Practica #1 “AISLAMIENTO TERMICO”
FUNDACION UNIVERSIDAD AMERICA INGENIERIAS TRANSFERENCIA DE CALOR I 2012 OBJETIVO GENERAL
Analizar el fenómeno de Transferencia de Calor según el tipo de material y su grosor identicando la presentación y características de aislamientos comerciales.
OBJETIVOS ESPECIFICOS Analizar el fenómeno de transferencia de calor en recipientes aislados. Analizar el fenómeno de transferencia de calor en recipientes no aislados. Identicar la presentación y las características de los aislamientos comerciales. Analizar la variación de la temperatura con el tiempo como una función de la resistencia del material involucrado. MARCO TEORICO En estado estacionario, unidimensional y sin generación de calor, siguiendo la teoría de ourier podemos determinar la resistencia de un material al paso de la energía ya !ue se cumple la siguiente igualdad" ∆T q= R #or tanto si conocemos $, ∆ T y los par%metros dimensionales %rea y espesor se podr% determinar la resistencia e&ercida por el material de aislamiento. ∆T 0 −1 ∆T 1− 2 R1
=
R2
#or otra parte se tiene !ue , de esta manera si conocemos una de las resistencias y los gradientes de temperatura podemos 'allar la otra resistencia. #ara un tiempo muy corto ( τ→)* se puede plantear la siguiente apro+imación" du dT ∆T = m ⋅ c p ≈ q = k ⋅ A d τ d τ ∆ x a resistencia t-rmica permite 'allar la conductividad t-rmica del material o x R = k ⋅ A por lo menos entender de manera cualitativa su efecto.
TABLAS DE DATOS GRAFICOS
C!"$cti%ia t&r'ica () a)$'i"i! (w/m*°C* a 15°C C!"$cti%ia t&r'ica () c!rc+! (w/m*°C* a 15°C
209,3
0,3
i%metro (m*
0,082
Altura (m*
0,113
/rosor recipiente (m*
0,0019
/rosor del recu0rimiento (m*
0,0049
Ta,)a #1 “Caract(r-.tica. () r(ci/i("t( ( a)$'i"i! ” Temperatur Temperatura Temperatur Temperatur Temperatura Ti( a de la cara entre el a del agua a del agua del '/! del aislante aislante y el en el en el recipiente de .* 'acia el recipiente de recipiente recipiente aluminio sin e+terior (1c* aluminio (1c* con aislante de aluminio aislante(1c* (1c* sin aislante (1c* 0 2) 33 42 56 42 20 27 34 42 56 42 0 26 34,2 48 57 42 0 29 :) 49 5) 48 30 29 :) 49 45 49 100 26 :) 46 45 49 120 27 35 46 44 46 10 26 35 47 4: 47 10 26 35 47 4: 4) 130 22 35 47 4: 4) 200 26 34 4) 4: :5 220 26 3:,2 4) 4: :5 20 26 3: :5 4: :4 20 29 3: :5 42 :4 230 2: 33 :5 42 :4 400 24 33 :4 43 :3 420 24 33 :: 42 :3 40 25 32 :3 42 :2 40 2: 32 :3 42 :2 430 2: 38 :2 48 :8 00 24 38 :2 48 :8 20 24 38 :2 48 :8 0 25 38 :2 49 :9 0 24 38 :2 49 :9 30 24 38 :2 46 :9 500 24 38 :8 46 :9 520 25 38 :8 46 :6 50 24 39 :9 47 :6 50 24 39 :9 47 :6 530 24 36,2 :9 47 :7
00 2: 36 :6 4) :) Ta,)a #2 “T('/(rat$ra. a i6(r("t(. ti('/!. () a7$a8 () r(ci/i("t( ( a)$'i"i! 9 () ai.)a"t( ( c!rc+!”
T('/(rat$ra %. Ti('/! 0r(ci/i("t( ai.)a#!* 5) 42 Temperatura vs Tiempo (recipiente aislado*
4) T('/(rat$ra 0:C*
:2 :) 32 )
6)) 8)) 3)) Ti('/! 0.*
Gra;ca #1 “R(ci/i("t( ai.)a!”
T('/(rat$ra %. Ti('/! 0r(ci/i("t( .i" ai.)a'i("t!* 52 5) Temperatura vs Tiempo (recipiente sin aislamiento*
42
T('/(rat$ra 0:C*
4) :2 :) )
2))
T-i('/! 0.*
Gra;ca #2 “R(ci/i("t( .i" ai.)a'i("t!” CALCULOS TABLAS DE RESULTADOS
Área de los recipientes
R (w/m*°C ) 2,23E-04
T1 (°C)
T2 (°C)
q (W)
8/
92
2,23E-04
8/
92
2,23E-04
8/
91
2,23E-04
84
90
2,23E-04
83
89
2,23E-04
83
89
2,23E-04
82
88
2,23E-04
81
8
2,23E-04
80
8
2,23E-04
80
8
2,23E-04
9
8
2,23E-04
9
8
2,23E-04
8
8
2,23E-04
8
8/
2,23E-04
8
8/
2,23E-04
8
2,23E-04
8/
2,23E-04
/
8/
2,23E-04
/
8/
2,23E-04
4
84
2,23E-04
4
84
2,23E-04
4
84
2,23E-04
3
83
2,23E-04
3
83
2,23E-04
3
82
2,23E-04
3
82
31333,93 0 31333,93 0 28/,/ 4 28/,/ 4 28/,/ 4 28/,/ 4 28/,/ 4 28/,/ 4 31333,93 0 31333,93 0 3/810,20 3/810,20 4028,48 2 31333,93 0 31333,93 0 442,/ 4028,48 2 442,/ 442,/ 442,/ 442,/ 442,/ 442,/ 442,/ 4028,48 2 4028,48 2
Calculo de la resistencia térmica del recipiente de aluminio Calculo de la resistencia térmica del aislante de corcho: Calculo de la transferencia de calor entre el agua y el recipiente metlico sin asilamiento térmico
!onde "1 es la temperatura le#da en el term$metro y "2 es la temperatura le#da en el infrarro%o &temperatura de la superficie del recipiente de aluminio' y el ( es el grosor medido en el la)oratorio del recipiente de aluminio, o)teniendo as# el siguiente calculo: *ste clculo se reali+a con todas las temperaturas le#das en diferentes tiempos, para luego reali+ar un promedio y o)tener la transferencia de calor ue e-iste a tra.és del recipiente de aluminio, o)teniendo la siguiente ta)la:
ara el recipiente de aluminio con aislante de corcho, es necesario sumar las resistencias del recipiente de aluminio y del corcho, para luego ser esta uien di.ida el " y o)tener el calor disipado: ∆ T q= = R 1+ R 2
85 ° C −66 ° C 2,234 E
−
4
° C ° C + 0,402 W W
=
47,237 W
R1 R2 T1 T2 Q 0,402 /0 8/ 8,01 2,23E-04 2,23E-04 0,402 /1 8/ 84,/30 2,23E-04 0,402 /2 84 9,//8 2,23E-04 0,402 /3 83 4,/8/ 2,23E-04 0,402 /3 83 4,/8/ 2,23E-04 0,402 /2 82 4,/8/ 2,23E-04 0,402 /1 82 ,02 2,23E-04 0,402 /2 81 2,099 2,23E-04 0,402 /2 81 2,099 2,23E-04 0,402 // 81 4,41 2,23E-04 0,402 /2 80 9,13 0,402 /2 80 9,13 2,23E-04 2,23E-04 0,402 /2 9 ,12 0,402 /3 9 4,41 2,23E-04 2,23E-04 0,402 / 9 /4,9 2,23E-04 0,402 /8 8 49,24 2,23E-04 0,402 /8 4,23 2,23E-04 0,402 /9 42,2/ 2,23E-04 0,402 / 4,23 2,23E-04 0,402 / / 44,/1 2,23E-04 0,402 /8 / 42,2/ 2,23E-04 0,402 /8 / 42,2/ 2,23E-04 0,402 /9 / 39,9 2,23E-04 0,402 /8 / 42,2/ 0,402 /8 / 42,2/ 2,23E-04 2,23E-04 0,402 /8 4 39,9 2,23E-04 0,402 /9 4 3,293 2,23E-04 0,402 /8 3 3,293 2,23E-04 0,402 /8 3 3,293 2,23E-04 0,402 /8 3 3,293 2,23E-04 0,402 / 2 3,293 Tabla #4 “calo !a"$%&'o a !a '%l %c&&%"!% '% al+m&"&o %l a&la"!% '% coco.
*ste clculo se reali+a para todas las temperaturas tomadas a diferentes tiempos, para calcular el calor disipado en cada caso y o)tener un promedio a partir de los datos le#dos en el la)oratorio, o)teniendo la siguiente ta)la:
ANALISIS DE RESULTADOS En el momento de 'allar la resistencia del aluminio y el corc'o pudimos notar !ue este factor est% relacionado con el %rea, el espesor del material y la conductividad t-rmica, lo cual nos lleva a pensar !ue para los dos
primeros factores nom0rados e+isten diversos tipos de errores y en consecuencia un desfase en el valor de la resistencia para el corc'o y el aluminio, este desfase lo atri0uimos a dos pasos fundamentales en el e+perimento" como primera medida el c%lculo del %rea, pudo no ser muy precisa ya !ue en la toma de las medidas del di%metro y la altura del recipiente pudo 'a0er errores en la visualización de la medida en el metro y por ende no ser valores e+actos, y como segunda medida en el momento de medir el espesor del aislante (corc'o*, tam0i-n no pudo ser precisa la lectura en el 0razo de rey utilizado para este paso del procedimiento. #ara el c%lculo del calor transferido (tanto para el recipiente con aislamiento como para el sin aislamiento*, la diferencia de valores de ! entre los diferentes deltas de temperaturas tomados en 3))s para los dos casos lo atri0uimos a la forma en !ue fueron leidas las temperaturas, ya !ue algunas fueron tomadas a partir de un termómetro y otras fueron tomadas a partir de un infrarro&o, a partir de lo cual podemos concluir !ue unas de las temperaturas leídas eran m%s e+actas !ue otras, de acuerdo al tipo de instrumento utilizado para tal n. A pesar de los errores analizados anteriormente, y siendo consientes !ue 'u0o errores en el procedimiento utilizado para el c%lculo del calor transferido a trav-s de un recipiente de aluminio con y sin aislamiento, los datos o0tenidos fueron muy lógicos ya !ue como era de esperarse desde un principio, la transferencia de calor en el recipiente con aislamiento fue muc'o menor !ue la del recipiente !ue no lo presenta0a, de igual forma las resistencias o0tenidas fueron muy lógicas ya !ue la del aluminio era muc'o mas pe!ue;a !ue la del corc'o, lo cual indica0a !ue le corc'o no i0a a permitir un m?1c, lo mismo ocurre al o0servar las gracas de la temperatura vs el tiempo en los dos casos ya nom0rados, allí es aun m%s evidente como la temperatura del agua en el recipiente de aluminio sin aislamiento a los 3))s era muc'o menor !ue la del recipiente con aislamiento al mismo tiempo (3))s*.
CONCLUSIONES @0servamos y compro0amos de manera satisfactoria, como la presencia de un aislante t-rmico, 'ace m%s difícil el
37254,166 W
y el valor de conductividad t-rmica del
aluminio teórica es de 69: >m?1C.
Concluimos !ue la presencia de un aislante t-rmico como el corc'o es muy eciente dado !ue el valor de su conductividad t-rmica es muy 0a&a (),9>m?1C* y compro0ado tam0i-n por el valor de ! o0tenido para el
56,541 W ,
muc'o menor !ue le valor de ! para el recipiente de aluminio son aislante t-rmico. a resistencia t-rmica de un material es imprescindi0le para determinar si este es capaz de mantener una determinada temperatura a trav-s el tiempo o por lómenos evitar un cam0io dr%stico de la misma, esto lo pudimos compro0ar a trav-s de las gracas realizadas para el recipiente de aluminio sin aislante y con aislante, ya !ue en el primer recipiente el cam0io de temperatura fue mayor !ue en el segundo durante del mismo tiempo (3))s* y siendo la resistencia t-rmica del aluminio muc'o menor !ue la del corc'o, de esta forma es correcto armar !ue a menor resistencia t-rmica mayor ser% el
BIBLIOGRAFIA Transferencia de Calor, yunus A. CEB/E, ac /ra= Dill, Cap9, segunda edición.
