INSTITUTO TECNOLOGICO DE MEXCALI

Ingeniería Química

Laboratorio Integral I

Practica #8:

“Determinación del coeficiente de conductividad térmica”

Pérez Hernández Paola Carolina:

Lic. Norman Edilberto Rivera Pazos

Mexicali, B.C., a jueves 11 de diciembre del 2014.

“Determinación del coeficiente de conductividad térmica”

Objetivo

Determinar el coeficiente de conductividad térmica (K), utilizando “Ley de Fourier” y

datos obtenidos experimentalmente.

Marco Teórico

La conducción es un fenómeno que consiste en la propagación de calor entre dos cuerpos o

partes de un mismo cuerpo que se encuentran a diferentes temperaturas. Esta es la

transferencia de calor mediante la excitación molecular en el interior del material. Es decir,

cuando un extremo del material se encuentra a mayor temperatura, debido a las colisiones

de partículas de alta velocidad con las partículas más lentas se produce una transferencia de

energía.

La Ley de Fourier establece que “la densidad de flujo de calor por conducción es

proporcional al gradiente de temperatura”, es decir que el flujo de calor por unidad de área

es directamente proporcional a la disminución de la temperatura con la distancia, donde la

constante de proporcionalidad es la conductividad calorífica del material:

ó

Esta ecuación describe los procesos de conducción que tienen lugar en sólidos, líquidos y

gases. El coeficiente de conductividad térmica es una propiedad física que depende de la

sustancia y de los valores locales de la presión y la temperatura.

[ ]

La conductividad calorífica de los sólidos depende de numerosos factores que son difíciles

de medir o predecir. En general, los metales son mejores conductores que los no metales, y

los materiales cristalinos conducen más fácilmente el calor que los amorfos. La

conductividad de la mayor parte de los metales puros disminuye con la temperatura,

mientras que la de los no mentales aumenta; las aleaciones presentan un comportamiento

intermedio.

En el caso de los sólidos porosos la conductividad calorífica depende extraordinariamente

de la fracción de huecos, del tamaño de los poros y del fluido que esta contenido en los

poros; en los materiales cristalinos tienen importancia las fases y el tamaño de los cristales:

finalmente en los sólidos amorfos ejerce un efecto considerable el grado de orientación

molecular.

Materiales y Reactivos

Materiales:

Vaso de ppt. (50 ml)

Soporte Universal (2)

Pinzas para soporte universal (3)

Secadora

Tubo de cobre con aislamiento

Cronómetro

Termómetro

Termómetro Infrarrojo

Probeta (25 ml)

Reactivos:

Agua

Procedimiento

Con el soporte universal y las pinzas se sostiene la secadora verticalmente de

manera que el aire caliente salga hacia arriba.

Con la probeta se añaden 25 ml de agua al vaso de ppt.

Con el otro soporte universal se sostiene sobre la secadora el vaso de ppt. o el tubo

de cobre, según sea el caso.

Con el termómetro se toma la temperatura inicial y final del agua, así como la

temperatura del ambiente.

Con el agua se calcula el flujo de calor que la secadora transfiere al agua.

Con el termómetro infrarrojo se toma la temperatura de las dos caras del tubo de

cobre.

Con el cronometro se calcula el tiempo en el que se tiene un flujo estable.

Cálculos y Resultados

Datos del agua:

Datos del tubo de cobre:

Formulas:

Para obtener “ ” a partir del agua:

Para obtener :

Suponiendo que el flujo de calor transferido de la secadora al agua es el mismo que

transfiere la secadora al tubo de cobre, esta se sustituye en la ecuación para obtener .

Sustituyendo valores y calculando se tiene:

Intento ( ⁄ )

1 6.967 217.7

2 2.787 139.3

A continuación se muestra una tabla con valores de para diferentes materiales, entre ellos

se encuentra el cobre, donde se puede comparar con el valor obtenido experimentalmente.

Intento

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

1 23 22 42 20

2 23 22 30 8

Intento

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

1 25 35.8 29.4 6.4

2 25 31 27 4

Conclusión

Se utilizó la secadora como medio de calentamiento ya que emitía aire a 48°C. Se

realizaron dos intentos, donde se colocó el agua y el tubo de cobre a diferentes distancias de

la secadora, lo que dio como resultado la obtención de diferentes temperaturas de los dos

intentos en un mismo tiempo.

Comparando el valor obtenido experimentalmente con el de la tabla, se puede observar que

se obtuvo un valor muy cercano para el coeficiente de conductividad térmica del cobre.

Referencias

(s.f.). Obtenido de http://www.cecatherm.com/calefaccion-radiante/radiacion-conveccion-

conduccion

Bird, R. B., Steart, W. E., & Lightfoot, E. N. (1982). Fenómenos de Transporte. España: REVERTÉ.

Nave, M. O. (s.f.). hypherPhysics. Obtenido de http://hyperphysics.phy-

astr.gsu.edu/hbasees/thermo/heatra.html