Transmisión del calor: estudio del enfriamiento de los cuerpos usando una impresora 3D y una cámara infrarroja

Abstract

Este trabajo consiste en el estudio de los diferentes mecanismos de transferencia de calor, para ello utilizaremos un dispositivo no convencional: una cámara termográfica. Con ella podremos estudiar cómo varía la temperatura de un cuerpo que transfiere calor por conducción, convección y radiación; y calcular las magnitudes físicas que caracterizan a cada uno de estos mecanismos: la conductividad térmica, el coeficiente de convección y la emisividad, respectivamente. Para realizar este estudio, una vez hayamos grabado un vídeo de un cuerpo que transfiere calor, compilaremos un código en MATLAB que nos permita realizar dos funciones: primero, importar el vídeo donde observaremos cómo evoluciona el color del cuerpo hasta alcanzar el equilibrio térmico con el entrono y, segundo, relacionar la evolución temporal de la intensidad de los píxeles de la imagen con la evolución de la temperatura del cuerpo. En otras palabras, vamos a construir un termómetro que nos dé la temperatura del cuerpo en cada instante. Todo ello lo realizaremos con dos cuerpos: una pieza metálica que, por lo general, presenta heterogeneidades; y un segundo cuerpo homogéneo obtenido con una impresora 3D. Analizaremos cómo estos dos cuerpos transfieren calor, bien por conducción, cuando están sometidos a un gradiente de temperatura en contacto con una fuente térmica, bien por convección natural o forzada con un ventilador; o bien por ambos mecanismos a la vez. Además, observaremos que, a temperatura ambiente, la radiación es el mecanismo, cuantitativamente, el menos efectivo y, cualitativamente, el más importante. El presente trabajo está estructurado como sigue: En la sección 1 haremos una pequeña introducción teórica sobre los fundamentos de los diferentes mecanismos de transferencia de calor y de la temperatura. En la sección 2 presentaremos los objetivos que se desean estudiar en este trabajo. En las secciones 3 y 4 trataremos el instrumental usado en el laboratorio y el procedimiento experimental seguido durante el desarrollo del trabajo, respectivamente. Posteriormente, en la sección 5 se mostrarán y discutirán los resultados obtenidos y finalmente, en el la sección 6, expondremos las conclusiones obtenidas en función de los resultados alcanzados.