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MATERIA: Transferencia de calor

PRESENTADO A:Jimmy Barco burgos

INTEGRANTESJorge BuchelyDiego CalderónMiguel AceroJulián A GarcíaVíctor Cardozo

GRUPO 8N

QUE ES LA TRANSFERENCIA DE CALOR

Es el proceso mediante el cual se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están en distinto nivel energético. En la ingeniería se toma en cuenta para este proceso la rapidez o razón para el intercambio de calor.(tiempo)

CUALES SON LOS TIPOS DE TRASNFERENCIA DE CALOR

POR CONDUCCIÓN

Figura 1(fuente google)

Es un mecanismo de transferencia de calor a travez de la materia, que se encuentra en escala atómica generada por la actividad molecular por el choque de unas moléculas

con otras donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas, lo cual produce flujo de calor desde las temperaturas más altas hacia las más bajas.

Los mejores conductores del calor son los metales. El aire y el plástico son malos conductores del calor, y se les denomina ailslantes.

POR CONVECCIÓN

Figura 2(fuente google)

En la transferencia por convección el calor es un mecanismo por movimiento de masa o circulación dentro de la sustancia. Se puede producir de manera natural por las diferencias de densidades de la materia o forzada cuando la materia es obligada a moverse de un lugar a otro, por ejemplo el aire con un ventilador o el agua con una bomba, solo se produce en líquidos y gases donde los átomos y moléculas son libres de moverse en el medio.

En la naturaleza, la mayor parte del calor ganado por la atmosfera por conducción y radiación cerca de la superficie, es transportado a otras capas de la atmosfera por convección.

POR RADIACIÓN

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Figura 3(fuente google)

Es la energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura dada, se produce directamente desde la fuente hacia afuera en todas las direcciones. Esta energía se produce por los cambios de las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constituidos y transportados por ondas electromagnéticas o fotones.

EJEMPLOS DE CONDUCCIÓN

Cuando tenemos una vela encendida y colocamos un extremo de un metal en la llama este se calienta y comienza a transferir la temperatura alta hasta el otro extremo que se encuentra frio hasta nivelar la temperatura del otro extremo.

Si tenemos una sartén en la estufa y la ponemos a calentar, se genera transferencia de calor por medio del mango donde se sujeta la sartén ya que el calor que se emite se transfiere por medio del mango desde la temperatura más alta hasta la más baja

IMPORTANCIA DE LA CONDUCCIÓN DE CALOR

La conducción de calor es importante ya que gracias a ella el ser humano puede realizar procesos y trabajos que garantizan la supervivencia a la cabeza de las otras especies animales, la comodidad y el dominio que ha venido ejerciendo por largo tiempo sobre el medio natural.

QUE ES EL EFECTO PELTIER

Figura 4(fuente mundo digital)

El efecto Peltier consiste en hacer pasar una corriente por un circuito compuesto de materiales diferentes cuyas uniones están a la misma temperatura, se produce el efecto inverso al Seebeck (efecto termoeléctrico). En este caso, se absorbe calor en una unión y se desprende en la otra. La parte que se enfría suele estar cerca de los 10º C aprx., mientras que la parte que absorbe calor puede alcanzar rápidamente los 80º C.Lo que lo hace aún más interesantes es el hecho de que, al invertir la polaridad de alimentación, se invierta también su funcionamiento; es decir: la superficie que antes generaba frío empieza a generar calor, y la que generaba calor empieza a generar frío.Gracias a los inmensos avances en el campo de semiconductores, hoy en día, se construyen sólidamente y en tamaño de una moneda. Los semiconductores están fabricados con Teluro y Bismuto para ser tipo P o N (buenos conductores de electricidad y malos del calor) y así facilitar el trasvase de calor del lado frío al caliente por el efecto de una corriente continua

4- Lo que vamos a realizar con este proyecto es con una celda peltier

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acondicionada por nosotros mismos con un disipador de calor un aislamiento y con un bodegaje y para 3 diferentes materiales en nuestro caso son( acero , parafina y madera) lo que queremos es ver el comportamiento de la temperatura con respecto al tiempo y también temperatura con respecto a la distancia de cada material con los materiales previamente perforados en 3 diferentes puntos con distancias entre estos de 1 centímetro (1cm) que es donde vamos a tomar la muestra de temperatura y cronometrando el tiempo durante diez minutos (10min) y cada treinta segundos (30 seg) por medio de gráficos y análisis de resultados verificar el comportamiento de cada uno de estos materiales y así también su conductividad térmica luego se procede a hallar las constantes de conductividad térmica de cada material con las formulas mencionada en el punto No….

Este proyecto se hace con el fin de primero realizar un modelo físico a dimensiones dadas por nosotros mismos y segundo analizar los resultados de las pruebas a cada material de conductividad y compararlas con los resultados teóricos ya conocidos y mencionados en la tabla (No 1) y sacar nuestras conclusiones personales de cada integrante del grupo para luego ser debatidas entre los mismos y acordar unas conclusiones comunes para todos

CONSTANTES DE CONDUCTIVIDAD TERMICA DE NUESTROS MATERIALES

TABLA No1

PROCESO DE FABRICACION DE LA CAJA TERMICA PARA ENFRIAR LOS DIFERENTES MATERIALES.

Se comienza por fabricar una caja de madera de balsa de 7x7x10 (cm) y con 3 (mm) de espesor de diámetro esta se aislada con icopor de 1cm de espesor y por la cavidad interna se forra en papel aluminio para que conserve mejor la temperatura interna de la caja como se muestra en la figura 1.

La medición de todos los cortes se realizó con un flexo metro estándar y se hizo con el fin de que quedara con simetría la caja, los puntos de medición con el fin de una mejor toma de muestras y así mejores y buenos resultado (confiables)

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Figura 5

Se utiliza un disipador de calor con ventilador de un ordenador para enfriar la celda de peltier como se muestra en la figura 2

Figura 6 (fuente propia)

Se utiliza un adaptador con las siguientes especificaciones

ModeloEl-41-060400DT

INPUT: 110V DC 60Hz

OUTPUT: 6V DC 400mA

Figura 7 Adaptador (fuente propia)

Se utiliza una celda de Peltier con referencia TECI-12706.

Figura 6 celdas de Peltier (fuente propia)

Un multímetro es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales o pasivas como resistencias, temperatura etc.

Figura 8 multímetro (fuente propia)

Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los mili volts el cual aumenta con la temperatura.

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ICOPOR

MADERA

PAPEL ALUMINIO

Ventilador

Disipador

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Figura 9 multímetro (fuente propia)

La madera está compuesta, en todas las maderas, de carbono elemental 50%, oxigeno 46%, hidrógeno 6% nitrógeno y pequeñas cantidades de componentes de las cenizas 1%.

Figura 10 madera (fuente propia)

La parafina proviene de las moléculas más pesadas C20 a C40. La parafina es un derivado del petróleo.

Figura 11 parafina (fuente propia)

Acero

Aleación de hierro con pequeñas cantidades de carbono y que adquiere con el temple gran dureza y elasticidad

Figura 12 acero (fuente propia)

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Toma de muestras elementos

Cronometro

Celda peltier

Multímetro (termocupla)

Adaptador 6v

Figura 13 elementos (fuente propia)

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A CONTINUACION ANEXOS

ANEXO 1

CELDA PELTIER CON CAJA (SISTEMAS QUE LO COMPONEN)

CONSTANTE DE CONDUCTIVIDAD DE LOS MATERIALES

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Q= m*Cp*dT NOTA: El CP es tomado por tablas

Área Transversal Tiempo (Seg)

A= b*h/2 600Q punto=Q/ Tiempo 6,125

NOTA: El tiempo está dado en 30 seg que se multiplico por 20 mediciones hechas.K= Q punto * dX/ dT *

Area

Material CP (J/gr*K) Peso (gr) Área

(m^2)Delta

Tempe Q Q punto K

Madera 0,49 66 6,125 -15 -485,1 -0,8085 0,0088Parafina 2,5 99 6,125 -14 -3465 -5,775 0,067346939

Acero 0,46 934 6,125 -13 -5585,32 -9,308866667 0,116908844

NOTA: El delta de temperatura es tomado en el punto 1, donde se restó Temperatura final - temperatura inicial.

LAS GRAFICAS RELACIONADAS A CONTINUACION SON PRODUCTO DE LAS MEDIDAS REALIZADAS POR EL LADO FRIO DE LA CELDA DE PELTIER

GRAFICAS (resultados)ANEXO 2

(TABLA CON MATRERIAL PARAFINA)

MATERIAL PARAFINAMEDICIO

N1

PUNTO2

PUNTO3

PUNTO1 20 20 182 14 20 183 10 20 184 9 20 185 9 20 186 8 20 187 8 20 188 8 20 189 7 20 18

10 7 20 1811 7 19 1812 7 19 1813 7 19 1814 7 19 1815 7 19 1816 7 19 1817 7 18 1818 7 18 1819 7 18 1820 6 18 18

7

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200

5

10

15

20

25

20

14

109 9

8 8 87 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7

6

20 20 20 20 20 20 20 20 20 2019 19 19 19 19 19

18 18 18 1818 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18

MATERIAL PARAFINA

1 PUNTO Linear (1 PUNTO) 2 PUNTOLinear (2 PUNTO) 3 PUNTO Linear (3 PUNTO)

MEDICION EN TIEMPO CADA 30 s

TEM

PERA

TURA

°C

ANEXO 3

(TABLA CON MATRERIAL MADERA)

MATERIAL MADERAMEDICION 1 PUNTO 2 PUNTO 3 PUNTO

1 22 21 182 17 21 183 14 20 184 12 19 185 10 18 186 10 18 187 9 17 188 9 17 179 8 16 17

10 8 16 1711 8 16 1712 8 15 1713 8 15 1714 8 15 1615 8 15 1616 8 14 1617 7 14 1618 7 14 1619 7 13 1620 7 18 16

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200

5

10

15

20

25

22

17

14

12

10 109 9

8 8 8 8 8 8 8 87 7 7 7

21 2120

1918 18

17 1716 16 16

15 15 15 1514 14 14

13

1818 18 18 18 18 18 1817 17 17 17 17 17

16 16 16 16 16 16 16

MATERIAL MADERA

1 PUNTO Linear (1 PUNTO) 2 PUNTOLinear (2 PUNTO) 3 PUNTO

MEDICION EN TIEMPO CADA 30 s

TEM

PERA

TURA

°C

ANEXO 4

(TABLA CON MATRERIAL ACERO)

MATERIAL ACEROMEDICION 1 PUNTO 2 PUNTO 3 PUNTO

1 20 21 202 16 21 203 9 20 204 9 20 205 8 20 206 8 20 207 7 19 208 7 19 209 7 19 20

10 7 19 2011 7 19 2012 7 19 2013 7 18 2014 7 18 2015 7 18 2016 7 18 2017 7 18 2018 7 18 2019 7 18 19

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20 7 18 19

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200

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15

20

25

20

16

9 98 8

7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7

21 2120 20 20 20

19 19 19 19 19 1918 18 18 18 18 18 18 18

20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 2019 19

MATERIAL ACERO

1 PUNTO Linear (1 PUNTO) 2 PUNTO 3 PUNTO

MEDICION EN TIEMPO CADA 30 s

TEM

PERA

TURA

°C

CONCLUCIONES

1. Se realizó la caracterización de una celda Peltier utilizando elementos de disipación adecuados. Los resultados experimentales obtenidos permiten concluir cautelosamente que la velocidad de respuesta de una celda Peltier es considerablemente alta en comparación con la velocidad de respuesta de sistemas térmicos tradicionales (resistencias calefactoras, focos incandescentes, etc.); por ello se piensa que es factible emplear este tipo de elementos como una forma alternativa en aplicaciones relacionadas con la refrigeración, sobre todo aquellas que requieren de portabilidad.

2. Realizamos 2 pruebas con la celda peltier una con el lado caliente y otra con el frio utilizamos la celda Peltier como refrigerador y no necesariamente la temperatura de la cara fría disminuye al aplicar más corriente que alimente el circuito, esto debido al efecto Joule en el cambio si ocurre con el lado caliente

3. En la fase experimental concluimos que para tener una lectura de datos se tenía que manejar una distancia de punto a punto de 1 cm ya que utilizamos 10 minutos para tomar losa datos, porque antes utilizamos una distancia de 3 cm y solo nos arrojaba

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datos de la temperatura 1 t1 por lo que se concluyó que se tenían que manejar unas distancias más cortas para la obtención de datos.

4. Respecto al análisis de resultados concluimos que no son los obtenidos con las tabla de referencia la cual obtuvimos den Wikipedia de los 3 diferentes materiales tal vez varían de acuerdo a las áreas de las 2 diferentes muestras o longitudes pero no que si notamos es que en relación con las proporciones de las muestras de tablas y las obtenidas por nuestro sistema (celda peltier) son proporcional uno de otro material lo que quiere decir que nos es congruente pero tal vez afecta las medidas como áreas, longitudes .

5. Nos gustó mucho este proyecto pues bien sabido es que salir de las monótonas clases de solo teoría y ejercicios matemáticos nos dispersa más y estos proyectos experimentales nos abren la mente a comprobar resultados como en este caso pues hemos quedado complacidos y ahora a la disposición del ingeniero Jimmy para su calificación y corrección y estamos dispuestos a cualquier objeción por su parte para mejorar en nuestro proyecto de vida con la carrera

6. También se concluyó que el acero fue el material que realizo el cambio más drástico y en mas poco tiempo comparado con la madera y la parafina pero en el primer punta ya que en el segundo punto la conductividad bajo mucho en comparación con los demás puntos de medida así que el método puede tener más variables que podríamos averiguar con lña orientación de nuestro guía el ingeniero Jimmy

CIBERGRAFIA

http://www.mundodigital.net/que-es-el-efecto-peltier/https://nergiza.com/radiacion-conduccion-y-conveccion-tres-formas-de-transferencia-de-calor/

http://www.mundodigital.net/que-es-el-efecto-peltier/

BIBLIOGRAFIA

Transferencia de calor yunus a. cengel (cuarta edición)

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