UNIVERSIDAD CATÓLICA BOLIVIANA “SAN PABLO” UNIDAD ACADÉMICA REGIONAL COCHABAMBA
Laboratorio de Proe!o! U"itario! #
I"$or%e No&'
Carrera( Ingeniería Industrial Doe"te( Ing. Gabriela Chirobocea No%bre!( Guardia Vargas Alvaro Kolbe Arce Pamela
Co)aba%ba * Bo+i,ia
CONDUCTIVIDAD TERMICA E-UIVALENTE DE UN ESTRATO DE PARTICULAS INTRODUCCION La Conductividad Térmica ( con unidades !" (m#K$ describe el trans%orte de energía en &orma de calor a través de un cuer%o con masa como resultado de un gradiente de tem%eratura' sin ue e)ista entre ellos un intercambio de materia. *l calor &lu+e desde un cuer%o de ma+or tem%eratura a otro de menor tem%eratura ue est, en contacto con el %rimero. La conductividad eléctrica' %or lo tanto' es la ca%acidad de los cuer%os ue %ermiten el %aso de la corriente a través de sí mismos. *sta %ro%iedad natural est, vinculada a la &acilidad con la ue los electrones %ueden atravesarlos + resulta inversa a la resistividad. *s la &orma de transmitir el calor en cuer%os s-lidos se calienta un cuer%o' las moléculas ue reciben directamente el calor aumentan su vibraci-n + chocan con las ue las rodean estas a su ve/ hacen lo mismo con sus vecinas hasta ue todas las moléculas del cuer%o se agitan' %or esta ra/-n' si el e)tremo de una varilla met,lica se calienta con una llama' transcurre cierto tiem%o hasta ue el calor llega al otro e)tremo. *l calor no se transmite con la misma &acilidad %or todos los cuer%os. *)isten los denominados 0buenos conductores del calor0' ue son auellos materiales ue %ermiten el %aso del calor a través de ellos. Los 0malos conductores o aislantes0 son los ue o%onen mucha resistencia al %aso de calor. Por lo general la conductividad térmica es elevada en metales + en general en cuer%os continuos' + es ba1a en los gases La %ro%iedad inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica' ue es la ca%acidad de los materiales %ara o%onerse al %aso del calor. Coe&icientes %ara distintos materiales
*l coe&iciente de conductividad térmica ($ e)%resa la cantidad o &lu1o de calor ue %asa a través de la unidad de su%er&icie de una muestra del material' de e)tensi-n in&inita' caras
%lano2%aralelas + es%esor unidad' cuando entre sus caras se establece una di&erencia de tem%eraturas igual a la unidad' en condiciones estacionarias. La conductividad térmica se e)%resa en unidades de !"m3K (4"s 3 m 3 5C$.
OB.ETIVOS
6edir la conductividad térmica del estrato de %artículas ue ocu%a el es%acio tubular entre dos tubos concéntricos' mientras ue %or el tubo interior circula agua de en&riamiento. Anali/ar el rol del estrato de %artículas en la trans&erencia de calor.
MATERIALES *suema de %rinci%io del a%arato7
Tuvo e)terior de acero %ara el sistema con %olvo en el es%acio anular' + de vidrio %ara el sistema de gr,nulos. Tubo interior de cobre *strato de gr,nulos 8esistencia eléctrica de calentamiento aislada con anillos cer,micos Autotrans&ormador Aislamiento Tanue a nivel constante V,lvula de control de caudal Term-metro Termocu%las Voltímetro Cronometro Vernier mangueras
PROCEDIMIENTO
conectar todo el eui%o' el a%arato de conductividad a la Termocu%la' %ara ue de este modo va+a aumentando la tem%eratura del tubo de cobre. Conectar las mangueras de la manera correcta + medir la tem%eratura inicial del agua así como también el caudal de ingreso. Ir tomando constantemente la tem%eratura de salida del agua' es%erando hasta ue esta aumente + %asado un tiem%o se mantenga constante. Cuando la tem%eratura de salida + la de la termocu%la se mantengan constantes' medir el caudal de salida así como también se veri&ican las otras tem%eraturas. 9es%ués de haber tomado todos los datos desconectamos la termocu%la' %ero de1amos ue el agua siga circulando es%erando ue la tem%eratura de esta disminu+a.
CALCULOS Part/0+a !
T0bo e1terior
Gránulos
Vidrio
Polvo
Acero
Lo"2it0d %%
De 3%%4
Di 3%%4
de 3%%4
di 3%%4
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Ca0da+ Balida 3%67!e24 Te%8erat0ra! Inicial t> 39C4 Dinal t 39C4 *n el tubo e)terior te 39C4
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RESULTADOS
- 3:4 , 3%7!4 Re )i 3:7%#;C4 T8 3;C4
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CUESTIONARIO =-0> %ateria+e! !e 0ti+i?a" o%o ai!+a"te!@ Los aislantes térmicos est,n hecho de materiales sin electrones libre o con %oca cantidad de estos' de manera ue no %ermita el &lu1o de calor %or conducci-n. Los aislantes ue m,s se usan son7 aluminio' corcho' algod-n' cascara de trigo' celulosa' &ibra de madera' algas' %a1a' hierbas' es%uma de %oliuretano' etc. Los %roductos aislantes resistivos se suelen encontrar en cuatro &ormas distintas7 %lacas' &ieltros' rociados' + rellenos.
I",e!ti2a !obre +a +a!i$iai" de +o! %ateria+e! ai!+a"te! e" $0"i" de !0 a8+iai" de +o! i"ter,a+o! de te%8erat0ra 8er%itido!& Los materiales aislantes se clasi&ican de acuerdo a la sustancia en 7
6ateriales Aislantes B-lidos (Inorg,nicos + Frg,nicos$
6ica' madera' vidrio' %orcelana' goma' algod-n' seda' ra+-n' terileno' %a%el + celulosa' etc..
6ateriales Aislantes Líuidos
Aceites minerales de hidrocarbonos re&inados' aceite de lina/a' varníces sintéticos + es%irituosos.
6ateriales Aislantes Gaseosos Aire seco' 9i-)ido de Carbono' Arg-n' itr-geno' etc..
Los materiales aislantes se agru%an en di&erentes clases7 H' A' ' + C con tem%eraturas límite de =?Jc' >??Jc %ara las %rimeras tres clases + sin límite es%eci&icado %ara la clase C. Las clases H + A cubren varios materiales org,nicos con + sin im%regnaci-n res%ectivamente. 6ientras ue las clases + C cubren materiales inorg,nicos' res%ectivamente con + sin aglutinante. Con el advenimiento de materiales nuevos' %or e1em%lo' los %l,sticos + las siliconas durante los aos
C+a!e (
C+a!e A( >?
C+a!e E(
C+a!e B( >?J C 6ica' &ibra de vidrio (orosilicato de alumino libre de alcalinos$'
=?J C Pa%el' algod-n' seda' goma natural' Clorido de Polivinilo' sin im%regnacion.
>?J C Polietileno de tera&talato (&ibra de terileno' &ilm meline)$ triacetato de celulosa *namel2acetato2%olivinilo
asbestos bitumini/ados' bauelita' enamel de %oliester.
C+a!e (
C+a!e H( >@?J C Como los de clase con algutinante resinoso de siliconas' goma
><
siliconadas %oliamida aromatica (%a%el nome) + &ibra$' &ilm de %oliamida (enamel' varni/ + &ilm$ + enamel de estermida.
C+a!e C( M>@?J C Como la clase %ero con aglutinantes inorg,nicos a%ro%iados (Te&lon 6ica' 6ecanita' Vidrio' Ceramicos' Politetra&luoroetileno$.
=-0> e! %o !e a+0+a e+ e!8e!or ritio de ai!+a%ie"to@ *l es%esor critico de aislante es la cantidad de aislante ue %ermite la menor cantidad de &lu1o de calor' e)iste valor critico %ara cilindro + es&era %ero no %ara %ared +a ue %or mas ue aumentes el ancho del aislante' el ,rea de trans&erencia de calor ser, el mismo' en cambio %ara cilindro si aumentas el ancho de aislante también cambiara el ,rea de trans&erencia de calor' + %or lo tanto al aumentar aislante e)istir, un %unto de in&le)i-n en el cual las %erdidas em%e/aras a crecer debido a el crecimiento del ,rea mencionada. *ste valor es Ntil conocerlo en algunos %rocesos en los ue se reuiere la menor cantidad de %erdidas térmicas.
CONCLUSIONES
Oemos calculado el coe&iciente de conductividad térmica euivalente de un estrato de %artículas' %ara dos casos' uno con tubo de vidrio + gr,nulos + otro con tubo de metal + %olvo. Los valores determinados de conductividad euivalente de .E + E.:E (!"m5C$ son mu+ elevados en com%araci-n a los es%erados' este nivel de error se %uede estimar ue se debe a diversos &actores7 Los valores de la guía son a una %resi-n atmos&érica de > atm' + en Cochabamba estamos a una %resi-n menor.
*l aislante no nos garanti/aba una e&iciencia total' %or lo tanto e)istían %erdidas térmicas a los alrededores Tuvimos %roblemas con la medici-n de los di,metros' en es%ecial del tubo e)terno de vidrio + metal %ara los dos e)%erimentos. 2Para el estrato de %artículas de %olvo obtuvimos una &uer/a electromotri/ de a%enas grados C de di&erencia entre las tem%eraturas de entrada + salida del &luido. 2La &alta de %recisi-n al momento de medir el caudal volumétrico
BIBLIOGRAIA
htt%7"".sol2ar.com"inde).%h%"caracteristicas2materiales"materiales2aislantes htt%7"".motores+generadores.com"inde).%h%"en"re%arac"aislamiento"<;2 clasi&icacion2de2materiales2aislantes2%or2tem%eratura htt%7"".net/sch2thermal2anal+sis.com"s%"landing2%ages"determinacion2de2la2 di&usividad2termica2+2de2la2conductividad2termica"de&inicion2de2conductividad2 termica.html
