

___

Seg

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Bar

ra

1

2

3

4

Rec

ip 5

6

7

6.1.5.5. Realizar Grafico Curva Gradiente Térmico de la barra de acero

6.1.5.6. Realizar Grafico Curva Gradiente Térmico de la barra de polímero

6.1.6. Observaciones y conclusionesSegún el marco teórico y los datos obtenidos de la experiencia, redacte las observaciones y

conclusiones que le parecen más relevantes.

6.1.7. Cierre de la actividad

ATENCIÓN: Llamar al profesor para que evalúe su actividad.

7. Pauta de evaluación de la guía

Rut                 Nota            

Alumno  

   

Asignatura Análisis de Termografía Sigla  ATG2101(2) Sección  

N° Actividad  1 Nombre TRANSFERENCIA DE CALOR

Descripción La presente guía de laboratorio tiene como finalidad conocer el calor sus formas de trasmisión y los fenómenos asociados a él.

60% HabilidadesLogrado: 7 Medianamente logrado: 4 No logrado: 1 DescripciónIdentifica Conducción   20%

Identifica en qué lugar de la experiencia se produce Conducción, reconociendo además en otros lugares del laboratorio.

Identifica Convección   20%

Identifica en qué lugar de la experiencia se produce Convección, reconociendo además en otros lugares del laboratorio.

Identifica Radiación 20%

Identifica en qué lugar de la experiencia se produce radiación, reconociendo además en otros lugares del laboratorio.

40% Comprensión de la experienciaLogrado: 7 Medianamente logrado: 4 No logrado: 1 Descripción

Conclusión de la Experiencia 40%

Basado en datos obtenidos y en las mediciones realizadas, gráfica el gradiente térmico y explica los fenómenos de la trasferencia de calor en forma correcta, diferenciado que sucede en ambas experiencias.

 N1:Actitudes : Descuento (si se aplica) en cada ítem - Máximo 3,5 puntos menos de la nota

            - Logrado - No Logrado     DescripciónOrden   0.5 Mantiene el orden en transcurso de la actividad

Limpieza   0.5Mantiene su espacio de trabajo limpio mientras realiza la experiencia y se preocupa de que quede limpio al finalizar la actividad

Cuidado 1.0 Realiza la experiencia cuidando no producir daños físicos a los componentes, compañeros y a sí mismo.

Seguridad   1.0 Observa las normas y ocupa los implementos de seguridad al trabajar

Autocontrol             0.5   Se mantiene controlado a pesar de los intentos fallidos y ante la presión del tiempo para realizar las actividades

DescuentoEl alumno debe Repetir experiencia   Pasar a experiencia siguiente Firma Alumno

Nota: El descuento en las actitudes se realizará siempre y cuando el alumno no haya mostrado una actitud acorde de la actividad en al menos una de las actividades de la guía.