Resumen

Se han utilizado varios métodos para determinar la conductividad térmica y la difusividad térmica. Entre ellos, el Método del Hilo Caliente es ampliamente utilizado por ser un método de transferencia de calor transitoria que permite la determinación de estas propiedades de forma simultánea y rápida. En este trabajo se utiliza una sonda metálica de dimensiones reducidas para obtener estas propiedades en muestras de Policloruro de Vinilo (PVC) y Poliamida mediante el Método del Hilo Caliente. Este método consiste en hacer pasar una corriente a través de un hilo de resistencia para generar calor, lo que aumenta la temperatura de una sonda insertada en una muestra. A partir de la disipación de calor es posible calcular la conductividad térmica. Para determinar la difusividad térmica, se utilizan técnicas de optimización para minimizar una función de error, definida por el cuadrado de la diferencia entre las temperaturas experimental y numérica. La temperatura numérica se obtiene mediante la solución de una ecuación de difusión unidimensional en coordenadas cilíndricas, utilizando el Método de Diferencias Finitas con formulación explícita. La ventaja de este estudio es la utilización de una sonda de pequeñas dimensiones que permite el uso de muestras con dimensiones reducidas. Además, presenta un nuevo dispositivo para fijar los componentes en la sonda. Las propiedades estimadas concuerdan con la literatura.

INTRODUCCIÓN

El desarrollo de nuevos materiales ha sido un área de intensa investigación y ha recibido una demanda tecnológica cada vez mayor. Un ejemplo es el uso de estos materiales en aplicaciones de aislamiento térmico, donde existe la necesidad de minimizar la transferencia de calor entre dos sistemas físicos o donde es necesario lograr la máxima eficiencia de transferencia de calor. Por ello, se decidió analizar el cloruro de polivinilo (PVC) y la poliamida, debido a su bajo coste, facilidad de adquisición en el mercado, su amplia aplicación en entornos industriales y su utilización en procesos de aislamiento, especialmente el PVC. Además, estos materiales presentan una buena maquinabilidad, lo que facilita la realización del orificio donde posteriormente se insertará la sonda. Sin embargo, para utilizar estos materiales en procesos, es necesario determinar su conductividad térmica (k) y su difusividad térmica (α). Actualmente existen numerosos métodos para determinar estas propiedades, destacan los tres principales métodos utilizados. El método Flash desarrollado por Parker et al.[1] se utiliza para determinar la difusividad térmica. Varios estudios han utilizado este método, como Eriksson et al.[2] y Santos et al.[3]. 

El método de la placa caliente protegida[4], ampliamente utilizado para determinar la conductividad térmica (k) de los materiales aislantes, es considerado por numerosos investigadores como Wulf et al.[5] y Lima et al.[6], entre otros, como el método más preciso y fiable. El método del hilo caliente es un método descrito por primera vez por Schieirmacher[7]. Su primera aplicación práctica fue comunicada por Van der Held y Van Drunen[8] para determinar la conductividad térmica de los líquidos. Blackwell[9], utilizando una variación de este método, desarrolló un modelo matemático para determinar k y α de rocas en el campo. Esta variación del método del hilo caliente puede realizarse insertando una sonda cilíndrica en el centro axial de la muestra a medir. La sonda tiene que disipar calor por el efecto Joule y medir la temperatura en el interior de la muestra. Así, k se determina mediante la cantidad de calor generada por la fuente de calor en el material.

• Materias:Eficiencia térmica Conductividad Efecto térmico Propiedades térmicas
• Subjects:Thermal efficiency Conductivity Thermal effect Thermal properties
• Palabras claves:Conductividad Térmica; Difusividad Térmica; Estimación Simultánea; Conducción de Calor; Optimización
• Keywords:Thermal Conductivity; Thermal Diffusivity; Simultaneous Estimation; Heat Conduction; Optimization