CONDUCTIVIDAD TERMICA REFRI
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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.
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