UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINAAo de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la Educacin

CONDUCTIVIDAD TRMICA DE UN AISLANTE

Integrantes: Correa Mogolln, Yvell Gianella Snchez Jauregui, Laura Cecilia Or Prez, Mara del Pilar Galvez Aranda, Fernanda Lucia

Profesor: Yoza Yoza, Luis Shuseki

Curso: Fsica de calor y procesos

La Molina, 31 de agosto del 2015I. OBJETIVOS Encontrar la constante de conductividad trmica de un material aislante, en este caso, poliestireno, mediante un foco conectado a la una fuente de 110V y 220V.

II. MARCO TERICO

2.1. Trasferencia de CalorLas formas en las cuales la energa trmica puede propagarse son tres: Conduccin: Es la transferencia de energa, de las partculas ms energticas (mayor temperatura) hacia las adyacentes menos energticas (menor temperatura), este medio est presente en lquidos y gases (difusiones y colisiones) y tambin en slidos (vibraciones de las molculas). Conveccin: Es un modo de transferencia de calor entre un superficie slida y el lquido o gas circundante, se dan efectos combinados de la conduccin y el movimientos de los fluidos. Radiacin: Es la energa transmitida por la materia en forma de ondas electromagnticas, a consecuencia de los cambios de configuraciones electrnicas de los tomos o molculas. No se requiere la intervencin de ningn medio.

2.2. Flujo estacionarioEn un proceso de flujo estacionario el contenido de energa permanece constante, es decir, la cantidad de energa que ingresa es igual a la que sale.2.3. Conductividad trmicaLa conductividad trmica (K) es una medida de la capacidad de un material para conducir el calor. Tambin se puede definir como la razn de transferencia de calor a travs de un espesor unitario del material por unidad de rea por unidad de diferencia de temperatura.

3. HOJA DE DATOS 36.8 cm28.2 cm22 cm

Clculo del rea interna de la caja:A = 2(28.2 x 36.8 + 22 x 36.8 + 28.2 x 22)A = 4935,52 cm2A= 0.493552 m2

Clculo del espesor (longitud) promedio de la caja:L = 2.3 + 2.3 + 2.3 + 2.3 + 2.6 + 3.2 6 L = 2.5 cm L = 0.025 m

Datos de la potencia total (W) Conectado a una fuente de 110V H = 15.5 W Conectado a una fuente de 220V H = 35 W

Cuadro N1: Tabla de temperaturas obtenidas con fuentes de 110V y 220V.

*Los recuadros sombreados indican los datos que se tomaron para la obtencin de la constante.

Cuadro N2: Conductividad trmica a diferentes potencias Potencia Total (W)Conductividad trmica J/(s,m,C)

15.50.0434

350.0424

Grfica N1:

Grfica N2:

Grfica N3:

4. CUESTIONARIO II1. Clculo de la conductividad trmica a una potencia total de 15.5 W

J/(s, m, C)

2. Clculo de la conductividad trmica a una potencia total de 35 W.

J/(s, m, C)

3. Por qu se espera al estado estacionario para medir las temperaturas?Para que el flujo de calor sea constante al pasar por el espesor del material, es decir que aunque siga pasando energa calorfica, est ya no se utilizar para aumentar la energa cintica de las molculas, sino que solamente atravesar el material y la cantidad de esta energa que entra ser la misma que la que sale. Asi se puede cuantificar un valor estable de la constante de conductividad trmica. 5. DISCUSIONES

La eleccin de medir las longitudes de las caras internas, se debe a que para hallar la conductividad trmica del tecnopor (poliestireno expandido) se considera solo a la cantidad de calor que fluye perpendicularmente a las caras. Adems, la energa trmica que llega a las caras internas va a atravesar y fluir a travs del material hacia el exterior. Por ello es que se coloca un termmetro al interior y otro al exterior, para saber, midiendo la temperatura, cunta energa calorfica llega a la cara interna y a la cara externa.

Se sumaron las reas, porque el foco emite energa radiante en todas las direcciones dentro de la caja, es decir, los 15.5 o 35 watts no se emiten para una sola cara sino que es repartida para las 6 caras de la caja de poliestireno.

En el experimento se presentaron dos modos de transferencia de calor, principalmente. El primero es radiacin, que es causado por la emisin de ondas electromagnticas generadas por el foco. Aquella energa de radiacin electromagntica es absorbida por las caras internas, generando vibracin en las molculas del poliestireno expandido, convirtindose dicha energa a energa cintica, la cual ser transmitida de molcula a molcula, iniciando la transferencia de calor por conduccin. Adems, ocurre conveccin dentro de la caja puesto que existe aire alrededor, que funcionara como medio. T TABFigura 1: Los procesos ocurridos son radiacin (A), conduccin (B) y conveccin (C).C

En el Grfico N3 se observa que la pendiente de las curvas comienza a disminuir conforme avanza el tiempo, indicando el comienzo de la fase estacionaria, donde tericamente debe tener una pendiente igual a cero. Adems, se puede notar que las temperaturas 1 sufren una mayor variacin ( T), eso se debe porque miden la temperatura interna de la caja, sin tener de por medio un aislante; muy diferente a lo que sucede con la temperatura ambiente, que vara a lo mximo en 2 a 3 C aproximadamente, dependiendo de la potencia utilizada.

La conductividad trmica obtenida posee un valor pequeo, lo que explica el uso del poliestireno expandido como aislante trmico. Su valor promedio de 0.04 W/m.C indica que una plancha de este material de 1 m de espesor conducir el calor a razn de 0.04 W por m2 de rea por C de diferencia de temperatura a travs de ella. Esto es debido a que este material est compuesto por microclulas cerradas que no estn conectadas entre s (impidiendo una rpida transmisin de energa), y que adems estn llenas de un gas inerte.Este gas inerte puede ser un tipo de CFC, hidrofluorocarburo, hidrocarburo o simplemente aire, que a consecuencia de su alta masa molar posee una baja conductividad trmica; provocando una lenta trasmisin de calor entre sus molculas. Adems cabe resaltar que este material est conformado solo por 2% de poliestireno slidos, mientras que el 98% es aire o algn fluido gaseoso, y se sabe que el aire tiene una conductividad trmica de 0.026 J/(s.m.C).

6. OBSERVACIONES

La conductividad trmica del material estudiado en la prctica es 0.04 J/(s.m.C) y los datos obtenidos fueron 0.0434 y 0.0424 para potencias de 110V y 220V, respectivamente. Lo que significa que hubo un error en porciento de 8.5% y 6%, respectivamente.

A ambas potencias el flujo de calor se estabiliz entre 16 y 17 minutos.

7. SUGERENCIAS

Sellar el borde de la tapa de la caja con cinta para evitar la entrada de aire en el sistema. El foco debe estar lo ms alejado de termmetro para que el cambio de temperatura sea gradual y no forzado. Asimismo que el termmetro mida la temperatura del interior de sistema y no la del foco. Dejar airear la caja entre cada medicin que se realice con las respectivas potencias.

8. CONCLUSIONES

La conductividad trmica del material de la caja es muy pequea en comparacin con otros materiales, por ello al poliestireno se le considera un eficiente aislante de calor. La conductividad trmica de un material no vara, sin importar la intensidad de la fuente de calor.

9. BIBLIOGRAFA Consorcio Disargesa SAC. Qu es el Tecnopor- Poliestireno Expandido (EPS). http://www.disargesa.com/tecnopor.html. Revisado el 30 de agosto del 2015.

Shawyer, Michael; Medina Pizzali, Avilio. 2005. Organizacin de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentacin. El uso de hielo en pequeas embarcaciones de pesca. Captulo 5. Materiales termoaislantes, caractersticas tcnicas y criterios de seleccin. Roma. http://www.fao.org/docrep/008/y5013s/y5013s07.htm#bm07. Revisado el 30 de agosto del 2015.

Cengel, Yunus; Ghajar, Afshin. 2011. Transferencia de calor y masa. Fundamentos y aplicaciones. Editorial Mc Graw Hill. Cuarta edicin. Pg. 17 22. Mxico.