Practica #1AISLAMIENTO TERMICO

FUNDACION UNIVERSIDAD AMERICAINGENIERIASTRANSFERENCIA DE CALOR I2012OBJETIVO GENERALAnalizar el fenmeno de Transferencia de Calor segn el tipo de material y su grosor identificando la presentacin y caractersticas de aislamientos comerciales.

OBJETIVOS ESPECIFICOS Analizar el fenmeno de transferencia de calor en recipientes aislados. Analizar el fenmeno de transferencia de calor en recipientes no aislados. Identificar la presentacin y las caractersticas de los aislamientos comerciales. Analizar la variacin de la temperatura con el tiempo como una funcin de la resistencia del material involucrado.

MARCO TEORICOEn estado estacionario, unidimensional y sin generacin de calor, siguiendo la teora de Fourier podemos determinar la resistencia de un material al paso de la energa ya que se cumple la siguiente igualdad:

Por tanto si conocemos Q, T y los parmetros dimensionales rea y espesor se podr determinar la resistencia ejercida por el material de aislamiento.

Por otra parte se tiene que , de esta manera si conocemos una de las resistencias y los gradientes de temperatura podemos hallar la otra resistencia.

Para un tiempo muy corto (0) se puede plantear la siguiente aproximacin:

La resistencia trmica permite hallar la conductividad trmica del material o por lo menos entender de manera cualitativa su efecto.

TABLAS DE DATOS Y GRAFICOS

Conductividad trmica del aluminio (w/m*C) a 15C209,3

Conductividad trmica del corcho (w/m*C) a 15C0,3

Dimetro (m)0,082

Altura (m)0,113

Grosor recipiente (m)0,0019

Grosor del recubrimiento (m)0,0049

Tabla #1 Caractersticas del recipiente de aluminio

Tiempo (s)Temperatura de la cara del aislante hacia el exterior (c)Temperatura entre el aislante y el recipiente de aluminio (c)Temperatura del agua en el recipiente con aislante (c)Temperatura del agua en el recipiente de aluminio sin aislante (c)Temperatura del recipiente de aluminio sin aislante(c)

05066859285

205168859285

405268,5849185

605370839084

805370838983

1005270828983

1205169828882

1405269818781

1605269818780

1805569818780

2005268808779

2205267,5808779

2405267798778

2605367798578

2805766798578

3005866788676

3205866778576

3405965768575

3605765768575

3805764758474

4005864758474

4205864758474

4405964758373

4605864758373

4805864758273

5005864748273

5205964748272

5405863738172

5605863738172

5805862,5738171

6005762728070

Tabla #2 Temperaturas a diferentes tiempos del agua, el recipiente de aluminio y el aislante de corcho

Grafica #1 Recipiente aislado

Grafica #2 Recipiente sin aislamiento

CALCULOS Y TABLAS DE RESULTADOS

rea de los recipientes

Calculo de la resistencia trmica del recipiente de aluminio

Calculo de la resistencia trmica del aislante de corcho:

Calculo de la transferencia de calor entre el agua y el recipiente metlico sin asilamiento trmico

Donde T1 es la temperatura leda en el termmetro y T2 es la temperatura leda en el infrarrojo (temperatura de la superficie del recipiente de aluminio) y el X es el grosor medido en el laboratorio del recipiente de aluminio, obteniendo as el siguiente calculo:

R (w/m*C)T1 (C)T2 (C)q (W)

2,23E-04859231333,930

2,23E-04859231333,930

2,23E-04859126857,654

2,23E-04849026857,654

2,23E-04838926857,654

2,23E-04838926857,654

2,23E-04828826857,654

2,23E-04818726857,654

2,23E-04808731333,930

2,23E-04808731333,930

2,23E-04798735810,206

2,23E-04798735810,206

2,23E-04788740286,482

2,23E-04788531333,930

2,23E-04788531333,930

2,23E-04768644762,757

2,23E-04768540286,482

2,23E-04758544762,757

2,23E-04758544762,757

2,23E-04748444762,757

2,23E-04748444762,757

2,23E-04748444762,757

2,23E-04738344762,757

2,23E-04738344762,757

2,23E-04738240286,482

2,23E-04738240286,482

2,23E-04728244762,757

2,23E-04728140286,482

2,23E-04728140286,482

2,23E-04718144762,757

2,23E-04708044762,757

Tabla #3 calor transferido a travs del recipiente de aluminio

Este clculo se realiza con todas las temperaturas ledas en diferentes tiempos, para luego realizar un promedio y obtener la transferencia de calor que existe a travs del recipiente de aluminio, obteniendo la siguiente tabla:

Para el recipiente de aluminio con aislante de corcho, es necesario sumar las resistencias del recipiente de aluminio y del corcho, para luego ser esta quien divida el T y obtener el calor disipado:

R1R2T1T2Q

2,23E-040,402508587,016

2,23E-040,402518584,530

2,23E-040,402528479,558

2,23E-040,402538374,585

2,23E-040,402538374,585

2,23E-040,402528274,585

2,23E-040,402518277,072

2,23E-040,402528172,099

2,23E-040,402528172,099

2,23E-040,402558164,641

2,23E-040,402528069,613

2,23E-040,402528069,613

2,23E-040,402527967,127

2,23E-040,402537964,641

2,23E-040,402577954,696

2,23E-040,402587849,724

2,23E-040,402587747,237

2,23E-040,402597642,265

2,23E-040,402577647,237

2,23E-040,402577544,751

2,23E-040,402587542,265

2,23E-040,402587542,265

2,23E-040,402597539,779

2,23E-040,402587542,265

2,23E-040,402587542,265

2,23E-040,402587439,779

2,23E-040,402597437,293

2,23E-040,402587337,293

2,23E-040,402587337,293

2,23E-040,402587337,293

2,23E-040,402577237,293

Tabla #4 calor transferido a travs del recipiente de aluminio y el aislante de corcho

Este clculo se realiza para todas las temperaturas tomadas a diferentes tiempos, para calcular el calor disipado en cada caso y obtener un promedio a partir de los datos ledos en el laboratorio, obteniendo la siguiente tabla:

ANALISIS DE RESULTADOSEn el momento de hallar la resistencia del aluminio y el corcho pudimos notar que este factor est relacionado con el rea, el espesor del material y la conductividad trmica, lo cual nos lleva a pensar que para los dos primeros factores nombrados existen diversos tipos de errores y en consecuencia un desfase en el valor de la resistencia para el corcho y el aluminio, este desfase lo atribuimos a dos pasos fundamentales en el experimento: como primera medida el clculo del rea, pudo no ser muy precisa ya que en la toma de las medidas del dimetro y la altura del recipiente pudo haber errores en la visualizacin de la medida en el metro y por ende no ser valores exactos, y como segunda medida en el momento de medir el espesor del aislante (corcho), tambin no pudo ser precisa la lectura en el brazo de rey utilizado para este paso del procedimiento.

Para el clculo del calor transferido (tanto para el recipiente con aislamiento como para el sin aislamiento), la diferencia de valores de q entre los diferentes deltas de temperaturas tomados en 600s para los dos casos lo atribuimos a la forma en que fueron leidas las temperaturas, ya que algunas fueron tomadas a partir de un termmetro y otras fueron tomadas a partir de un infrarrojo, a partir de lo cual podemos concluir que unas de las temperaturas ledas eran ms exactas que otras, de acuerdo al tipo de instrumento utilizado para tal fin.

A pesar de los errores analizados anteriormente, y siendo consientes que hubo errores en el procedimiento utilizado para el clculo del calor transferido a travs de un recipiente de aluminio con y sin aislamiento, los datos obtenidos fueron muy lgicos ya que como era de esperarse desde un principio, la transferencia de calor en el recipiente con aislamiento fue mucho menor que la del recipiente que no lo presentaba, de igual forma las resistencias obtenidas fueron muy lgicas ya que la del aluminio era mucho mas pequea que la del corcho, lo cual indicaba que le corcho no iba a permitir un flujo de calor tan alto como lo iba a permitir el recipiente de aluminio y fue esto lo que se observo a travs de los clculos realizados con las temperaturas tomadas en el laboratorio.

Aun que experimentalmente no podemos comparar el corcho con otro material de baja conductividad trmica, podemos afirmar que este es un muy buen aislante del calor ya que en presencia de este la temperatura del recipiente de aluminio no bajo tan rpido como lo hizo cuando no haba presencia del aislante, de igual forma a partir del dato terico de su conductividad, tambin es vlido afirmar esto ya que esta es mucho menor 1w/m*c, lo mismo ocurre al observar las graficas de la temperatura vs el tiempo en los dos casos ya nombrados, all es aun ms evidente como la temperatura del agua en el recipiente de aluminio sin aislamiento a los 600s era mucho menor que la del recipiente con aislamiento al mismo tiempo (600s).

CONCLUSIONES Observamos y comprobamos de manera satisfactoria, como la presencia de un aislante trmico, hace ms difcil el flujo de calor entre dos medios. Analizamos y calculamos el flujo de calor a travs de un recipiente de aluminio, permitindonos concluir que el recipiente que contena el agua caliente tena una conductividad de calor muy alta ya que el valor de q obtenido fue de y el valor de conductividad trmica del aluminio terica es de 237 W/m*C. Concluimos que la presencia de un aislante trmico como el corcho es muy eficiente dado que el valor de su conductividad trmica es muy baja (0,3W/m*C) y comprobado tambin por el valor de q obtenido para el flujo de calor que hay en el recipiente con este tipo de aislante, tomando un valor experimental de mucho menor que le valor de q para el recipiente de aluminio son aislante trmico. La resistencia trmica de un material es imprescindible para determinar si este es capaz de mantener una determinada temperatura a travs el tiempo o por lmenos evitar un cambio drstico de la misma, esto lo pudimos comprobar a travs de las graficas realizadas para el recipiente de aluminio sin aislante y con aislante, ya que en el primer recipiente el cambio de temperatura fue mayor que en el segundo durante del mismo tiempo (600s) y siendo la resistencia trmica del aluminio mucho menor que la del corcho, de esta forma es correcto afirmar que a menor resistencia trmica mayor ser el flujo de calor a travs del material.

BIBLIOGRAFIA

Transferencia de Calor, yunus A. CENGEL, Mac Graw Hill, Cap3, segunda edicin.