DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DEL NÚMERO DE BIOT Y EL PERFIL DE TEMPERATURA

         RESUMEN

Se inicia el estudio de transferencia de calor en estado no estacionario (transitorio) mediante el análisis teórico y experimental, con la ayuda de apéndices de libros referente al tema; además de  la construcción de graficas en la que se demostraran los perfiles de temperaturas con intervalos de tiempo, usando como modelo la gráfica de Schmidt. Para esto se determinara el número de Biot (Bi), por medio del calentamiento de un trozo de carne y así indiciar que tan eficiente es la transferencia de calor en el objeto. Para el análisis experimental se usará el laboratorio de física de la Facultad de Ingeniería Química; primero se calienta a temperatura constante una parrilla eléctrica que será la fuente de energía que transmite calor hacia una placa de latón que a su vez calentara el  trozo de carne cortada en varios intervalos a lo largo de ella; además se incluye el uso de termómetros digitales o termocuplas que medirán la transferencia de calor entre dichos intervalos. Como herramienta de apoyo se recure a software como Matlab para diseñar la simulación del perfil de temperatura dentro de la carne. De acuerdo al valor que se obtiene del número Biot se procede a analizar las condiciones que se establecen y para la práctica realizada se determinó que el valor está entre 0.1 y 40 indicando que ambos factores, ya sea de convección o conducción, son limitantes para la transferencia de calor en el trozo de carne.

Palabras Claves

Numero de Biot, Convección, Conducción, Perfil de Temperatura, Gráfica de Schmidt.

  

        INTRODUCCIÓN

La transferencia de calor en régimen no estacionario (transitorio)  indica que existe el cambio de temperatura en sistemas concentrados con respecto al tiempo. Dentro de este régimen transitorio se establece el cálculo de número de Biot con  datos experimentales para el análisis de la velocidad de la conducción de calor dentro de un trozo de carne en relación con la convección en la superficie del mismo.

Para el cálculo experimental que se realiza en el laboratorio de física, se usa diferentes materiales, datos de propiedades termo físicas de un trozo de carne, agua y aire. Se inicia el procedimiento exponiendo el trozo de carne que contiene los termómetros digitales en una placa de latón que estará sometida a una fuente eléctrica. Para el perfil de temperatura se usará la grafico de Schmidt  la cual con los valores obtenidos en la práctica se realiza la formación de la curva, que podría ser afectada por factores como la velocidad de transferencia entre el medio,  dentro del objeto y la superficie objeto.

Existen condiciones que demuestran el significado del número de Biot, partiendo de que cuando Bi < 0.1 se puede suponer una resistencia insignificante dentro del objeto y que la rapidez de calentamiento está limitada por la transferencia convectiva de calor; cuando Bi > 40, es posible suponer resistencia insignificante en la superficie y que la rapidez de calentamiento está limitada por la transferencia conductiva de calor; y cuando 0.1 < Bi < 40 ambos factores son limitantes. Por eso se tomará en cuenta su determinación para explicar que tan eficiente es la transferencia de calor en el trozo de carne. El perfil de temperatura que se realizó demuestra la transferencia de calor desde la placa de latón hacia la carne y mediante la aplicación de métodos numéricos y con el programa como Matlab se simula la gráfica para que se observe el cambio de temperatura que sufre el trozo de carne.

         OBJETIVOS

Objetivo General

• Determinar el número de biot y graficar el perfil de temperatura de  trasferencia de calor en estado transitorio.

Objetivos Específicos

• Llevar acabo  de forma experimental la transferencia de calor hacia la carne y graficar el perfil de temperatura.
• Emplear el uso del programa de Matlab como herramienta para demostrar gráficamente el perfil de temperatura.

    GENERALIDADES

        Conducción De Calor En Régimen Transitorio

La temperatura de un cuerpo varía con el tiempo así como con la posición, en coordenadas rectangulares; ésta variación se expresa como T (x, y, z, t), ya sea en sistemas  unidimensionales y multidimensionales, por lo tanto se analizaran problemas unidimensionales de conducción de calor, como los asociados con una pared plana grande, un cilindro largo, una esfera, usando diagramas de temperatura transitoria y soluciones analíticas.

Planteamiento general

Para obtener el campo de temperaturas en régimen no estacionario, una vía de resolución es con el uso de métodos matemáticos clásicos que nos dan una solución analítica.

 La información que necesitamos para que el problema sea resuelto:

  Condiciones geométricas: debemos conocer formas y dimensiones del cuerpo que estudiamos así como las zonas que tienen material con propiedades uniformes.

 Propiedades Termofísicas: Es necesario conocer las propiedades termofísicas del material y su variación con la temperatura.

 Condiciones Iniciales: El campo de temperaturas en el instante inicial debe ser dato.
  Condiciones de Contorno o Frontera: Definen la interacción de las piezas con el entorno. 

   

  Para obtener la información completa:

   Links-->  
Determinación del Número de Biot y Perfil de Temperatura. pdf
Video - número de Biot y Perfil de Temperatura trozo de Carne
Tutorial en Matlab - Perfil de la Temperatura