PRÁCTICA 1: AISLAMIENTO TÉRMICO

PRÁCTICA 1: AISLAMIENTO TÉRMICO

TRANSFERENCIA DE CALOR I

PROFESORA LINA MARÍA CHACÓN RIVERA

Por: Agudelo Lamadrid Ivana Marcela

José David Rueda Arenas

Ingrid Juliette Oviedo Muñoz

FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

11 DE AGOSTO DEL 2017

BOGOTÁ D.C.

OBJETIVOS

General

• Comprender cómo se da la transferencia de calor en situaciones donde hay un aislante y donde no lo hay, qué diferencias hay entre ambos casos y qué variables afectan el proceso.

Específicos

• Evaluar el efecto que tiene el tipo de material, el espesor del mismo y su conductividad en la transferencia de calor.
• Reconocer las características y diferencias entre un estado estacionario y uno transitorio.
• Determinar la conductividad térmica de los materiales que serán utilizados durante la práctica, utilizando los modelos matemáticos que explican este fenómeno.
• Realizar un montaje adecuado de un sistema asilado y uno no aislado, comprendiendo las características de cada uno y su funcionamiento.

MARCO TEÓRICO

Transferencia de calor: El calor es un tipo de energía, por lo que la transferencia de calor es un proceso por el que se intercambia energía entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. [1]

Esta trasferencia siempre se da desde un cuerpo más caliente hacia uno más frio (como resultado de la segunda ley de la termodinámica) hasta que tanto los cuerpos como su entorno alcancen el equilibrio térmico. Dicha ley de la termodinámica establece que “es imposible todo proceso cuyo único resultado sea la transmisión de energía en forma de calor de un cuerpo menos caliente a otro más caliente”.[2]

Se conocen tres mecanismos para este fenómeno: la conducción, la convección y la radiación. El primero (y el cuál será analizado durante la práctica) es el mecanismo en escala atómica dado por los choques entre las moléculas de la materia. Esta transferencia de calor se da entre los cuerpos sólidos, y para darse debe existir una diferencia de temperatura entre dos partes del medio conductor. La convección, por otra parte, es el mecanismo que, debido al movimiento de la masa, o su circulación dentro de una sustancia genera transferencia de calor. La convección puede ser de dos tipos: natural o forzada.  El último mecanismo, la radiación, es la energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura dada y se produce desde la fuente hacia el exterior en todas las direcciones.

Conducción: Como se mencionó anteriormente, la conducción es un mecanismo de transferencia de calor, el cual se presenta a nivel atómico, ya que tiene que ver con los choques moleculares del material u objeto.

La ecuación que describe la conducción térmica es conocida como la Ley de Fourier, cabe recalcar que es posible establecer esta ecuación siempre que exista un gradiente de temperatura. [3] Esta ecuación, mostrada de manera sencilla (evaluado de manera diferencia) corresponde a:

[pic 1]

Donde:

• q = calor transferido (en W en sistema internacional)
• k = conductividad térmica (en W/m°C en SI)
• A= área (en m2 en SI)
• dT/dx= razón de cambio de temperatura a través del espesor de material

El signo negativo al inicio de la ecuación indica que se da la transferencia en sentido decreciente.

Conductividad térmica: La conductividad térmica es una propiedad física que describe la capacidad de un material de transferir calor por conducción, o en otras palabras, la cantidad/velocidad de calor transmitida a través de un material. La transferencia de calor se produce en mayor proporción en materiales con alta conductividad térmica, como es el caso de los metales. Los materiales con baja conductividad térmica son utilizados como aislantes. [4]

Es una magnitud intensiva, es decir, no depende de la cantidad de materia. Existe una propiedad inversa a la conductividad, llamada resistividad térmica. [5]

Aislantes térmicos: Un aislante térmico es un material que posee una alta resistividad térmica, es decir no conduce el calor fácilmente. La función de estos en la industria es establecer una barrera al paso del calor entre dos medio que de otra manera tenderían a igualar su temperatura, es decir, a alcanzar el equilibrio térmico. El aislante evita que el calor traspase los separadores del sistema de interés con el su entorno. [6]

El corcho, el algodón, el lino, el cáñamo y la celulosa son sólo algunos de los materiales que son usados como aislantes en la industria. Como la conducción (así como la convección) necesitan de un medio para propagarse, el vació también podrían considerarse un aislante, ya que bajo estas condiciones no sería posible la conducción.

ESTADO DEL ARTE

En la parte de la construcción se están desarrollando nuevas tecnologías de asilamiento con el fin de hacer un aporte a la construcción sostenible, La edificación tiene una gran repercusión en el impacto ambiental de la sociedad, Frente a este problema, una parte del sector experimenta el cambio hacia la construcción sostenible, resultando en ello de gran importancia la renovación y el reciclaje de los materiales. Los aislamientos térmicos de la lana de oveja (renovable) y de algodón (reciclado) son claros ejemplos de ese cambio porque ayudan a reducir significativamente el impacto ambiental de la mayoría de los materiales, sintetizado en el consumo de recursos no renovables y en la generación de residuos contaminantes. Tal como se demuestra en el análisis de ciclo de vida resumido y en la comparación de materiales mediante indicadores ambientales [7]

Referencia

Arquitecto, Universidad Nacional de La Plata, Argentina (‘89). Doctor, Universidad Politécnica de Cataluña, España (‘09). Especialista en Tecnología y Producción del Hábitat Universidad de Buenos Aires, Argentina (‘92). Socio fundador de Societat Orgànica, asesoría ambiental en edificación (www.societatorganica.com) con sede en Barcelona, España. Profesor en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura La Salle, Universidad Ramon Llull, Barcelona, a partir de 2003.

[8]La nave espacial y los satélites de hoy en día ven la multitud de fluctuaciones de temperatura que van desde -100 ° C a + 150 ° C, dependiendo de la órbita de la nave espacial si está Orbitando a la sombra de la tierra o la propia sombra de la nave espacial puede representar un reto para mantener el buque estable en los rigores del espacio. La nave puede girar rápidamente hacia el lado frío (típicamente -125 ° C / -195 ° F) cuando está en las sombras. Alternativamente, la nave espacial puede ver temperaturas extremadamente altas, típicamente + 150 ° C (+ 300 ° F), cuando se expone al sol. Además, hay una cantidad sustancial de calor generado a partir del equipo a bordo de la nave espacial.  

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