UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE PESQUERIA

DEPARTAMENTO DE ACUICULTURA E INDÚSTRIAS PESQUERAS

Tema: Constante De Conductividad Térmica

Curso: Refrigeración Y Congelación De Recursos

Hidrobiológicos

Profesor: Rodolfo Omote

1. INTRODUCCIÓN

Los recursos hidrobiológicos son muy perecibles por lo que se hace indispensable su

conservación a temperaturas de refrigeración. Desde que la materia prima es capturada

se debe de mantener la cadena de frío a bordo de la embarcación y luego en tierra. Los

espacios utilizados para mantener los recursos hidrobiológicos en cajas con hielo a

granel deben estar construidos con materiales poco conductores de calor como cajas de

poliestireno o poliuretano, con la finalidad de diminuir el consumo de hielo y mantener la

temperatura constante.

Estos son materiales aislantes muy importantes ya que como se dijo anteriormente una

vez que comienza el proceso de deterioro, la temperatura y el calor contribuyen a crear

las condiciones necesarias para la proliferación de bacterias y acrecentar la velocidad de

las reacciones propias de la descomposición de los peces y estimulada por una

creciente actividad enzimática.

Para ello en el presente laboratorio determinaremos la constante de conductividad

térmica (K) de un material aislante utilizado en la conservación de productos

hidrobiológicos en refrigeración.

2. OBJETIVO

Determinar la constante de conductividad térmica (K) de un material aislante utilizado

en la conservación de productos hidrobiológicos en refrigeración.

3. REVISION BIBLIOGRAFICA

CONDUCTIVIDAD TERMICA

La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la

capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es

también la capacidad de una sustancia de transferir el movimiento cinético de sus

moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en

contacto.

La inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de

los materiales para oponerse al paso del calor.

La conductividad térmica es una propiedad de los materiales que valora la capacidad de

jugar con el calor a través de ellos. Es elevada en polímeros y en general en cuerpos

continuos, y es baja en los metales (a pesar de que en ellos la transferencia puede

hacerse a través de electrones libres) y en materiales iónicos y covalentes, siendo muy

baja en algunos materiales especiales como la fibra de vidrio, que se denominan por eso

aislantes térmicos. Para que exista conducción térmica hace falta una sustancia, de ahí

que es nula en el vacío ideal, y muy baja en ambientes donde se ha practicado un vacío

bajo.

En algunos procesos industriales se trabaja para incrementar la conducción de calor,

bien utilizando materiales de alta conductividad o configuraciones con un elevado área

de contacto. En otros, el efecto buscado es justo el contrario, y se desea minimizar el

efecto de la conducción, para lo que se emplean materiales de baja conductividad

térmica, vacíos intermedios (ver termo), y se disponen en configuraciones con poca área

de contacto.

El coeficiente de conductividad térmica (λ) caracteriza la cantidad de calor necesario por

m2, para que atravesando durante la unidad de tiempo, 1 m de material homogéneo

obtenga una diferencia de 1 °C de temperatura entre las dos caras. La conductividad

térmica se expresa en unidades de W/(m·K) (J/(s· m· °C)). Es una propiedad intrínseca

de cada material que varía en función de la temperatura a la que se efectúa la medida,

por lo que suelen hacerse las mediciones a 300 Kcon el objeto de poder comparar unos

elementos con otros. Es un mecanismo molecular de transferencia de calor que ocurre

por la excitación de y aca podemos observar en la tabla los valores de conductividad

térmica de algunos materiales:

Conductividad Térmica

(W/m-1·K-1)

Acero 68-98

Agua 0,98

Aire 0,01

Corcho 0,04-0,30

Fibra de vidrio 0,03-0,07

Poliestireno expandido 0,025-0,045

4. MATERIALES

Caja de Poliestireno

Hielo en escamas

Termómetro

Balanza

5. PROCEDIMIENTO

Medir el área externa de la caja

Pesar la caja vacía con la tapa puesta

Colocar suficiente cantidad de hielo en la caja

Pesar y anotar el peso total de la caja

Anotar la hora en que se pesa (hora 0 de inicio del experimento)

Realizar mediciones periódicas del peso y temperatura externa hasta que el hielo

se derrita completamente.

6. RESULTADO

DATOS DE LA CAJA

DATOS DE LA MESA 1

Área: 0.32972m2

Espesor: 0.015m

Peso caja +tapa : 0.12Kg

Peso caja: Tapa + Hielo: 4.0Kg

0.233m

0.27m 0.28m

0.228m

0.205m 0.225m

0.268m

CALCULOS

Coeficiente de Conductividad térmica

K = (kcal x m)/(m2 x ºC x h)

Donde: m = Espesor de La caja

m2 = Área Caja

ºC = Temperatura (Ambiente)

h = Tiempo (horas)

Donde: = calor latente de fusión 80 Kcal/h

m = Δm masa de hielo inicial- masa de hielo final (Kg).

Tiempo Espesor Área Peso de Peso Peso Temp. calor Tiempo Coeficiente de

K= (Q*espesor)/

(área*Tiempo*Temperatura)

Q = m x

exterior caja inicial final latenteconductividad térmica

(m) (m^2) (Kg) (Kg) (Kg) (℃) (Kcal) (horas) (K)16:13 0.015 0.32972 0.12 4.00 3.99 19.6 0.8 0.32 0.0000578816:45 0.015 0.32972 0.12 3.99 3.12 19.4 69.6 0.53 0.3079481608:00 0.015 0.32972 0.12 3.12 3.02 15.5 8 1 0.0234803309:00 0.015 0.32972 0.12 3.02 2.95 15.7 5.6 1 0.0162268510:00 0.015 0.32972 0.12 2.95 2.87 18.0 6.4 1 0.0161753411:00 0.015 0.32972 0.12 2.87 2.81 16.1 4.8 1 0.0135631712:00 0.015 0.32972 0.12 2.81 2.73 16.3 6.4 1 0.0178623413:00 0.015 0.32972 0.12 2.73 2.65 16.5 6.4 1 0.0176458314:00 0.015 0.32972 0.12 2.65 2.60 16.7 4 1 0.0108965615:00 0.015 0.32972 0.12 2.60 2.53 17.0 5.6 1 0.01498598

16:00 0.015 0.32972 0.12 2.53no se midio 16.5

08:00 0.015 0.32972 0.12no se midio

no se midio 1

09:00 0.015 0.32972 0.12no se midio

no se midio 1

10:00 0.015 0.32972 0.12no se midio 1.40 1

11:00 0.015 0.32972 0.12 1.40 1.35 15.8 4 1 0.0115172512:00 0.015 0.32972 0.12 1.35 1.29 16.9 4.8 1 0.0129211313:00 0.015 0.32972 0.12 1.29 1.20 17.2 7.2 1 0.01904364

14:00 0.015 0.32972 0.12 1.20no se midio 17.8 1 0

15:00 0.015 0.32972 0.12no se midio 1.07 1

16:00 0.015 0.32972 0.12 1.07 22.1 Promedio K 0.03710188

Tiempo EspesorÁrea

exteriorPeso de

cajaPeso

inicialPeso final Temp.

calor latente Tiempo

Coeficiente de conductividad térmica

(m) (m^2) (Kg) (Kg) (Kg) (℃) (Kcal) (horas) (K)4:41 0.018 0.3463 0.27 3.1 3.99 28 0.8 0.32 0.000057885:11 0.018 0.3463 0.27 3.1 3.12 27.8 69.6 0.53 0.307948168:00 0.018 0.3463 0.27 2.91 3.02 23.5 8 1 0.023480339:00 0.018 0.3463 0.27 2.79 2.95 15.7 5.6 1 0.01622685

10:00 0.018 0.3463 0.27 2.75 2.87 18.0 6.4 1 0.0161753411:00 0.018 0.3463 0.27 2.70 2.81 16.1 4.8 1 0.0135631712:00 0.018 0.3463 0.27 2.635 2.73 16.3 6.4 1 0.017862341:00 0.018 0.3463 0.27 2.52 2.65 16.5 6.4 1 0.017645832:00 0.018 0.3463 0.27 2.47 2.60 16.7 4 1 0.010896563:00 0.018 0.3463 0.27 2.395 2.53 17.0 5.6 1 0.01498598

8:00 0.018 0.3463 0.27 1.29no se midio 16.5

9:00 0.018 0.3463 0.27 1.29 no se 1

midio

10:00 0.018 0.3463 0.27 1.29no se midio 1

11:00 0.018 0.3463 0.27 1.2 1.40 1 12:00 0.018 0.3463 0.27 1.13 1.35 15.8 4 1 0.01151725

0.015 0.32972 0.12 1.35 1.29 16.9 4.8 1 0.0129211313:00 0.015 0.32972 0.12 1.29 1.20 17.2 7.2 1 0.01904364

14:00 0.015 0.32972 0.12 1.20no se midio 17.8 1 0

15:00 0.015 0.32972 0.12no se midio 1.07 1

16:00 0.015 0.32972 0.12 1.07 22.1 Promedio K 0.03710188

RESULTADOS DE LA MESA 1

7. CUESTIONARIO

Importancia de los materiales aislantes en la conservación de productos

hidrobiológicos refrigerados y congelados

La importancia de los materiales aislantes es importante ya que la función primaria

de los materiales termoaislantes utilizados en las pequeñas embarcaciones de pesca

que utilizan hielo es reducir la transmisión de calor a través de las paredes,

escotillas, tuberías o candeleros de las bodegas de pescado hasta el lugar en el que

se almacena hielo o pescado enfriado. Al reducir la cantidad de calor infiltrado,

puede reducirse la cantidad de hielo que se funde y aumentar así la eficacia de la

conservación en hielo. Según se ha explicado antes, el hielo se consume porque

absorbe la energía calorífica del pescado, pero también absorbe la energía calorífica

que se infiltra a través de las paredes del recipiente de almacenamiento. El aislante

de las paredes del recipiente puede reducir la cantidad de calor que penetra en el

mismo y reducir así la cantidad de hielo necesaria para que su contenido se

mantenga frío.

Las principales ventajas de aislar la bodega de pescado con materiales adecuados

son:

Evitar la transmisión de calor procedente del aire caliente circundante, de la sala de

máquinas y de las infiltraciones de calor a través de las paredes, escotillas, tuberías

y candeleros de la bodega de pescado

Aprovechar al máximo el espacio útil de la bodega de pescado y los costos de

enfriamiento del pescado

Materiales aislantes que se utilizan en la industria del frio y sus características

Existen muy diversos materiales termoaislantes, pero pocos se ajustan a las

necesidades constructivas de las bodegas de pescado modernas. La selección del

material aislante deberá basarse en su costo inicial, su eficacia, su durabilidad, su

adaptabilidad a la forma de la bodega de pescado y los métodos de instalación

disponibles en cada lugar. Desde un punto de vista económico, puede ser preferible

elegir un material aislante con una conductividad térmica baja que aumentar el

espesor del aislamiento de las paredes de la bodega. Al reducir la conductividad

térmica, se necesitará menos aislante para una determinada capacidad de

conservación del frío y se dispondrá de un mayor volumen utilizable en la bodega de

pescado. El espacio que ocupan los materiales aislantes en las embarcaciones de

pesca puede representar, en muchos casos, del 10 al 15 por ciento de la capacidad

bruta de la bodega de pescado.

Espuma de poliuretano

Uno de los mejores aislantes disponibles en el mercado para embarcaciones de pesca es la espuma de poliuretano. Tiene buenas propiedades termoaislantes, una baja permeabilidad al vapor de agua, una alta resistencia a la absorción de agua, una resistencia mecánica relativamente alta y una baja densidad. Además, su instalación es relativamente fácil y económica.

Poliestireno expandido

El estireno puede transformarse, mediante polimerización, en bolitas blancas de plástico de poliestireno. Estas bolitas pueden expandirse a continuación para formar una espuma conocida como poliestireno expandido. Hay dos formas principales de fabricar poliestireno expandido: mediante extrusión y mediante moldeo de bloques.Las espumas de poliestireno expandido presentan ciertas limitaciones técnicas:

Son inflamables, aunque existen calidades ignífugas Se descomponen gradualmente al exponerse directamente a la

luz solar.

Fibra de vidrio

También se utiliza como material aislante la estera de fibra de vidrio, cuyas ventajas son las siguientes:

Alta resistencia al fuego. Alta resistencia a la contaminación microbiológica. Buena resistencia a la mayoría de las sustancias químicas.

Corcho

El corcho es probablemente uno de los materiales aislantes más antiguos que se han utilizado comercialmente y hubo un tiempo en que fue el material aislante más utilizado en la industria de la refrigeración. Actualmente, debido a la escasez de alcornoques productores de corcho, su precio es relativamente alto comparado con otros materiales aislantes. En consecuencia, su uso es muy escaso, excepto como base de algunas máquinas, para reducir la transmisión de vibraciones. Puede obtenerse en forma de planchas o bloques expandidos, así como en forma granular; su densidad varía entre 110 y 130 kg/m3 y su resistencia mecánica es de 2,2 kg/m2 por término medio. Sólo puede utilizarse hasta temperaturas de 65 °C. Tiene una buena eficacia termoaislante, es bastante resistente a la compresión y no arde fácilmente. Su principal limitación técnica es su tendencia a absorber humedad, siendo su permeancia media al vapor de agua de 12,5 g·cm·m-2·día-1·mmHg

Equipos y unidades donde se utilizan los materiales aislantes explique cómo se aplica y presente esquemas.

Las principales características generales del diseño de los recipientes termoaislados (tanto portátiles como fijos) son las siguientes:

Deberán ser adecuados para su transporte en embarcaciones de pesca y en vehículos de carretera (que pueden ser de diferentes tipos y tamaños). Por consiguiente, los recipientes portátiles deberán contar con características especiales que los hagan adecuados tanto para la manipulación de las capturas a bordo como para el almacenamiento y transporte del pescado en tierra.

Deberán resistir una manipulación relativamente brusca. Deberán disponer de desagües para el agua de fusión del hielo. Deberán estar hechos de materiales que permitan su limpieza de forma fácil y

completa. Deberán tener un tamaño adecuado para los diversos tipos de pescado fresco

capturados, de modo que éstos no se doblen ni deformen. Deberán ser de un tamaño práctico para su manipulación adecuada por medios

manuales o con horquillas elevadoras, si se dispone de este tipo de máquinas. Los recipientes portátiles deberán poder apilarse de forma adecuada y segura, de

modo que los situados en la parte superior reposen sobre los que están debajo de ellos y no sobre el pescado que contienen.

Deberán estar hechos de materiales ligeros. Deberán ser resistentes. Deberán tener buenas propiedades termoaislantes, para evitar una infiltración

excesiva de calor, rápidos aumentos de la temperatura del pescado y una rápida fusión del hielo.

Un recipiente termoaislado con un diseño óptimo deberá tener una profundidad adecuada para evitar el aplastamiento de los peces almacenados en el fondo, es decir, se deberá evitar el almacenamiento de peces en a granel hasta una profundidad excesiva. Los recipientes deberán ser de fabricación sencilla y el aislante no deberá ocupar demasiado espacio.

Esquema de utilización de materiales aislantes

8. DISCUSIONES

El Kpromedio (K = 0.03710188 W/mºC) obtenido en el experimento por cada uno

de los integrantes que tomarón las mediciones a las horas asignadas no fue

cumplido a cabalidad por todos los compañeros por tanto es probable un

error en el promedio, aun con este error este seria mínimo,

Aun sin el error el método utilizado no es el más idóneo para obtener

resultados precisos, pues se aleja de los valores teóricos del K para el

poliestireno expandido.

9. CONCLUSIONES

La constante de conductividad térmica resulto 0.03710188 W/mºC.

El poliestireno es un material con una bajísima constante conductividad

térmica, lo cual lo vuelve un material muy requerido para la conservación a

bajas temperaturas de los recursos hidrobiológicos.

Aunque el Poliestireno es un material de baja conductividad térmica aun así

no se puede refrigerar pescado fresco por más de un día ahí.

10. BIBLIOGRAFIA

FAO. 1980a. Application of chilled seawater in a small-scale fishery project: a case study, por A.F. Medina Pizzali. En Proceedings, Symposium on the Development and Management of Small-Scale Fisheries, pp. 819-825. Reunión de la Comisión de Pesca del Indo-Pacífico (IPFC/80/SYMP/EXP/37), 21-30 de mayo, Kyoto, Japón. Bangkok.

FAO. 1980b. Proyectos de embarcaciones pesqueras: 3. Arrastreros pequeños, por J.F. Fyson. Documento Técnico de Pesca N° 188. Roma. 51 pp.

FAO. 1984. Planning and engineering data 4. Containers for fish handling, edición a cargo de J. Brox, M. Kristiansen, A. Myrseth y Per W. Aasheim. Circular de Pesca N° 773. Roma.

FAO. 1985. Construction of on-board insulated fish containers for pirogues, por N. Coackley y Z.S. Karnicki. Circular de Pesca N° 775. Roma.

FAO. 1986. Measuring the effectiveness of insulated fish containers, por H.M. Lupin. En Proceedings, Fish processing in Africa. Informe de la Consulta de Expertos de la FAO sobre tecnología pesquera en África, Lusaka, Zambia, 21-25 de enero de 1985. Informe de Pesca N° 329, Supl. pp. 36-46. Roma.