INFORME 3_PROPIEDADES TERMICA

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Para probar la operación del sistema y validar el método de medición, se miden muestras de acero inoxidable, bronce, aluminio, latón y cobre. Los valores que se obtienen se comparan con los datos publicados en la literatura especializada.

El método consiste en determinar la conductividad térmica de un material por comparación contra un material de referencia al establecer un estado permanente de flujo de calor en el sistema [6].El sistema está compuesto por tres barras, dos de ellas son de referencia con conductividad térmica conocida y una barra bajo medición. Las tres barras están aisladas térmicamente del ambiente para evitar el flujo de calor en la dirección radial.

Una fuente de calor se coloca en un extremo de la barra compuesta y el otro extremo está colocado en un sumidero (o fuente fría) de calor a temperatura controlada. En la Figura 1 se muestra un diagrama del sistema.

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Donde, λM es la conductividad térmica de la muestra, λR1 y λR2 son la conductividad térmica de los materiales de referencia 1 y 2., Ti es la temperatura en cada una de las posiciones Zi donde están colocados los termopares. Los subíndices 1 y 2 se refieren a la primera barra de referencia, 3 y 4 a la muestra bajo medición y el 5 y 6 a la segunda barra de referencia.

Si las distancias entre los termopares de cada barra son iguales y el material de referencia es el mismo para las dos barras entonces, la Ecuación (6) se reduce a:

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Procedimiento:

Para el procedimiento del cálculo de calor especifico se debe tener en cuenta los siguientes implementos: calorímetro (Aparato para medir cualquier constante térmica, especialmente el calor específico, ver figura 1);; Calentador de agua (figura 2); Agua fría (temperatura ambiente); Muestras de aluminio, cobre, y plomo(figura 3); Balanza(figura 4); Termómetro(figura 5);

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Figura 1, calorímetro

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Figura 2. Calentador de agua.

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Figura 3. Muestras de aluminio, cobre y plomo

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Figura 4, Balanza digital

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Figura 5, Termómetro digital.

Cabe aclarar que se debe poseer de una buena cantidad de agua, ya que es necesario que al momento de sumergir las muestras, estas queden totalmente cubiertas. Mientras que el agua llega a su punto de ebullición; se toman las medidas de las masas del calorímetro M_cal y las muestras metálicas, y se ingresan en la tabla 1. En el momento en que el agua llega a su punto de ebullición se mide su temperatura T_ (ebu.)

Después se procede a llenar el calorímetro con suficiente agua (a temperatura ambiente) de manera que las muestras quedan totalmente cubierta, se mide su temperatura T_(fri.) ,se sostienen las muestras a la tapa del calorímetro y se proceda a introducirlas en el agua hirviendo. Se dejan allí por un tiempo prudente para que adquieran la temperatura del agua hirviente.

Luego de un tiempo prudente, se extraen las muestras del agua e inmediatamente se ingresan en el calorímetro. Luego se introduce el termómetro y se revuelve el agua durante algunos segundos. La temperatura medida T_equ corresponderá a la temperatura cuando el agua llegue al equilibrio térmico con la muestra. Se ingresan dichos datos en la tabla 1. Después de tomar la medida de temperatura se mide la masa del calorímetro con el agua y el metal adentro (M_tot). Una vez se tomen las medidas del agua en equilibrio térmico se debe introducir el termómetro en agua fría para que en el momento de usarlo de nuevo las medidas no vayan a contener cierto error.

Las muestras al ingresarse en el calorímetro deben ser sumergidas totalmente y sin tocar ni las paredes ni el fondo, para no generar problemas en las medidas del agua en equilibrio térmico.

Para el procedimiento del cálculo del coeficiente lineal de expansión se debe tener en cuenta los siguientes implementos: dilatómetro (instrumento para medir la dilatación y la contracción de un material o un cuerpo, ver figura 6); Regla (figura 7); Generador eléctrico de vapor (figura 8); Tester (figura 9), Barras metálicas de cobre, hierro y aluminio(figura 10); Vaso precipitado(Figura 11)

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Figura 6, Dilatómetro

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Figura 7, regla (pie de rey).

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Figura 8, Generador eléctrico de vapor

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Figura 9, Tester

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Figura 10, Barras metálicas

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Figura 11, Vaso precipitado

Luego se procede a inserta la barra de metal sobre el dilatómetro las cuales van conectadas por medio de un cable, el reloj que mide la dilatación (cada muesca equivale a 0.01 mm) se calibra en cero para así medir el Dt o sea, dilatación.

A la barra metálica ya conectada al dilatómetro se le inserta una manguera que está conectada al generador eléctrico de vapor para que así el vapor fluya dentro de la barra metálica y ocurra la transmisión de calor responsable de la dilatación.

El tester se calibra en 200 KW y se conecta al dilatómetro para medir la resistencia y por medio de una tabla de conversiones registrar la temperatura.

Luego de medir la temperatura inicial y la longitud inicial se deja pasar el vapor, registrando la dilatación y paralelamente la temperatura. Y luego proceder a realizar los cálculos.

Primeramente se mide las longitudes iniciales para cada metal, luego la determinación por medio del tester las temperaturas iniciales.

Después de aplicado el calor se registró en el dilatómetro las variaciones de longitud y en el tester las temperaturas finales.

Para calcular la longitud