Metodos Para Determinar La Conductividad Termica

METODOS EXPERIMENTALES EMPLEADOS PARA DETERMINAR LA CONDUCTIVIDAD TERMICA DE LOS MATERIALES

En el siguiente escrito se explicaran tres métodos experimentales para determinar la conductividad térmica de los materiales, que tiene como finalidad entender, comprender, aprender el desarrollo y funcionamiento de dichos métodos. De acuerdo a la información obtenida se explicaran solamente tres métodos, uno para líquidos otro para alimentos y el ultimo para los sólidos; se escogieron los más representativos y más actuales, se creen que pueden ser de mucha utilidad a la comunidad estudiantil, ya que dos de los métodos (el de líquidos y el de sólidos) fueron desarrollados dentro de universidades dentro de sus centros de investigación.

Cada ejemplo incluye su o sus ecuaciones que son necesarias para desarrollar cada método así como su esquema para tener un conocimiento y una visión más amplia del tema. A continuación se presenta la información obtenida.

Sistema automatizado para la medición de la conductividad térmica de los líquidos mediante el método del alambre caliente

Este método presenta el montaje y puesta a punto de un sistema experimental automatizado basado en la técnica del alambre caliente, para medir la conductividad térmica de los líquidos, empleando equipos de alta precisión (fuente de corriente y medidor de voltaje) que permiten prescindir de un arreglo de resistencias conocido como puente de Wheatstone, comúnmente implementado en instrumentos de este tipo. También se utiliza un criterio para verificar que de trabaja sobre la región lineal adecuada de la curva T versus ln (t), que es la utilizada para el procesamiento de los datos experimentales. Finalmente se valida el funcionamiento del montaje experimental mediante mediciones de conductividad térmica en líquidos de propiedades térmicas bien conocidas.

La técnica del alambre caliente es parte de un grupo de métodos que emplean un flujo transitorio de calor para determinar para determinar la conductividad térmica. En particular se considera un buen método para determinar la conductividad térmica de materiales que pueden acomodarse alrededor de un alambre delgado, lo que la hace ideal para medir ese parámetro en líquidos. Otra ventaja es que se pueden despreciar los efectos de transferencia de calor por convección, ya que cuando esta existe se aprecian desviaciones en la linealidad de la grafica de T versus ln(t).por otra parte, el mismo alambre funciona como fuente de calor y sensor de temperatura en las mediciones.

El modelo matemático desarrollado para el método del alambre caliente, considera una fuente lineal de calor, infinitamente larga y delgada, con una distribución de temperatura uniforme, que disipa un flujo de calor por unidad de longitud en un medio homogéneo e infinito. La suposición general es que la transferencia de calor hacia el medio es solamente por conducción y por lo tanto se incrementan en el tiempo la temperatura de la fuente de la fuente y la del medio de prueba. La ecuación que gobierna esta técnica se deriva de la ecuación general de difusión de calor de Fourier Y está dada por

T=q/4k y + ln 4t/r^2 (Ec. 1)

Donde q es la potencia disipada por unidad de longitud del alambre, k es la conductividad térmica del medio, y es la constante de Euler, es la difusividad térmica, t es el tiempo de medición y r es el radio del alambre utilizado.

Por lo tanto después de desarrollar la parte logarítmica de la Ec. (1), derivarla con respecto a ln(t) y despejar la conductividad térmica (k) se obtiene:

K=q/4k y + ln 4t/r^2 (Ec. 2)

En la Fig. 1(c) se muestra el sistema de medición propuesto. La parte (a) representa el diagrama de conexiones eléctricas mientras que en la (b) aparece una fotografía del equipo con las partes que lo constituyen. Este está conformado por una celda de medición, una fuente de corriente, un nanovoltimetro, y una computadora que comunica y controla la fuente y el nanovoltimetro a través de una interface y de un software hecho en el ambiente de programación LabView, el cual permite también llevar a cabo la adquisición, almacenamiento y procesamiento de los datos obtenidos. Los parámetros controlados a través del software son: el voltaje y la corriente que suministra la fuente, la cantidad de mediciones y la velocidad con que las realiza el nanovoltimetro, así como el nombre asignado al archivo de datos para su almacenamiento. Básicamente esta técnica consiste en sumergir el alambre de platino en un volumen de 162 ml. Luego la información obtenida va al centro de información dentro de la computadora y a partir de la Ecuación (2), conociendo la potencia disipada por unidad de longitud del alambre del platino (q), y sus variaciones de temperatura con respecto al logaritmo natural del tiempo de medición.

Método de la placa caliente aislada

El método de la placa caliente aislada, entre los varios los varios métodos en estado estable, tiene una amplia utilidad para la medición de la conductividad térmica de los alimentos. Este método es más apropiado para especímenes secos homogéneos en forma de tabletas. En la Fig. 2 se presenta un esquema del aparato. En este método la fuente de calor, la muestra y el calor sumergido son puestos en contacto uno con otro y con una placa aislada calentada eléctricamente. Las placas térmicas aisladas son mantenidas a la misma temperatura de las superficies adyacentes, ya que realmente no ocurre filtración de calor de las fuentes, muestra o límites

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