UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

ELCTRICA

CAMPUS XALAPA

EXPERIENCIA EDUCATIVA:

TRANSFERENCIA DE CALOR

CATEDRATICO:

DR. ANDRS LPEZ VELZQUEZ

EQUIPO No. 5

INTEGRANTES:

SARAH FERNNDEZ SNCEHZ

KARINA BRIONES ROMANO

FERNANDO GARCA BAIZABAL

EDUARDO F. OSORIO HERNNDEZ

JOVN REYES RODRIGUEZ

MIGUEL NGEL ALMARAZ RICO

TAREA COMPLEJA 1

PERIODO ESCOLAR: ENERO-JUNIO 2013; XALAPA ENRQUEZ

Contenido INTRODUCCIN ............................................................................................................................... 3

MARCO TEORICO ............................................................................................................................. 5

ANLISIS DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIN .............................................................. 7

COCLUSIN ........................................................................................................................................... 12

INTRODUCCIN

Calor es la energa en trnsito desde un sistema con alta temperatura a otro sistema con ms baja temperatura.

La transferencia de calor es el paso de energa trmica desde un cuerpo de mayor

temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un

objeto slido o un fluido, est a una temperatura diferente de la de su entorno u

otro cuerpo, la transferencia de energa trmica, tambin conocida como

transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo

y su entorno alcancen equilibrio trmico. La transferencia de calor siempre

ocurre desde un cuerpo ms caliente a uno ms fro, como resultado de

la Segunda ley de la termodinmica. Cuando existe una diferencia de

temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de

calor no puede ser detenida; solo puede hacerse ms lenta.

La transferencia de calor se produce normalmente desde un objeto con

altatemperatura, a otro objeto con temperatura ms baja. La transferencia de

calor cambia la energa interna de ambos sistemas implicados, de acuerdo con

laprimera ley de la Termodinmica.

La transferencia de calor se puede transmitir de varias formas, los ms conocidos

son tres:

Conduccin:

Transferencia de calor que se produce a travs de un medio estacionario -

que puede ser un slido o un fluido- cuando existe un gradiente de

temperatura.

Conveccin:

Transferencia de calor que ocurrir entre una superficie y un fluido en

movimiento cuando estn a diferentes temperaturas.

Radiacin:

En ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por

radiacin entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que

todas las superficies con temperatura finita emiten energa en forma de

ondas electromagnticas.

MARCO TEORICO

Para nuestro primer andamiaje veremos la trasferencia de calor por medio de

CONDUCCIN:

La conduccin de calor es un mecanismo de transferencia de energa

calorfica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partculas sin

flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo o

entre diferentes cuerpos en contacto por medio de transferencia de energa

cintica de las partculas.

El principal parmetro dependiente del material que regula la conduccin de

calor en los materiales es la conductividad trmica, una propiedad fsica que

mide la capacidad de conduccin de calor o capacidad de una substancia de

transferir el movimiento cintico de sus molculas a sus propias molculas

adyacentes o a otras substancias con las que est en contacto. La inversa de la

conductividad trmica es la resistividad trmica, que es la capacidad de los

materiales para oponerse al paso del calor.

La conduccin trmica est determinada por la ley de Fourier. Establece que la

tasa de transferencia de calor por conduccin en una direccin dada, es

proporcional al rea normal a la direccin del flujo de calor y al gradiente de

temperatura en esa direccin. Para un flujo unidimensional de calor se tiene:

Donde:

es la tasa de flujo de calor que atraviesa el rea A en la direccin x

(o ) es una constante de proporcionalidad llamada conductividad

trmica

es la temperatura.

el tiempo.

Para un flujo tridimensional en un medio istropo, la ley de Fourier expresa que

el flujo de calor viene dado por:

La conductividad trmica es una propiedad intrnseca de los materiales que

valora la capacidad de conducir el calor a travs de ellos. El valor de la

conductividad vara en funcin de la temperatura a la que se encuentra la

sustancia, por lo que suelen hacerse las mediciones a 300 K con el objeto de poder

comparar unos elementos con otros.

Es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, y es baja en

los gases (a pesar de que en ellos la transferencia puede hacerse a travs

de electrones libres) y en materiales inicos y covalentes, siendo muy baja en

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

eso aislantes trmicos. Para que exista conduccin trmica hace falta una

sustancia, de ah que es nula en el vaco ideal, y muy baja en ambientes donde se

ha practicado un vaco elevado.

En algunos procesos industriales se trabaja para incrementar la conduccin de

calor, bien utilizando materiales de alta conductividad o configuraciones con un

elevado rea de contacto. En otros, el efecto buscado es justo el contrario, y se

desea minimizar el efecto de la conduccin, para lo que se emplean materiales de

baja conductividad trmica, vacos intermedios, y se disponen en configuraciones

con poca rea de contacto.

Coeficientes para distintos materiales

Material Material Material

Acero 47-58 Corcho 0,04-0,30 Mercurio 83,7

Agua 0,58 Estao 64,0 Mica 0,35

Aire 0,02 Fibra de vidrio 0,03-0,07 Nquel 52,3

Alcohol 0,16 Glicerina 0,29 Oro 308,2

Alpaca 29,1 Hierro 80,2 Parafina 0,21

Aluminio 209,3 Ladrillo 0,80 Plata 406,1-

418,7

Amianto 0,04 Ladrillo refractario 0,47-1,05 Plomo 35,0

Bronce 116-186 Latn 81-116 Vidrio 0,6-1,0

Zinc 106-140 Litio 301,2 Acero 47 - 581

Cobre 372,1-

385,2 Madera 0,13 Acero

inoxidable 14-16

Bronce 116-1861 Alpaca 29,11 Agua 0,581

Cobre 372,1-

385,21 Aluminio 209,31 Aire 0,024

Corcho 0,04-

0,301 Amianto 0,041 Alcohol 0,161

Estao 64,01 Fibra de vidrio 0,03-0,071 Glicerina 0,291

Hierro 80,2 Ladrillo 0,801 Litio 301,21

Poliestireno

expandido

0,025-

0,045 Ladrillo refractario 0,47-1,051 Madera 0,131

Poliuretano 0,018-

0,025 Latn 81 - 1161 Mercurio 83,71

Vidrio 0,6 - 11 Parafina 0,211 Mica Moscovita 0,351

Zinc 106-140 Plata 406,1-

418,71 Nquel 52,31

ANLISIS DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIN

Para nuestra prctica analizamos las prdidas de calor en una tapa removible

del sistema de refrigeracin que se encuentra en el laboratorio de Termofluidos

de la Facultad de Ingeniera Mecnica Elctrica. Actualmente el sistema est

aislado por 4 paredes de acrlico, de las cuales una de ellas se remueve para darle

mantenimiento a la mquina.

Dicha pared de forma cuadrada tiene las dimensiones siguientes:

Lado= 40cm

Espesor=

in=0.00635m

En funcin de lo anterior, se adquirieron cuatro diferentes materiales de la

misma magnitud de lado (40cm * 40cm) y de distintos espesores para comparar

la transferencia de calor producida en uno y otro material.

Los materiales y sus caractersticas son las siguientes:

Triplay:

espesor (e)= 0.0048m =0.48cm

constante de conductividad trmica (K)=

Acrilico (Poliuretano):

e= 0.00635m =0.635cm

K= 0.025

Acero:

e=0.0014m =0.14cm

K=58.0

Unicel (poliestireno expandido):

e=0.0107m = 1.07cm

K=

Vidrio:

e= 0.0055m = 0.55cm

K=

Teniendo estos datos se prosigui a calcular las resistencias trmicas de los

materiales dando los siguientes resultados.

Rtriplay=

(

)

Rpoliuretano =

(

)

Racero=

(

)

Runicel=

(

)

Rvidrio=

(

)

Como se puede observar el hierro present la menor resistencia trmica, por lo

que se espera observar la mayor transferencia de calor (para nuestro caso ser

calor negativo al tratarse de un sistema de refrigeracin), al contrario del unicel

que present la mayor resistencia trmica de nuestros materiales, este resultado

era esperado ya que como se sabe el unicel es ocupado en recipientes para

conservar la temperatura de la materia que contengan debido a que por sus

propiedades la transferencia hacia de calor hacia el exterior es menor.

Transferencia de calor por conduccin.

Posteriormente se prosigui a calcular la transferencia de calor por conduccin de

nuestro sistema al exterior a travs de la pared removible cambiando los materiales

descritos anteriormente y tomando los datos de temperaturas tanto exterior como

interior de nuestro sistema.

Para obtener los flujos de transferencia de calor, se utiliz la interfaz de dos

software LabView y Arduino ambos sirven para la adquisin de datos y el

clculo de valores o datos especficos que se programen en el mismo, para ello se

utilizaron las formulas siguientes:

(

)

Las formulas anteriores, fueron preestablecidas en el software, y astambin se

incluyeron en el mismo los datos obtenidos anteriormente, para que el software

por si solo, de manera automtica hiciera el clculo de los flujos de transferencia

de calor en el sistema de refrigeracin, con el solo hecho de la variacin de

temperatura que fuese detectada por los sensores (LM35) utilizados para la

adquisin de los datos.

Comportamiento del sistema con ACRILICO

Comportamiento del sistema con TRIPLAY

Comportamiento del sistema con ACERO

Comportamiento del sistema con UNICEL

Comportamiento del sistema con VIDRIO

COCLUSIN

En conclusin podemos mencionar que en un principio de tuvieron cierto

problemas para adquirir las temperaturas del sistema, ya que los datos que eran

enviados por los LM35 eran errores, pero posteriormente se logr la obtencin

correcta de los datos, y se procedi a la adquisin de los datos y los resultados

que se estaban buscando, que era conocer con cual material se tena mayor

transferencia de calor, el cual fue el Acrilico (Poliuretano) con un Q= 32.1522

W/m2, en segundo lugar se termino el unicel (Poliestireno expandido) con un Q

=52.9502 W/m2.

El comportamiento de los materiales dentro del sistema son los siguientes:

Material Q (W/m2) q/A (W/m2)

Acrilico 32.1522 0.00462992

Triplay 258.027 0.0371583

Acero 380782 54.81

Unicel 52.9502 0.00762477

Vidrio 1607.42 0.231636