INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHIS I N G EN I E RÍ A Q U Í MI C A
LABORATORIO INTEGRAL l PERFILES DE TEMPERATURA INTEGRANTES:
CARDOZA COTA ANDREA CAROLINA LUQUE FELIX DIEGO RECIO PARRA GERARDO ANTONIO ORDUÑO URIAS LINDA CAROLINA 14440383 VALDEZ RUÍZ ROSARIO ALEINE 14440625
PROFESOR:
ING. EDER JESÚS VALENTIN LUGO MEDINA
LOS MOCHIS SINALOA, JUNIO DEL 2017
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INTRODUCCIÓN Los cuerpos, sometidos a la influencia de una fuente calorífica, se calientan, es decir absorben parte del calor transmitido. También esos cuerpos, en función del d el material de que están constituidos, no absorben ese calor de la misma forma e intensidad. El calor absorbido por el cuerpo lo recorre interiormente, desde la cara expuesta a la fuente calorífica, hasta la cara opuesta. Es decir una zona de mayor temperatura temperatur a a otra de menor temperatura. En este fenómeno, que se conoce con el nombre de conductividad térmica, vemos que no todo el calor absorbido por la cara expuesta llega hasta la opuesta. Esto significa que el cuerpo opuso cierta resistencia al paso del calor por su interior; este fenómeno se conoce como resistencia termina del material. La propiedad de retener parte del calor absorbido e impedir su paso total de una cara a la otra del cuerpo, es la capacidad aislante al calor que posee el material.
El fenómeno de transferencia transferencia Hemos visto que cuando dos o más sistemas de temperaturas diferentes se oponen en comunicación entre sí a través de una pared diatérmana alcanzan el estado de equilibrio térmico. Este fenómeno se explica por el pasaje de energía calorífica de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura y se le denomina transmisión de calor. En un sentido más amplio, este fenómeno se produce también entre las porciones de un mismo cuerpo que se encuentran a diferentes temperaturas y en tre cuerpos que no estando en contacto se encuentran también a temperaturas diferentes. En este fenómeno el estado de agregación molecular es importante, ya que de acuerdo a como estén vinculadas estas moléculas, se presentan tres formas de transmisión de calor:
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1- Conducción: esta forma de transmisión de calor se manifiesta principalmente en los cuerpos sólidos y se caracteriza por el pasaje del calor desde los puntos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura sin desplazamiento apreciable de materia. La transmisión de calor puede p uede producirse de una parte par te a otra del mismo cuerpo o de un cuerpo a otro en contacto con el.
2- Convección: esta forma se manifiesta en los líquidos y gases que alcanzan el equilibrio térmico como consecuencia del desplazamiento de materia que provoca la mezcla de las porciones del fluido que se encuentran a diferentes temperaturas. La convección será natural cuando el movimiento del fluido se debe a diferencias de densidad que resulten de las diferencias de temperatura.
3- Radiación: es la forma de transmisión en la que el calor pasa de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura sin que entre ellos exista un vínculo material. Esto indica que el calor se transmite en el vacío, en forma de ondas electromagnéticas denominadas comúnmente radiación o energía radiante.
Conducción de calor: La transferencia de energía por conducción se realiza de dos maneras. El primer mecanismo es el de la interacción molecular, en el cual el aumento del movimiento de una partícula a un nivel de energía (temperatura), mas alto imparte energía a las moléculas adyacente que se encuentran en niveles de energía mas bajos. Este tipo de transferencia está presente, en cierto grado, en todos los sistemas de los cuales
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exista un gradiente de temperatura y en los que se encuentren presentes moléculas de sólidos, líquido o gas. El segundo mecanismo es el de transferencia de calor de conducción por medio de electrones libres. El mecanismo de los electrones libres es importante, principalmente en los sólidos puramente metálicos; la concentración de electrones libres varía considerablemente en las aleaciones y baja mucho en los sólidos no metálicos. La capacidad que tienen los sólidos de conducir el calor varía en proporción a la concentración de electrones libres, por lo que no es extraño que los metales puros sean los mejores conductores de calor, como sabemos por experiencia. En lo metales, la conducción térmica resulta del movimiento de electrones libres; existe una estrecha relación entre en tre la conductividad eléctrica. En los sólidos que son malos conductores de la electricidad, y en la mayor parte de los líquidos, la conducción térmica se debe a la transferencia de la cantidad de movimiento entre las moléculas o átomos adyacentes que vibran. En gases, la conducción se produce produ ce por el movimiento al azar de las moléculas, de forma que el calor se difunde desde regiones más calientes hacia otras más frías. El ejemplo común de conducción pura es el flujo de calor en solidos opacos, tales como la pared de ladrillo de un horno o la pared par ed metaliza de un tubo intercambiador de calor. Con frecuencia, la conducción de calor en líquidos o gases se ve influida por el flujo de los fluidos, y los procesos conductivos y convectivo están enlazados bajo el mismo término de convección o transferencia de calor convectiva. La conducción se comprende con mayor mayor facilidad si se considera el flujo flujo de calor en solidos homogéneos isotrópicos, ya que en ellos no hay convección y el efecto de la radiación es despreciable, a menos que el sólido sea traslucido a las ondas electromagnéticas.
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Conductividad térmica: La conductividad térmica se refiere a la cantidad/velocidad de calor transmitida a través de un material. La transferencia de calor se produce en mayor pr oporción en los materiales con alta conductividad térmica con respecto a aquellos con baja conductividad térmica. Los materiales con alta conductividad térmica se usan mucho en aplicaciones de disipación térmica y los materiales con baja conductividad térmica se usan como aislante térmico. La conductividad térmica de los materiales depende de la temperatura. El contrario de la conductividad térmica se denomina resistividad térmica. Los metales con una alta conductividad térmica, por ejemplo el cobre, tienen una alta conductividad eléctrica. El calor generado en los materiales con alta conductividad térmica es alejado rápidamente de la región de la soldadura. En el caso de los materiales metálicos, la conductividad térmica y la eléctrica se correlacionan de forma positiva, es decir, los materiales con una alta conductividad eléctrica (baja resistencia eléctrica) tienen alta conductividad térmica.
Constante de conductividad térmica (K ): Es la capacidad de los materiales para transferir el calor a través de su masa se mide en kilocalorías por unidad de tiempo, por unidad de espesor del material y por unidad de temperatura. A continuación algunos coeficientes de conductividad en algunos materiales: COEFICIENT COEFICIENTE E de CONDU CONDUCTIVI CTIVIDAD DAD T RMICA (K) DE ALGUNOS MATERIALES Material Kcal / hr m ºC Acero suave suave Hierro dulce Hierro Fundido (gris) Fundición Maleable Bronce Cobre
44.6 49 46.1 46.1 62.5 327.4
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Estaño Cinc Latón Níquel Oro Plata Plomo Alpaca Aluminio Alcohol Agua Aire Madera Corcho Amianto Fibra de vidrio Mica Vidrio Ladrillo Ladrillo refractario Parafina
55 93.7 86.3 49 265 354 30 25 180 0.14 0.5 0.02 0.11 0.03 - 0.26 0.03 0.26 - 0.06 0.3 0.52 - 0.80 0.69 0.40 - 0.90 0.18
Ley de Fourier: La relación básica de flujo de calor por conducción es la proporcionalidad existente entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura. Si existe un gradiente de temperatura en una sustancia, el calor influye sin que tenga lugar un movimiento observable de la materia. De acuerdo con la Ley de Fourier, el flujo de calor es proporcional al gradiente de la temperatura y de signo opuesto. Para el flujo de calor en una dimensión, la ley de Fourier es:
= −
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Donde: q = velocidad del flujo de calor en dirección normal a la superficie A = área de la superficie T = temperatura x = distancia normal a la superficie k = constante de proporcionalidad o conductividad térmica
Perfilado de temperatura: El perfilado de temperaturas es el proceso de monitorear e interpretar las temperaturas de productos a medida que se mueven ya sea en una banda transportadora o en un proceso de calentamiento por lotes (típicamente en un horno). Los datos numéricos recolectados se convierten por medio de software de análisis de temperaturas en información significativa que se muestra como en una gráfica – el perfil térmico.
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Esta información le dice que temperaturas ha alcanzado su producto, por cuanto tiempo y en que punto del proceso. Los ingenieros de proceso saben cual debe ser el perfil ideal para su producto y variaciones de ese indican problemas potenciales o calidad inaceptable. Analizando el perfil térmico, el ingeniero es capaz de verificar y mejorar la calidad del producto, aumentar el rendimiento y resolver problemas de producción. Los componentes necesarios para un sistema efectivo de perfilado de temperatura incluyen: los sensores de temperatura para recopilar información de temperatura, registradores de adquisición de datos para capturar los datos, barreras térmicas para proteger el registrador de datos, y más importante, software para perfilado de temperatura para el análisis y archivado de temperatura para el análisis y archivado de todos los perfiles de temperatura.
Metodología del proyecto: Material y equipo: Barras de diferentes metales (Aluminio, Fierro y Cobre) Parrilla eléctrica Soporte universal Pinzas para soporte Termómetro láser Variables y parámetros: Distancia Temperatura Procedimiento: 1. Ensamblar las pinzas con el soporte y posteriormente fijar cada barra con su respectiva pinza, sobre la parrilla. 2. Prender la parrilla y esperar a que el flujo de calor sea uniforme. 3. Empezar a hacer las mediciones en los orificios que tiene el aislante de cada barra.
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4. Finalmente medir el espacio entre cada una de las mediciones. 5. Comprobar si la conductividad térmica del material corresponde a la ya establecida en fuentes bibliográficas.
Conclusión: La conductividad térmica es una propiedad física que describe la capacidad de un material de transferir calor por conducción, esto es, por contacto directo y sin intercambio de materia. Es una magnitud intensiva (no depende de la cantidad de materia) y la propiedad inversa es la resistividad térmica. La energía térmica siempre fluye de forma espontánea de mayor a menor concentración, esto es, de caliente a frío. Esto implica que la transmisión de calor por conducción se da de un cuerpo a otro que está a menor temperatura o entre zonas de un mismo material pero con temperatura diferente.
Bibliografía: Operaciones básicas en Ingeniería química. Warren L McCabe. Vol 1, pag 52. Perry, Robert; Green, Don; “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, McGraw Hill
CD-ROM Handbooks.
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