CONDUCTIVIDAD TERMICA

CONDUCTIVIDAD TERMICA: MEDICION Y ESTIMACIÓN
Medición empleando geometría esférica:
Este método data del año 1860 y fue ideado por Péclet.
El dispositivo experimental, consta de dos esferas metálicas concéntricas, de espesor muy pequeño a fin de minimizar la capacidad calorífica del sistema. La esfera exterior está formada por casquetes semiesféricos que facilitan el montaje y desmontaje de lasmismas y del medio a testear. Uno de los casquetes dispone de una tapa rebatible que posibilita la finalización del llenado de material. Dentro de la esfera más pequeña se encuentra una resistencia calefactora, que puede ser de Níquel – Cromo para temperaturas superiores a los 500 ºC, o de Platino para temperaturas menores. El espacio entre las esferas aloja el material a testear, que debe serhomogéneo. Haciendo unas mediciones de temperatura a dos distancias radiales r1 y r2 con las termocuplas t1 y t2, se obtiene la conductividad térmica con:



Donde U es la tensión aplicada en bornes de la resistencia e I es la corriente que circula a través de ella. Las ventajas del método son:
• El calor aportado por la resistencia atraviesa el material en la dirección requerida (radial), sinningún tipo de pérdidas.
• La conductividad térmica a diferentes temperaturas puede ser hallada colocando varias termocuplas a diferentes distancias radiales. La mayor dificultad se tiene en llenar el espacio comprendido entre las dos esferas en forma homogénea, sobre todo cuando se requiere precisión en la densidad del material. Esto es válido para materiales “sueltos”, como por ejemplo fibras devidrio empleadas para aislaciones. En el caso de sólidos, el problema es el maquinado y el conformado por moldeo de las piezas, tanto en su forma exterior como en los alojamientos de las termocuplas. Esta circunstancia hace que el método no sea empleado en sólidos. Tampoco el método es empleado en gases y líquidos, ya que aparece otro más ventajoso como se verá. Para obtener la conductividad térmicade materiales a temperaturas muy bajas, se emplea un sistema formado por una cuba aislada llena de algún fluido frío, dentro de la cual se introducen las esferas conteniendo el material. La esfera exterior prácticamente asume la temperatura del fluido frío, por lo tanto será necesario solamente censar la temperatura en la esfera interior. El dispositivo se muestra en la Figura sig.Dispositivo para la medición de la conductividad térmica de materiales aislantes a muy bajas temperaturas.
Para muy altas temperaturas en general el método no es aconsejable ya que es muy difícil obtener una temperatura alta y uniforme en toda la esfera exterior. Esto es solucionable empleando capas de aislante, pero dicha solución trae aparejado el inconveniente de aumentar la capacidad calorífica delsistema y consecuentemente aumenta el tiempo necesario para alcanzar el estado estacionario.

Medición empleando geometría cilíndrica:
El método es similar al anterior, y fue usado por primera vez en el año 1905. Se emplean dos cilindros concéntricos, alojando el material a testear entre ellos. En el interior del cilindro de menor diámetro se coloca la resistencia calefactora, la cual está cubiertacon otro cilindro para uniformar la temperatura superficial. La medición de temperatura se efectúa sobre los cilindros exterior e interior, empleando termocuplas para ello. El método se emplea para medir conductividad en materiales tales como sólidos, aislantes, refractarios y materiales para la construcción, así como también para líquidos, gases y metales a altas temperaturas. A diferencia delmétodo anterior, en este caso se tienen pérdidas de calor por los extremos de los cilindros. Una forma de solucionar esto es construyendo cilindros tan largos como sea posible, calefaccionarlos en toda su longitud y efectuar la medición en la zona central. Si la longitud de cilindro a emplear es relativamente pequeña, se disponen termocuplas en el sentido del eje axial del cilindro, de modo de...