informe de laboratorio materiales granulados

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INFORME DE LABORATORIO

CONDUCTIVIDAD TRMICA EN MATERIALES GRANULADOS

JOSE LUIS OJEDA CARVAJAL 180393

GERSON DAVID CLAVIJO ORTIZ 180351

JULIAN VERA BECERRA 180458

JHONATAN DIAZ VELANDIA 180398

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAA

FACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERA MECNICA

OCAA

2013

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INFORME DE LABORATORIO

CONDUCTIVIDAD TRMICA EN MATERIALES GRANULADOS

JOSE LUIS OJEDA CARVAJAL 180393

GERSON DAVID CLAVIJO ORTIZ 180351

JULIAN VERA BECERRA 180458

JHONATAN DIAZ VELANDIA 180398

PRESENTADO A:

GUSTAVO GUERRERO GOMEZ

INGENIERO MECANICO

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAA

FACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERA MECNICA

OCAA

2013

3

INTRODUCCIN

En el laboratorio realizado en las instalaciones de la universidad francisco de

Paula Santander Ocaa, se busca analizar la conductividad trmica de materiales

granulados como: cal, yeso, caoln y cemento en nuestro caso, para ello se realiza

dicha experiencia de laboratorio en el banco de pruebas para determinar la

conductividad trmica en materiales granulados, en el cual se utiliza el equipo

presente en la instalaciones y por consiguiente se tomaran las respectivas

temperaturas de acuerdo al tiempo que la gua de laboratorio establece.

A partir de los datos registrados inicialmente, se procedern a realizar los

respectivos clculos mediante las formulas establecidas en dicha gua que para lo

cual sern registrados, procesados y tabulados para su respectivo anlisis.

4

OBJETIVOS

Objetivo general.

Determinar la conductividad trmica en materiales granulados (cemento)

Objetivos especficos.

Trazar las curvas K Tm (conductividad trmica versus temperatura media)

para cada una de las muestras ensayadas.

Analizar la variacin de la conductividad trmica en materiales granulados

con respecto a la temperatura media.

Comparar los resultados obtenidos en los ensayos con datos similares

tabulados para cada material granulado estudiado.

5

BASE TERICA

El fenmeno de la conduccin de calor se considera como la transferencia de energa por actividad entre las partculas de una sustancia a nivel atmico y molecular. Pues se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energa cuando existe una diferencia de temperatura. La conductividad trmica k, es una propiedad de transporte y es caracterstica de cada material. Los materiales granulados como; el cemento, la arena, la cal, el yeso y la arcilla, son utilizados para fines de construccin. 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 (k) es la resistividad trmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

6

HERRAMIENTAS

Dispositivo utilizado para determinar la conductividad trmica en materiales

granulados.

Termmetro

Termocuplas

MATERIALES GRANULADOS.

Cemento.

Caoln.

Yeso.

Cal.

7

PROCEDIMIENTO

Antes de empezar la prctica conecte los caimanes a los bornes de la

resistencia elctrica y active el totalizador, Observe si el piloto que muestra

el encendido de un sistema se encuentra en estado de apagado. Si existe

uno que este encendido, oprima el interruptor para apagar ese sistema,

ahora empiece la prctica.

Preparar la muestra (si la muestra no tiene geometra regular realizar el

tamizaje, si no est seca realizar el procedimiento de secado).

Tomar el cascaron cilndrico y colocar en un extremo un tapn.

Introducir la resistencia y colocar el otro tapn.

Montar en las bases y colocar las termocuplas 1 y 2 en sus respectivas

posiciones.

Colocar en el sistema de vibracin.

Retirar el tapn y colocar el embudo.

Activar el totalizador y el sistema de vibracin para realizar la compactacin

de la muestra.

Llenar el tubo cilndrico con la muestra de prueba hasta obtener la cantidad

necesaria, operar el sistema de vibracin por espacio de 1 minuto. Cuando

haya terminado; apagar el sistema de vibracin, retirar el embudo y

proceder a colocar el tapn.

Montar en las bases y colocar las termocuplas 3 y 4 en sus respectivas

posiciones.

Conectar la resistencia elctrica y colocar la caja de proteccin externa

transparente para evitar accidentes por quemaduras.

Activar el sistema electrnico.

Activar la resistencia elctrica, y mediante el control de corriente variar

hasta obtener la corriente de la prueba. Realizar pruebas a 0.3, 0.6, 0.9 y

8

1.2 A; valores correspondientes en el indicador a 12, 24, 36 y 48 A

respectivamente, ya que este tiene una relacin 200/5 A.

Esperar la estabilizacin de las temperaturas y tomar las lecturas

correspondientes (T, V, I). Se considera la estabilizacin, cuando la

variacin de la temperatura de cada sensor es de 2 C en un intervalo de

5 minutos, luego de transcurridos 30 minutos.

Llevar el control de corriente a off y desactivar la resistencia elctrica.

Activar el sistema de ventilacin, esperar hasta que la temperatura llegue a

35 C y desactivar.

Desactivar el sistema electrnico y el totalizador.

Retirar la caja de proteccin.

Retirar las termocuplas y vaciar el cascaron cilndrico.

Limpiar el dispositivo y dejar ordenado. [1]

ANLISIS Y RESULTADOS.

Determinar las temperaturas promedio

Determinar la temperatura promedio interior (Ti).

9

Determinar la temperatura promedio exterior (Te).

Determinar la temperatura media (Tm)

Determinar la conductividad trmica (k).

(

)

( )

Radio interno del tubo

Radio de la resistencia

Longitud

[1]

TIPO DE MATERIAL: CAOLN

Tensin (10 V) Corriente (175 A)

Tiempo T1 ( ) T2 ( ) T3 ( ) T4 ( )

45 min 67.1 64.4 35.5 35.3

50 min 67.2 64.6 36.2 36.0

10

55 min 67.5 64.0 36.5 36.4

60 min 69.8 67.0 36.8 36.6


Tiempo T1 ( ) T2 ( ) T3 ( ) T4 ( )

45 min 178.1 171.1 66.2 65.4

50 min 179.4 172.3 67.0 66.1

55 min 179.2 172.1 67.4 67.0

60 min 179.4 172.3 67.8 67.4


Tiempo T1 ( ) T2 ( ) T3 ( ) T4 ( )

45 min 281.8 273.1 92.9 92.4

50 min 282.7 273.8 93.6 93.1

55 min 284.4 272.7 94.0 93.5

60 min 258.8 276.7 93.9 93.3

Prueba N1 Tensin 10V Corriente 175A


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(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )



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(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )

13







14

(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )

[2]

Material muestra de prueba:

Prueba I V Temperatura (C) Ti Te Tm K

N (amp) (volt) T1 T2 T3 T4 (C) (C) (C) (w/m-C)

1 175 10 67.9 65 36.25 36.07 66.45 36.16 51.30 0.524

2 350 20 179.02 171.95 67.1 66.97 175.48 66.78 121.13 0.0635

3 526 30 218.67 274.075 93.6 93.07 246.37 93.33 169.85 0.1017

0,524

0,0635 0,1017

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 5 10 15 20 25 30 35

K C

ON

DU

CTI

VID

AD

TER

MIC

A

V VOLTAJE

CAOLIN Series1

15

TIPO DE MATERIAL: CAOLN

Practica realizada en la cede principal





(

)

( )

0,524

0,0635 0,1017

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

K C

ON

DU

CTI

VID

AD

(W

/M-

C)

T MEDIA C

CAOLIN

16

Determinar el % de humedad

Radio interno del tubo

Radio de la resistencia

Longitud

I (Amp) V (Volt) T1 T2 T3 T4

12 17 83 89 82 86

24 28 99 106 96 100

36 42 178 195 177 177

48 61 252 277 248 250

Prueba N1 Tensin 17V




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(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )





18


(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )





19


(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )






20

(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )

[3]

TIPO DE MATERIAL: CEMENTO.


Tiempo T1 ( ) T2 ( ) T3 ( ) T4 ( )

45 min 79.3 80.2 36.4 36.6

50 min 82.8 84 37 37.3

55 min 85 86.2 37.7 38

60 min 81.5 82.6 38.3 38.5


Tiempo T1 ( ) T2 ( ) T3 ( ) T4 ( )

45 min 213.5 215.9 67.4 67.7

50 min 213.3 215.3 68.5 68.5

55 min 219.4 221.3 69.3 69.7

60 min 225.3 227.3 70.2 70.7

21


Tiempo T1 ( ) T2 ( ) T3 ( ) T4 ( )

45 min 315.6 316.6 92.4 93

50 min 316.8 317.9 92.1 92.7

55 min 327.8 328.8 92.3 93

60 min 329.8 330.8 92.9 93.7






22


(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )




23




(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )



24





(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )

25

Material muestra de prueba:cemento



1 175 10 82.175 83.25 37.35 37.6 82.71 37.47 60.09 0.03816

2 350 20 217.875 219.9 68.85 69.15 218.88 69 143.94 0.0461

3 526 30 322.5 323.525 92.42 93.1 323.01 92.76 207.885 0.0676

0,03816 0,0461

0,0676

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0 5 10 15 20 25 30 35

KC

ON

DU

CTI

VID

AD

TER

MIC

A

V VOLTAJE

CEMENTO Series1

0,03816 0,0461

0,0676

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0 50 100 150 200 250

K C

ON

DU

CTI

VID

AD

(W

/M-

C)

T MEDIA

CEMENTO

26

TIPO DE MATERIAL: YESO


Tiempo T1 ( ) T2 ( ) T3 ( ) T4 ( )

45 min 70.3 70.2 34.5 34.5

50 min 73.02 72.9 35.3 35.3

55 min 74 73.9 35.9 35.9

60 min 76.5 76.9 36.4 36.4


Tiempo T1 ( ) T2 ( ) T3 ( ) T4 ( )

45 min 199.6 199.3 67.9 67.4

50 min 202.6 202.1 68.8 68.3

55 min 201.4 200.8 69.4 68.9

60 min 200.9 200.3 69.5 69


Tiempo T1 ( ) T2 ( ) T3 ( ) T4 ( )

45 min 313.5 312 99 98.2

50 min 313 311.5 99.4 98.6

55 min 334.3 332 100.6 99.9

60 min 341.8 340.4 103.3 102.5



27





(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )

28







29

(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )





30



(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )

[2]

Material muestra de prueba: yeso



1 175 10 73.45 73.55 35.52

35.52 73.40 35.525 54.463 0.0455

2 350 20

201.125 200.62 68.9 68.4

200.875 68.65

134.762 0.0522

3 526 30 325.65

323.975

100.575 99.8

324.812

100.1875 212.5 0.0693

31

0,0455 0,0522

0,0693

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0 5 10 15 20 25 30 35

K C

ON

DU

CTI

VID

AD

TER

MIC

A

V VOLTAJE

YESO Series1

0,0455 0,0522

0,0693

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0 50 100 150 200 250

K C

ON

DU

CTI

VID

AD

(W

/M-

C)

T MEDIA

YESO

32

TIPO DE MATERIAL: CAL


Tiempo T1 ( ) T2 ( ) T3 ( ) T4 ( )

45 min 57.6 54.1 39.6 39.4

50 min 53.7 50.8 39.8 39.6

55 min 42.7 41.4 38.9 38.8

60 min 38 37.2 37 37


Tiempo T1 ( ) T2 ( ) T3 ( ) T4 ( )

45 min 162.9 149.5 83.5 82.5

50 min 161.7 148.4 84.1 83.5

55 min 163.4 150 84 83

60 min 166.9 153.4 84.5 83.6


Tiempo T1 ( ) T2 ( ) T3 ( ) T4 ( )

45 min 255.9 235.7 121.6 119.7

50 min 259.6 239.2 123.4 121.5

55 min 261.2 240.4 123.9 122.1

60 min 260.3 240 124.7 123

33







(

)

( )

34

( )( ) (

)

( )( )





35



(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )




36




(

)

( )

( )( ) (

)

( )( )

[2]

Material muestra de prueba: cal



1 175 10 48 45.875 38.825 38.7 46.93 38.76 42.85 0.2111

2 350 20 168.725 150.325 84.025 83.15 157.025 83.58 120.306 0.0940

3 526 30 259.25 238.825 123.4 121.575 249.0375 122.4875 185.7625 0.1230

37

0,2111

0,094

0,123

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 5 10 15 20 25 30 35

K C

ON

DU

CTI

VID

A T

ERM

ICA

V VOLTAJE

CAL

K conductividad (w/m-C)

0,2111

0,094

0,123

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

K C

ON

DU

CTI

VID

AD

(W

/M-

C)

T MEDIA

CAL

38

CONCLUSIONES

Realizando un anlisis por separado a los materiales, se logra observar que para

el cemento, a medida que aumenta el voltaje, ocurre un aumento de la

temperatura interior y exterior, por consiguiente, la temperatura media tambin

aumentara.En la conductividad trmica ocurre lo mismo, es decir, la conductividad

trmica aumenta a medida que se incrementa el voltaje.

Cuando se agrega potencia se logra observar cambios significativos en las

temperaturas.

As como le ocurre al cemento en nuestro caso, colocando en punto de

comparacin con otros materiales granulados como el yeso, cal o caoln a medida

que aumenta la tensin, aumentan las temperaturas interior y exterior,

aumentando por lo tanto la temperatura promedio.

Hecha la prueba y aplicando los valores obtenidos a las frmulas de conductividad

trmica, se nota claramente que los materiales granulados (cemento, cal, yeso y

caoln) son malos conductores trmicos.

Dichos materiales granulados por tener baja conductividad trmica se pueden

clasificar como materiales aislantes.

En la grfica (K - T media) para el cemento y el yeso se observa que a medida que

aumenta la temperatura media crece la conductividad trmica.

Teniendo en cuenta las condiciones en que se realicen los ensayos y factores que

afecten las propiedades del material como la humedad relativa, el tamao del

grano y/o la compactacin de la muestra, se refleja que debido a esto la

conductividad trmica puede variar.

39

BIBLIOGRAFA.

1. http://bibliotecadigital.ufpso.edu.co/.

2. Prueba hecha por otro grupo en semestres anteriores.

3. Prueba hecha en la cede principal.

41

EVIDENCIAS DE LA EXPERIENCIA REALIZADA

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 50 100 150 200 250

K C

ON

DU

CTI

VID

AD

(W

/M-

C)

T MEDIA

K conductividad (w/m-C)

temperatura

informe de laboratorio materiales granulados

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