Técnicas experimentales en Ingeniería Térmica y de Fluidos
Preview:
DESCRIPTION
Citation preview
- 1. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIALMTIT Jaime Martnez Verd Determinacin del valor de
la conductividad trmica en materiales empleados en la construccin
como por ejemplo, Crema Marfil, Lumaquela Rosa, Rojo Alicante, Rojo
Porrio y Mrmol Compac.
- 2. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT 1. OBJETIVO El objetivo de este ensayo es
determinar la conductividad trmica enmateriales de la construccin
como por ejemplo, piedra natural, mrmol naturaly sinttico, granitos
y serpentinas. 2. MATERIAL El material empleado para el desarrollo
de este experimento es elsiguiente: 1 Camping gas 1 Matraz
generador de vapor 1 Matraz colector del agua del deshielo 1
Cronometro digital 15 muestras de mrmoles, piedras de cantera,
granitos y serpentinas 1 Balanza de precisin 1 Pie de Rey Tubos de
PVC Material aislante Donpol 5 tapones de tubo de PVC Cola de PVC
Tubos de seccin de 8 mm de dimetro externo Spray repelente de agua
(hidrofugantes) 2 termopares 1 datalogger3. INTRODUCIN La
diferencia de temperaturas en distintos puntos de un sistema genera
losprocesos de intercambio de calor, que pueden ser debidos a tres
mecanismos:conduccin, conveccin y radiacin. La trasferencia de
calor por CONDUCCIN ocurre slo cuando existe uncontacto fsico entre
los elementos del sistema que se encuentran a
diferentestemperaturas. Esta transferencia de calor es consecuencia
de las interaccionesentre tomos y molculas. Por ejemplo, si se
calienta un slido por uno de sus extremos, los tomospertenecientes
a esta frontera presentarn vibraciones de mayor energa que lostomos
que se encuentran en el otro extremo debido, efectivamente, a
lainteraccin entre los tomos nombrados y los que existen en su
vecindad que dalugar a una transferencia de energa. Jaime Martnez
Verd Pgina 1
- 3. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT El proceso de transferencia de calor que
ocurre entre fluidos o entreslidos junto con fluidos se denomina
CONVECCIN. En este caso, el calortransferido se realiza
directamente mediante un transporte msico. La transferencia de
calor por RADIACIN ocurre entre dos superficiesslidas, aunque
radiacin procedente de gases tambin es posible. Un slidopuede
radiar energa dentro de un amplio rango de longitudes de onda,
mientrasque un gas solamente emite y absorbe radiacin en
determinadas longitudes deonda. En este caso, la energa trmica se
transporta mediante ondaselectromagnticas. Ilustracin 1.
Representacin grfica de la Ley de Fourier En este ensayo, se
estudiar el mecanismo de conduccin en slidos,concretamente el
mecanismo de conduccin en piedra natural y
artificial.Efectivamente, el experimento se basa completamente en
la Ley de Fourier parasistemas unidimensionales y de tamao finito,
como por ejemplo una placa deespesor h, y de extensin finita. La
Ley de Fourier es una ley emprica basada enla observacin. Esta ley
establece que el flujo de calor, dQ/dt, a travs de unslido homogneo
es directamente proporcional al rea, A, de la seccintransversal a
la direccin que sigue el flujo de calor, y a la diferencia
detemperaturas a travs del camino realizado por el flujo de calor,
dT/dx (vaseIlustracin 1). Este ratio de proporcionalidad, k, se
denomina conductividadtrmica del material. Jaime Martnez Verd Pgina
2
- 4. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT4. DESARROLLO MATEMTICO Como ya se ha
comentado anteriormente, en este experimento se pretenderealizar un
estudio del mecanismo de conduccin en slidos. La base matemticadel
proceso de conduccin viene establecida por la Ley de Fourier,
cuyoenunciado, para sistemas unidimensionales de tamao finito, caso
de una lminade espesor, h que se pueda considerar infinitamente
extensa, viene descrita acontinuacin. Si este material en forma de
lmina plana, se encuentra en contacto de dosfocos trmicos a
diferente temperatura: Tc (temperatura del foco caliente) y Tf
(temperatura del foco fro) y ha alcanzado el rgimen estacionario,
la cantidad de calor por unidad detiempo y superficie que atraviesa
la placa ser proporcional a su espesor, y dichaconstante de
proporcionalidad se denomina conductividad trmica, k, delmaterial.
Ilustracin 2. Representacin grfica de la situacin del sistema
Analticamente esto se puede escribir, como: Q T (1) kA t h Donde: Q
Calor intercambiado en el tiempo t entre el foco fro y el
caliente.Su unidad son los julios (J). T Tc Tf Diferencia de
temperaturas entre los focos fro y caliente.Su unidad son los
grados Kelvin (K). W * k Conductividad trmica m K . * A rea de la
seccin transversal del bloque cilndrico (m2). Jaime Martnez Verd
Pgina 3
- 5. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT * h Espesor de la muestra (m). Para
determinar el valor de la conductividad trmica, despejamos
esteparmetro en la ecuacin (1) y obtenemos: Q h (2) k t A T Como
vemos en esta ltima expresin tenemos una pequea dificultad quees
medir el flujo de calor. Medir flujos de calor no es tan fcil como
medir reas,espesores o temperaturas. Para determinar
experimentalmente el flujo que atraviesa la muestra seplantea la
siguiente alternativa: utilizar como foco fro hielo y como foco
calientevapor de agua. Usamos estos 2 focos por razones muy simples
(ver Ilustracin 2). Lo quese lleva a cabo con el vapor de agua es
mantener el foco caliente a unatemperatura constante de
aproximadamente 100 C, mientras que al situar hielocomo foco fro lo
que se logra es forzar a que la parte superior se encuentre a 0C.
Puesto que hay un flujo de calor que est incidiendo en la muestra,
el esfuerzode mantener la superficie a 0 C se traduce en un cambio
de fase del hielo deslido a lquido. Luego, determinando la cantidad
masa de agua en cierto tiempoobtendremos el flujo de calor.5.
MONTAJE EXPERIMENTAL 5.1. Montaje de la caja piloto A continuacin,
mostraremos como se mont la caja piloto. Se seleccionaun tubo de
PVC aproximadamente de un radio de 7.0 cm, y una longitudaproximada
de 15 cm. Este tubo se mantendr cerrado por un extremo medianteun
tapn de tubera de PVC y se sellar con cola especial para PVC.
Ilustracin 3. Imagen de un tapn de PVC Jaime Martnez Verd Pgina
4
- 6. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Una vez est seca la cola se perfora dicho
tapn con una oberturaconsiderable, ya que esta obertura va a
permitir la entrada del vapor de agua ytambin ha de permitir que el
agua condensada caiga otra vez al matraz. Ilustracin 4. Imagen de
la tubera y el tapn perforados Una vez hecha la obertura,
cortaremos aproximadamente unas 7 laminasde material aislante de
las siguientes medidas: 20 cm x 20 cm x 4 cm. Cuando estn cortadas,
se procede a realizar un agujero en el centro conun dimetro de 7.0
cm. Estas lminas sern atravesadas por el mismo PVC. Elmodo de
operar ser el siguiente: utilizamos la tubera de PVC y
medianterotacin sobre el aislante se proceder a perforarlo. Lo
hacemos de esta maneraya que as el aislante y el PVC quedarn ms
unidos cuando insertemos la tuberadentro del material aislante.
Colocaremos las lminas una a una e iremos pegando lmina con
lminamediante cola especial para madera. Con ello se logra que las
lminas de materialaislante no presenten espacios de aire. Gracias a
ello nuestras medidas sernmucho ms precisas. Con respecto al otro
extremo de la tubera, se realizar sobre la ltimalmina de material
aislante el agujero con un centmetro ms grande. Para ellousaremos
una lima. Una vez limado comprobaremos que nuestro ensamblaje dePVC
se ajusta bien al material aislante. Ilustracin 5. Imagen del
ensamblador de PVC Jaime Martnez Verd Pgina 5
- 7. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Se procede a comprobar que quede bien
ajustado, y lo retiraremos. Ahoracortaremos 4 lminas de material
aislante de medidas 18 cm x 24 cm x 4 cm. Estasnuevas lminas
servirn como pared a la estructura de tubera material aislante.Las
pegaremos con cola de madera unas con otras y tambin sobre las
lminas deaislante antes mencionadas. Una vez este seco nuestro
sistema, con cinta aislante recubriremos laestructura en forma de
mayado, consiguiendo as una mayor consistencia delsistema y un
diseo mucho mejor. Ilustracin 6. Imagen del sistema A continuacin,
al amblaje le realizaremos una perforacin que diste 8 cmde la base.
A la oquedad creada le aadiremos un tubo para recoger el agua
deldeshielo. Este tubo lo pegaremos mediante el pegamento de PVC y
siliconas. Una vez hecho esto se seleccionar la ltima lamina del
material aislante yse eliminar una seccin de 2 cm cuadrados para
poder sacar el tubo de PVC,quedndose el montaje final de la
siguiente forma. Ilustracin 7. Montaje del sistema final Jaime
Martnez Verd Pgina 6
- 8. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Por ltimo, para finalizar la caja piloto se
proceder poner en la base deltapn de PVC un tapn caucho truncado.
Ya que esto nos permitir apoyar deforma inclinada la caja piloto
sobre el matraz. Ilustracin 8. Imagen del sistema con el tapn de
caucho 5.2. Preparacin de los elementos del ensayo Necesitaremos un
generador de vapor, para ello se emplea un matraz de 2litros de
agua y se colocar agua a hervir de modo que se logre vapor de
agua.Dado que este ensayo todava no se ha llevado a cabo, no se
sabe si con el matrazse conseguir suficiente vapor de agua para
poner la cara inferior de la probetatestigo a 100 C. Si no es
posible esto, entonces se sustituir el matraz generadorde vapor por
una vaporetta. El problema que se presenta ahora es construir un
soporte que sea capazde aguantar la presin del vapor de agua que
transmita el calor y no deje pasaragua de un sitio a otro. Para
solucionar esto se emplea una tubera de PVC, acontinuacin se corta
la piedra en forma de testigo. Aproximadamente,presentar unos 2 cm
de grosor ya que al cortarla si es de un menor espesorpodra
romperse durante el proceso de corte. Antes de seguir, se procede a
rociarlas probetas cilndricas con un spray repelente del agua
(hidorfugante), con elloevitaremos que el agua percole dentro del
material. Efectivamente, con ello seevitarn medidas errneas. Para
hacer nuestras medidas hemos de disponer elsiguiente banco de
medida. Ilustracin 9. Imagen la disposicin final Jaime Martnez Verd
Pgina 7
- 9. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Como vemos esta disposicin es la ideal ya
que la inclinacin de la cajapiloto va hacer que el agua de deshielo
caiga sobre el vaso de precipitado puesto ala derecha. Tambin hay
que percatarse que al matraz generador de vapor se le hasacado un
tubo que evita la sobrepresin y hace adems que toda el agua
decondensacin vaya a parar al segundo matraz que tiene como funcin
contenerlay que no quede esparcida por el suelo. 5.3. Preparacin de
muestras de ensayo Las muestras de ensayo empleadas se muestran a
continuacin. Rojo Alicante Crema marfil Lumaquela rosa Rosa porrio
Compac marble granite Ilustracin 10. Imagen de las muestras de
ensayo Una vez cortado, el material se introduce dentro de la
tubera de PVC. Seemplea un anillo de goma para fijar la muestra en
el tubo y evitar que el vaporpase a travs de este hueco. Entes del
ensayo experimental, se introducehidrofugante para evitar que el
vapor de agua pase a travs de los poros delmaterial. Anillo de goma
Muestra Ilustracin 11. Colocacin de las muestras de ensayo Jaime
Martnez Verd Pgina 8
- 10. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT El experimento se realizar en repetidas
ocasiones (para cada material ymuestra). 5.4. Colocacin definitiva
de los elementos del ensayo Se colocar un termopar en la superficie
inferior y en la superior de modoque sea posible registrar la
temperatura durante el experimento. El generador devapor se
conectar de forma correcta. Una vez que la superficie superior
presente una temperatura constante(previamente determinada), el
hielo se colocar en la superficie superior (seanotar el dimetro de
los cubitos). El vapor de agua se generar de formacontinua.
Efectivamente, el hielo comenzar a descongelarse y el agua
procedentede este fenmeno ser recolectada en un matraz durante 5
minutos. Toda la cantidad de agua procedente del deshielo ser
pesada. Elparmetro a utilizar durante los clculos para la cantidad
de flujo de calor es lacantidad de agua por unidad de tiempo. Sin
embargo, es importante considerar la cantidad de agua
descongeladaprocedente de la temperatura de la habitacin (factor de
correccin). Entonces, elexperimento deber repetirse de nuevo, pero
en este caso sin emplear elgenerador de vapor de agua. La cantidad
de agua descongelada debida a latemperatura de la habitacin tambin
ser medida. Al final, la cantidad de agua considerada para los
clculos deber ser ladiferencia del agua procedente de la utilizacin
de un generador de vapor de aguamenos la debida a la temperatura
ambiente de la habitacin. Los datos que debern recolectarse debern
ser: d1 = Dimetro de hielo empleado que se descongela debido a la
temperatura de la habitacin. t1 = Tiempo durante el cual el agua
descongelada debida a la temperatura ambiente que est
recolectndose. m1 = Cantidad agua descongelada debida a la
temperatura ambiente que est recolectndose. d2 = Dimetro de hielo
empleado que se descongela debido a la accin del generador de
vapor. t2 = Tiempo durante el cual el agua descongelada debida a la
accin del generador de vapor. m2 = Cantidad agua descongelada
debida a la accin del generador de vapor. Jaime Martnez Verd Pgina
9
- 11. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT6. MTODO DE EXPERIMENTACIN Este mtodo de
experimentacin esta subdividido en 4 partes: Determinacin de los
espesores de las muestras. Determinacin del coeficiente de fusin
del hielo a temperatura ambiente. Determinacin del flujo de calor
que atraviesa la muestra. Determinacin de la resistencia trmica y
conductividad trmica. Cabe explicar que aunque las tablas presentan
varios huecos para lasdistintas muestras, la forma de proceder ser
la siguiente, se coge una probeta yse realiza el ensayo segn los
puntos, luego se emplea la segunda probeta yrepetimos la operacin,
y as sucesivamente. 6.1. Determinacin de los espesores de las
muestras Antes que nada y previo a cualquier medida se va a
proceder a determinarel grosor de cada muestra. Usaremos un pie de
rey para determinar su grosor.Puesto que las muestras son de seccin
circular tomaremos sus centros y en ellospondremos los extremos de
medicin del pie de rey. Material n de muestra h1 (mm) h2 (mm) h3
(mm) h4 (mm) Material n de muestra Altura media Jaime Martnez Verd
Pgina 10
- 12. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT 6.2. Determinacin de la fusin a temperatura
ambiente Cuando el bloque de hielo se mueva dentro de su molde, lo
situaremosencima del soporte sobre la muestra (apoyando la parte ms
plana y observandoque tal contacto trmico es correcto), seguiremos
protegiendo el bloque de hieloen su molde, esperaremos que se
empiece a fundir y caiga agua en el recipientede recogida de agua,
justo cuando pase esto mediremos el dimetro de hielo enese momento,
d1, y lo anotaremos en la tabla. Con la mayor celeridad posible se
deber cambiar el vaso de recogida deagua por otro y se activar el
cronometro para medir la cantidad de aguarecogida, de fusin por
unidad de tiempo. Realizaremos esta experiencia duranteunos 10 a 15
minutos. Anotamos en la tabla el tiempo de duracin de esta parte de
la experienciata y la masa de agua recogida mwa. Para determinar la
masa de agua recogida lo que haremos es pesarpreviamente el
recipiente vaco, ahora a cada medida de agua recogida lo quehacemos
es pesar el recipiente con agua. Y haciendo la diferencia entre
masa derecipiente con agua menos el recipiente de vaco obtenemos la
masa del aguarecogida. Analticamente: m wa m recipiente H 2O m
recipietev acio Antes de presentar la tabla, cabe decir que las
unidades se han expresadoya en SISTEMA INTERNACIONAL, para poder
obtener as los resultados en S.I. Material n de muestra Altura
media (m) d1(m) ta(s) mwa(kg) 6.3. Determinacin del flujo de calor
que atraviesa la muestra A partir de este instante se conecta el
gas del mechero, lo dejamosfuncionar hasta que veamos que comienza
a salir vapor por el desage del fococaliente, pondremos el
recipiente para recoger el agua de condensacin. Una vezalcanzado el
rgimen permanente, vaciamos el vaso colector de agua de
fusin,medimos el tiempo tw, durante el que va a recoger esta nueva
condicin (entre 5 y15 minutos). Una vez terminada la experiencia se
mide la masa de agua fundida,mw con la balanza, as como de nuevo el
dimetro de hielo d2 y anotamos elresultado en la tabla. Jaime
Martnez Verd Pgina 11
- 13. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT n deMaterial muestra Altura media (m) d1(m)
ta(s) mwa(kg) d2 (m) tw(s) mw(kg)7. RESULTADOS Y CONCLUSIONES A
partir de los resultados anteriores, realizamos los siguientes
clculos: 2 d A 2 , donde A [m2] d es el valor medio de los dimetros
mwa mw Ra R ta y tw donde Ra y R [Kg/s] Y al final obtendremos que
R0= R - Ra [Kg/s] Y por ltimo y a partir de la ecuacin (2) y
teniendo en cuenta que el calorlatente del agua en su transicin de
fase slido-liquido es L = 3.3310105 J/Kgdeterminaremos la
conductividad trmica del material ensayado. Para ellogastaremos la
siguiente expresin ( R0 L)h K A( T ) cuyas unidades son [W/(m2K)] n
de KMaterial muestra 2 A (m ) R( Kg/s) R0 ( Kg/s) R0= R - Ra [Kg/s]
W/(m2K) Jaime Martnez Verd Pgina 12
- 14. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Ahora lo nico que nos queda es expresar la
conductividad trmica mediay su desviacin estndar. Conductividad
Des. trmica K Media Estandar W/(m2K) 7.1. Resultados experimentales
A continuacin se muestran los resultados experimentales:
Conductividad, k Desviacin Tipo de piedra Estndar (W/mK) Crema
Marfil 2.04 0.47 Rojo Alicante 2.08 0.40 Lumaquela Rosa 1.02 0.15
Rosa Porrio 2.12 0.83 Compac Marfil 1.35 0.16 Las figuras de las
siguientes pginas muestran el comportamiento dediferentes muestras
durante el proceso de transferencia de calor. El tiemponecesario
para la superficie superior para entrar en rgimen estacionario.
Jaime Martnez Verd Pgina 13
- 15. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Ilustracin 12. Temperatura de equilibrio
para el Rojo Alicante Ilustracin 13. Temperatura de equilibrio para
el Crema Marfil Jaime Martnez Verd Pgina 14
- 16. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTITIlustracin 14. Temperatura de equilibrio para
la Lumaquela Rosa Ilustracin 15. Temperatura de equilibrio para la
Rosa Porrio Jaime Martnez Verd Pgina 15
- 17. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Ilustracin 16. Temperatura de equilibrio
para la Mrmol CompacIlustracin 17. Conductividades trmicas de los
diferentes materiales Jaime Martnez Verd Pgina 16
- 18. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT 7.2. Conclusiones La conductividad trmica es
una medida del ratio de calor transferido atravs de un slido. Si el
material tiene un valor de conductividad de 1, estosignifica que
para un metro cuadrado de superficie de material con un espesor de1
metro se transferir un ratio de calor de 1 watio por cada grado de
diferencia detemperatura entre dos caras opuestas. Un valor alto de
esta constante implica queel material es muy conductivo, y un valor
pequeo que el material es muyaislante. Muchas piedras naturales
tienen un coeficiente de conductividad trmicapor encima de 2 puntos
e incluso 3 puntos. El vidrio por ejemplo, generalmentetiene una
conductividad de 1 punto. Una conductividad trmica pequea
tienenumerosas ventajas sobre todo cuando se emplear piedra natural
para elrevestimiento de una fachada ventilada de modo que se
incremente elaislamiento del edificio lo cual conlleva una
disminucin del consumo energtico.Algunos valores de conductividad
trmica son los siguientes (empleados tambinen construccin):
Hormign: 0.19-1-3 W/mK. Granito: 1.65 W/mK Pizarra: 1.26-1.33 W/mK
Mrmol: 2.07-2.94 W/mK Arenisca: 1.83-2.90 W/mK Aire: 0.026 W/mK
Agua: 0.6 W/mK Vidrio: 0.93 W/mK Material plstico: 0.03 W/mK
Lumaquela Alta porosidad y baja conductividad debido principalmente
a labaja conductividad del aire. Compac Marfil muestra una baja
conductividad debido a que su principalcomponente es una resina
polimrica de baja conductividad. Crema Marfil y Rojo Alicante y
Rosa Porrio son rocas de altaconductividad trmica. Jaime Martnez
Verd Pgina 17
- 19. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT 7.3. Incertidumbre tpica combinada. En el
caso de que no fuera posible la realizacin de experimentos
convarias muestras del mismo tipo, es posible estimar el error
cometido basndoseen los errores de cada herramienta de medicin.
Para ello, para una nica medidase proceder del siguiente modo.Error
en la temperatura del foco caliente Tc = 98,3 C Error en la
temperatura del foco fro Tf = 3,3 C Error en la temperatura Tf=
95,0 C Error en la altura h = 0,01850 m. Error en el dimetro d =
0,07485 m. Error en masa del recipiente vaco mr = 0,055180 kg Error
en masa del recpt. con agua mrH2O = 0,066068 kg Error en la masa
mwa = 0,010888 kg Error en la masa mw = 0,024249 kg Jaime Martnez
Verd Pgina 18
- 20. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTITError en el tiempo ta = 1011 s Error en el
tiempo t = 196 s Error en el rea A = 0,004365 m2 Error en el caudal
msico Ra = 1,0769510-5 kg/s Error en el caudal msico R = 0,000124
kg/s Jaime Martnez Verd Pgina 19
- 21. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTITError en el caudal msico R0 = 0,000113 kg/s
Error en el caudal msico k = 1,679256 Jaime Martnez Verd Pgina
20
- 22. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Anexo de resultados experimentales Jaime
Martnez Verd Pgina 21
- 23. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Material n de muestra h1 (mm) h2 (mm) h3
(mm) h4 (mm)Rojo Alicante 1 18,50 18,23 18,04 18,05Rojo Alicante 2
18,01 18,07 18,03 18,03 3 18,07 18,07 18,06 18,06 4 18,12 18,14
18,10 18,10 altura media Material n de muestra (m) Des.
Estandar(m)Rojo Alicante 1 0,01821 0,00022Rojo Alicante 2 0,01804
0,00003 3 0,01807 0,00001 4 0,01812 0,00002 Donde: m wa m
recipiente H 2O m recipietev acio RECIPIENTE AMBIENTE Material n de
muestra mrecip. H20 (g) mrecipiente(g) mrecip. H20 (Kg) mrecipiente
(Kg)Rojo Alicante 1 66,068 55,180 0,066068 0,05518Rojo Alicante 2
70,467 55,180 0,070467 0,05518 3 71,879 55,180 0,071879 0,05518 4
71,879 55,180 0,071879 0,05518 Altura media Material n de muestra
(m) d1(m) T(min:seg) ta(s) mwa(kg)Rojo Alicante 1 0,01821 0,07485
16 51 1011 0,010888Rojo Alicante 2 0,01804 0,07556 16 10 970
0,015287 3 0,01807 0,07468 17 28 1048 0,016699 4 0,01812 0,07468 17
28 1048 0,016699 Jaime Martnez Verd Pgina 22
- 24. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Donde: mw m recipiente H 2O m recipietev
acio RECIPIENTE EXPERIMENTAL Material n de muestra mrecip. H20 (g)
mrecipiente(g) mrecip. H20 (Kg) mrecipiente (Kg)Rojo Alicante 1
79,602 55,353 0,079602 0,055353Rojo Alicante 2 94,742 55,353
0,094742 0,055353 3 84,638 55,353 0,084638 0,055353 4 94,902 55,353
0,094902 0,055353 Altura media Material n de muestra (m) d1(m)
ta(s) mwa(kg) d2 (m) T(min:seg) t (s) mw(kg)Rojo Alicante 1
0,018205 0,07485 1011 0,010888 0,07425 3 16 196 0,024249Rojo
Alicante 2 0,018035 0,07556 970 0,039389 0,07556 3 22 202 0,039389
3 0,018065 0,07468 1048 0,029285 0,07525 3 2 182 0,029285 4
0,018115 0,07468 1048 0,039549 0,07445 3 3 183 0,039549 2 Material
n de muestra A (m ) R ( Kg/s) R0 ( Kg/s) R0= R - Ra [Kg/s] K
(W/(mK))Rojo Alicante 1 0,004365009 0,000123719 1,07695E-05
0,00011295 1,651741963Rojo Alicante 2 0,004484084 0,000194995
4,06072E-05 0,000154388 2,177240808 3 0,004413742 0,000160907
2,79437E-05 0,000132963 1,908149821 4 0,004366766 0,000216115
3,77376E-05 0,000178377 2,594589653 Material K W/(mK) Des. Estan
Rojo Alicante 2,08 0,40 Jaime Martnez Verd Pgina 23
- 25. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Material n de muestra h1 (mm) h2 (mm) h3
(mm) h4 (mm)Lumaquela 1 20,13 20,15 20,22 20,18Lumaquela 2 20,29
20,18 20,15 20,19 altura media Material n de muestra (m) Des.
Estandar(m)Lumaquela 1 0,02017 0,00004Lumaquela 2 0,02020 0,00006
Donde: m wa m recipiente H 2O m recipietev acio RECIPIENTE AMBIENTE
Material n de muestra mrecip. H20 (g) mrecipiente(g) mrecip. H20
(Kg) mrecipiente (Kg)Lumaquela 1 63,238 55,180 0,063238
0,05518Lumaquela 2 60,298 55,180 0,060298 0,05518 Altura media
Material n de muestra (m) d1(m) T(min:seg) ta(s) mwa(kg)Lumaquela 1
0,02017 0,07522 18 0 1080 0,008058Lumaquela 2 0,02020 0,07532 17 51
1071 0,005118 Jaime Martnez Verd Pgina 24
- 26. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Donde: m w m recipiente H 2 O m recipietev
acio RECIPIENTE EXPERIMENTAL Material n de muestra mrecip. H20 (g)
mrecipiente(g) mrecip. H20 (Kg) mrecipiente (Kg)Lumaquela 1 72,331
55,353 0,072331 0,055353Lumaquela 2 74,101 55,353 0,074101 0,055353
Altura media Material n de muestra (m) d1(m) ta(s) mwa(kg) d2 (m)
T(min:seg) t (s) mw(kg)Lumaquela 1 0,02017 0,07522 1080 0,008058
0,07475 3 39 219 0,016978Lumaquela 2 0,0202025 0,07532 1071
0,018748 0,07556 4 9 249 0,018748 2 Material n de muestra A (m ) R
( Kg/s) R0 ( Kg/s) R0= R - Ra [Kg/s] K (W/(mK))Lumaquela 1
0,004416098 7,75251E-05 7,46111E-06 7,0064E-05 1,122052556Lumaquela
2 0,004469853 7,52932E-05 1,75051E-05 5,7788E-05 0,915800437
Material K W/(mK) Des. Estan Lumaquela 1,02 0,15 Jaime Martnez Verd
Pgina 25
- 27. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT h3 Material n de muestra h1 (mm) h2 (mm)
(mm) h4 (mm)Granito Rosa porrio 1 21,27 21,20 21,27 21,12Granito
Rosa porrio 2 21,18 21,37 21,28 21,23Granito Rosa porrio 3 21,08
21,01 21,00 21,08Granito Rosa porrio 4 21,22 21,22 21,19
21,21Granito Rosa porrio 5 21,21 21,25 21,28 21,18 altura media
Material n de muestra (m) Des. Estandar(m)Granito Rosa porrio 1
0,02122 0,00007Granito Rosa porrio 2 0,02127 0,00008Granito Rosa
porrio 3 0,02104 0,00004Granito Rosa porrio 4 0,02121
0,00001Granito Rosa porrio 5 0,02123 0,00004 Donde: m wa m
recipiente H 2O m recipietev acio RECIPIENTE AMBIENTE Material n de
muestra mrecip. H20 (g) mrecipiente(g) mrecip. H20 (Kg) mrecipiente
(Kg)Granito Rosa porrio 1 67,216 55,180 0,067216 0,05518Granito
Rosa porrio 2 75,746 55,180 0,075746 0,05518Granito Rosa porrio 3
61,436 55,180 0,061436 0,05518Granito Rosa porrio 4 71,750 55,180
0,07175 0,05518Granito Rosa porrio 5 61,436 55,180 0,061436 0,05518
Altura media Material n de muestra (m) d1(m) T(min:seg) ta(s)
mwa(kg)Granito Rosa porrio 1 0,02122 0,07627 16 38 998
0,012036Granito Rosa porrio 2 0,02127 0,07421 16 7 967
0,020566Granito Rosa porrio 3 0,02104 0,07551 16 4 964
0,006256Granito Rosa porrio 4 0,02121 0,07524 16 3 963
0,01657Granito Rosa porrio 5 0,02123 0,07551 16 4 964 0,006256
Jaime Martnez Verd Pgina 26
- 28. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT Donde: m w m recipiente H 2 O m recipietev
acio RECIPIENTE EXPERIMENTAL Material n de muestra mrecip. H20 (g)
mrecipiente(g) mrecip. H20 (Kg) mrecipiente (Kg)Granito Rosa porrio
1 94,052 55,353 0,094052 0,055353Granito Rosa porrio 2 77,533
55,353 0,077533 0,055353Granito Rosa porrio 3 93,068 55,353
0,093068 0,055353Granito Rosa porrio 4 75,679 55,353 0,075679
0,055353Granito Rosa porrio 5 78,453 55,353 0,078453 0,055353
Altura media Material n de muestra (m) d1(m) ta(s) mwa(kg) d2 (m)
T(min:seg) t (s) mw(kg)Granito Rosa porrio 1 0,02121575 0,07627 998
0,012036 0,07325 3 2 182 0,038699Granito Rosa porrio 2 0,021265
0,07421 967 0,02218 0,07550 3 12 192 0,02218Granito Rosa porrio 3
0,0210425 0,07551 964 0,037715 0,07561 3 15 195 0,037715Granito
Rosa porrio 4 0,02121 0,07524 963 0,020326 0,07606 3 4 184
0,020326Granito Rosa porrio 5 0,02123 0,07551 964 0,0231 0,07510 3
10 190 0,0231 2 Material n de muestra A (m ) R ( Kg/s) R0 ( Kg/s)
R0= R - Ra [Kg/s] K (W/(mK))Granito Rosa porrio 1 0,004389636
0,000212632 1,20601E-05 0,000200572 3,398996434Granito Rosa porrio
2 0,004400799 0,000115521 2,29369E-05 9,25839E-05
1,568629742Granito Rosa porrio 3 0,004484084 0,00019341 3,91234E-05
0,000154287 2,538653277Granito Rosa porrio 4 0,004494773
0,000110467 2,1107E-05 8,93604E-05 1,47852686Granito Rosa porrio 5
0,00445387 0,000121579 2,39627E-05 9,76163E-05 1,631495274 Material
K W/(mK) Des. Estan Granito Rosa porrio 2,12 0,83 Jaime Martnez
Verd Pgina 27
- 29. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT n de Material muestra h1 (mm) h2 (mm) h3
(mm) h4 (mm)Crema marfil 1 20,18 20,20 20,19 20,19Crema marfil 2
20,21 20,23 20,23 20,26Crema marfil 3 18,88 18,89 18,92 18,97Crema
marfil 4 18,95 18,94 18,95 18,96 n de Material muestra altura media
(m) Des. Estandar(m)Crema marfil 1 0,02019 0,00001Crema marfil 2
0,02023 0,00002 3 0,01892 0,00004 4 0,01895 0,00001 Donde: m wa m
recipiente H 2O m recipietev acio RECIPIENTE AMBIENTE n de Material
muestra mrecip. H20 (g) mrecipiente(g) mrecip. H20 (Kg) mrecipiente
(Kg)Crema marfil 1 71,368 55,180 0,071368 0,05518Crema marfil 2
66,890 55,180 0,06689 0,05518 3 70,382 55,180 0,070382 0,05518 4
70,382 55,180 0,070382 0,05518 n de Material muestra Altura media
(m) d1(m) T(min:seg) ta(s) mwa(kg)Crema marfil 1 0,02019 0,07477 18
7 1087 0,016188Crema marfil 2 0,02023 0,07503 16 32 992 0,01171 3
0,01892 0,07435 21 30 1290 0,015202 4 0,01895 0,07435 21 30 1290
0,015202 Jaime Martnez Verd Pgina 28
- 30. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT m w m recipiente H 2 O m recipietev acio
RECIPIENTE Donde: EXPERIMENTAL n de Material muestra mrecip. H20
(g) mrecipiente(g) mrecip. H20 (Kg) mrecipiente (Kg)Crema marfil 1
84,322 55,353 0,084322 0,055353Crema marfil 2 82,703 55,353
0,082703 0,055353 3 103 55,353 0,103 0,055353 4 85,918 55,353
0,085918 0,055353 n de Material muestra Altura media (m) d1(m)
ta(s) mwa(kg) d2 (m) T(min:seg) t (s) mw(kg)Crema marfil 1 0,02019
0,07477 1087 0,016188 0,07203 3 9 189 0,028969Crema marfil 2
0,0202325 0,07503 992 0,02735 0,07617 3 35 215 0,02735 3 0,018915
0,07435 1290 0,047647 0,07499 3 52 232 0,047647 4 0,01895 0,07435
1290 0,030565 0,07387 3 48 228 0,030565 n de K 2 Material muestra A
(m ) R ( Kg/s) R0 ( Kg/s) R0= R - Ra [Kg/s] (W/(mK))Crema marfil 1
0,00423138 0,000153275 1,48924E-05 0,000138383 2,315193841Crema
marfil 2 0,004488833 0,000127209 2,75706E-05 9,96387E-05
1,574690914 3 0,004379073 0,000205375 3,69357E-05 0,000168439
2,551048544 4 0,004313636 0,000134057 2,36938E-05 0,000110363
1,699969358 Material K W/(mK) Des. Estan Crema marfil 2,04 0,47
Jaime Martnez Verd Pgina 29
- 31. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT n de Material muestra h1 (mm) h2 (mm) h3
(mm) h4 (mm) Marfil Compac 1 19.42 19.39 19.42 19.50 Marfil Compac
2 19.46 19.55 19.52 19.54 n de altura meida Des. Material muestra
(m) Estandar(m) Marfil Compac 1 0.01943 0.00005 Marfil Compac 2
0.01952 0.00004 n de Material muestra mrecip. H20 (g)
mrecipiente(g) mrecip. H20 (Kg) mrecipiente (Kg) Marfil Compac 1
131.747 109.740 0.131747 0.10974 Marfil Compac 2 121.894 109.740
0.121894 0.10974 n de Altura media Material muestra (m) d1(m)
T(min:seg) ta(s) mwa(kg) Marfil Compac 1 0.01943 0.07445 10 42 642
0.022007 Marfil Compac 2 0.01952 0.07503 6 23 383 0.012154 Jaime
Martnez Verd Pgina 30
- 32. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTIT n de Altura Material muestra media (m) d1(m)
ta(s) mwa(kg) d2 (m) T(min:seg) t (s) mw(kg) Marfil Compac 1
0.0194325 0.07445 642 0.022007 0.07305 2 14 134 0.018958 Marfil
Compac 2 0.0195175 0.07503 383 0.021763 0.07297 2 19 139 0.021763 n
de Material muestra (m2) ( Kg/s) ( Kg/s) R0= R - Ra [Kg/s] K
(W/(m2K)) Marfil Compac 1 0.00427183 0.000141478 3.42788E-05
0.000107199 1.709840815 Marfil Compac 2 0.00430084 0.000156568
5.68225E-05 9.97459E-05 1.507788804 Material K W/(m2K) Des. Estan
Marfil Compac 1.61 0.14 Jaime Martnez Verd Pgina 31
- 33. DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA EN PIEDRA NATURAL Y
PIEDRA ARTIFICIAL MTITTabla de contenido1. OBJETIVO
.............................................................................................................
12. MATERIAL
............................................................................................................
13. INTRODUCIN
....................................................................................................
14. DESARROLLO MATEMTICO
..........................................................................
35. MONTAJE EXPERIMENTAL
...............................................................................
4 5.1. Montaje de la caja
piloto....................................................................
4 5.2. Preparacin de los elementos del ensayo
......................................... 7 5.3. Preparacin de
muestras de ensayo
.................................................. 8 5.4. Colocacin
definitiva de los elementos del ensayo ..........................
96. MTODO DE EXPERIMENTACIN
.................................................................
10 6.1. Determinacin de los espesores de las muestras
............................ 10 6.2. Determinacin de la fusin a
temperatura ambiente ..................... 11 6.3. Determinacin del
flujo de calor que atraviesa la muestra ............ 117.
RESULTADOS Y CONCLUSIONES
...................................................................
12 7.1. Resultados experimentales
............................................................... 13
7.2. Conclusiones
.....................................................................................
17 7.3. Incertidumbre tpica
combinada......................................................
18Tabla de ilustracionesIlustracin 1. Representacin grfica de la
Ley de Fourier ....................................... 2Ilustracin
2. Representacin grfica de la situacin del sistema
............................ 3Ilustracin 3. Imagen de un tapn de
PVC
................................................................
4Ilustracin 4. Imagen de la tubera y el tapn perforados
........................................ 5Ilustracin 5. Imagen del
ensamblador de PVC
........................................................
5Ilustracin 6. Imagen del sistema
..............................................................................
6Ilustracin 7. Montaje del sistema final
....................................................................
6Ilustracin 8. Imagen del sistema con el tapn de
caucho....................................... 7Ilustracin 9. Imagen
la disposicin final
.................................................................
7Ilustracin 10. Imagen de las muestras de
ensayo.....................................................
8Ilustracin 11. Colocacin de las muestras de ensayo
............................................... 8Ilustracin 12.
Temperatura de equilibrio para el Rojo Alicante
............................. 14Ilustracin 13. Temperatura de
equilibrio para el Crema Marfil .............................
14Ilustracin 14. Temperatura de equilibrio para la Lumaquela
Rosa........................ 15Ilustracin 15. Temperatura de
equilibrio para la Rosa Porrio ..............................
15Ilustracin 16. Temperatura de equilibrio para la Mrmol Compac
....................... 16Ilustracin 17. Conductividades trmicas de
los diferentes materiales .................. 16 Jaime Martnez Verd
Pgina 32