Ensayo de conductividad térmica | 3/12 | UPV

Universitat Politècnica de València - UPV

16 Mar 202208:43

Summary

TLDREste vídeo didáctico explica cómo determinar la conductividad térmica de materiales mediante un ensayo de laboratorio. Se utiliza un equipo Good WL 420, que aplica calor y enfriamiento en una probeta para medir su conductividad térmica. Se detallan los pasos, incluyendo la preparación de la probeta, el uso de termopares y el establecimiento de condiciones para medir la diferencia de temperaturas y el flujo de calor. Finalmente, se muestra cómo interpretar los datos para obtener la conductividad térmica, un factor crucial en aplicaciones de transferencia de calor.

Takeaways

🔍 El vídeo didáctico explica cómo determinar la conductividad térmica de los materiales mediante un ensayo de laboratorio.
🌡 La conductividad térmica es crucial en aplicaciones que involucran transferencia de calor, como intercambiadores y aislantes.
🔧 El ensayo de conductividad térmica se realiza utilizando un equipo de medición como el GOOD WL 420.
📏 Se emplean probetas de medida con orificios para colocar termopares, que miden la temperatura en distintos puntos.
🔩 El procedimiento incluye aplicar pasta térmica para mejorar el contacto entre la muestra y la plantilla.
⚙️ El equipo calcula la conductividad térmica (λ) a partir de la longitud de la probeta, la diferencia de temperaturas y el flujo de calor.
📊 Los resultados se observan en una gráfica que muestra la evolución de los datos de temperatura y conductividad térmica en función del tiempo.
🔋 La transferencia de calor en metales está controlada por el número de electrones excitados y su movilidad.
🛠️ En materiales no metálicos, la transferencia de calor se realiza a través de vibraciones de la red, ya que los electrones no son libres.
⏱️ Es necesario esperar a que los valores de temperatura se estabilicen para obtener los datos de conductividad térmica precisa.

Q & A

¿Qué es la conductividad térmica y por qué es importante?
-La conductividad térmica es la propiedad que determina la velocidad a la que el calor se transmite en un material sólido por conducción. Es muy importante en aplicaciones que involucran la transferencia de calor, como intercambiadores, pantallas aislantes y moldes de solidificación.
¿Cómo se determina la conductividad térmica en un ensayo de laboratorio?
-Se realiza mediante un ensayo donde se aplica calor en un extremo de una probeta y se enfría el otro extremo. Una vez alcanzado el estado estacionario, se obtiene la conductividad térmica a partir de la medida de la longitud, la diferencia de temperaturas y el flujo de calor.
¿Qué equipo se utiliza para medir la conductividad térmica en el ensayo mencionado?
-Se utiliza un equipo de medición modelo GOOD WL-420, que aplica calor en un extremo de la probeta y enfrío en el otro para medir la conductividad térmica.
¿Qué son las probetas de medida y cómo se colocan en el ensayo?
-Las probetas de medida son muestras de material que se utilizan en el ensayo. Se colocan en la plataforma del equipo de medición, asegurándose de que los orificios para los termopares estén alineados correctamente y se aplique pasta térmica para un buen contacto.
¿Qué son los termopares y cómo se utilizan en el ensayo?
-Los termopares son instrumentos que miden la temperatura. En el ensayo, se colocan en los orificios de la probeta para medir la temperatura en distintos puntos y así calcular la diferencia de temperaturas necesaria para determinar la conductividad térmica.
¿Qué es la temperatura TH y TC en el contexto del ensayo?
-TH es la temperatura del foco caliente, situada en la parte superior de la probeta, y TC es la temperatura del foco frío, en la parte inferior. La diferencia entre TH y TC se utiliza para calcular la conductividad térmica.
¿Cómo se establece un buen contacto térmico entre la probeta y el equipo de medición?
-Se aplica pasta térmica en ambas caras de la probeta para mejorar el contacto con la plantilla del equipo de medición.
¿Qué significa 'tarar' los termopares y cómo se realiza?
-'Tarar' los termopares significa calibrarlos para que midan la misma temperatura inicial. Se realiza juntándolos y asegurándose de que muestren la misma temperatura antes de colocarlos en la probeta.
¿Cuál es el objetivo de calentar una parte de la probeta y enfriar la otra en el ensayo?
-El objetivo es crear un gradiente de temperatura a lo largo de la probeta, lo que permite medir la cantidad de calor transmitido y, en consecuencia, calcular la conductividad térmica del material.
¿Cómo se determina la potencia de calentamiento y enfriamiento en el ensayo?
-La potencia de calentamiento y enfriamiento se define en porcentaje en el software de control del equipo. Estos valores varían dependiendo del material que se está midiendo y se ajustan para lograr un estado estacionario en el cual se puede medir la conductividad térmica.
¿Qué datos se esperan estabilizar antes de obtener los resultados de conductividad térmica?
-Se esperan que los valores de temperatura en el foco caliente (TH) y en el foco frío (TC), así como la diferencia de temperaturas (ΔT), se estabilicen antes de considerar los datos de conductividad térmica como válidos.

Outlines

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🔬 Determinación de la Conductividad Térmica

Este vídeo didáctico explica cómo medir la conductividad térmica de materiales mediante un ensayo de laboratorio. Se describe el proceso, el equipo necesario y el protocolo a seguir. La conductividad térmica es crucial en aplicaciones de transferencia de calor, como intercambiadores y aislantes. Se utiliza el equipo Good WL-420, que aplica calor y enfriamiento en una probeta para medir su conductividad. Se detallan los pasos para preparar la probeta de cobre, aplicar pasta térmica, colocar los termopares y configurar el software para medir la temperatura y calcular la conductividad.

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🔧 Procedimiento Experimental y Análisis de Datos

Seguidamente, se describe el procedimiento experimental para medir la conductividad térmica, incluyendo la configuración de potencias de calentamiento y enfriamiento, y la introducción de datos en el software. Se explica cómo se calcula la diferencia de temperatura entre los focos calientes y fríos, y cómo se determina la conductividad térmica (lambda) en vatios por metro. El vídeo también muestra cómo se espera a que los valores se estabilicen para obtener los datos precisos de conductividad. Finalmente, se resume el contenido del vídeo, destacando los aspectos clave del ensayo de conductividad térmica.

Mindmap

Keywords

💡Conductividad térmica

La conductividad térmica es una propiedad que mide la capacidad de un material para transmitir calor. Es fundamental en aplicaciones que involucran la transferencia de calor, como intercambiadores de calor o sistemas de aislamiento. En el vídeo, se explica cómo se determina experimentalmente a través de un ensayo de laboratorio, utilizando una probeta de cobre y un equipo de medición.

💡Ensayo de laboratorio

Un ensayo de laboratorio es un procedimiento estándarizado llevado a cabo para medir una propiedad específica de un material. En el contexto del vídeo, el ensayo se refiere a la medición de la conductividad térmica, siguiendo un protocolo que incluye el uso de una probeta y un equipo de medición específico.

💡Equipo de medición

El equipo de medición es el conjunto de instrumentos y dispositivos utilizados para realizar el ensayo de conductividad térmica. En el vídeo, se menciona el uso de un equipo GOOD WL 420, que aplica calor en un extremo de la probeta y enfríe el otro, permitiendo medir la conductividad térmica una vez alcanzado el estado estacionario.

💡Termopares

Los termopares son dispositivos utilizados para medir la temperatura en diferentes puntos de una probeta. En el vídeo, se utilizan para medir la temperatura en los orificios de la probeta de cobre, lo que permite calcular la diferencia de temperaturas necesaria para determinar la conductividad térmica.

💡Pasta térmica

La pasta térmica es un material que se utiliza para mejorar el contacto térmico entre dos superficies. En el vídeo, se aplica en las caras de la probeta para asegurar un buen contacto con la plantilla y los termopares, lo que es crucial para obtener medidas precisas de temperatura.

💡Calentamiento y enfriamiento

Durante el ensayo, se aplica calentamiento en un extremo de la probeta y enfriamiento en el otro. Esto crea un gradiente de temperatura a través de la probeta, que es esencial para medir la conductividad térmica. En el vídeo, se describe cómo se controla esta aplicación de calor y enfriamiento mediante el software de control del equipo.

💡Estado estacionario

El estado estacionario se refiere a una condición en la que las variables de un sistema, como la temperatura, no cambian con el tiempo. En el contexto del ensayo, se espera alcanzar un estado estacionario para que la conductividad térmica se pueda medir de manera precisa.

💡Diferencia de temperaturas

La diferencia de temperaturas es la cantidad por la que varía la temperatura a lo largo de la probeta, desde el foco caliente hasta el foco frío. Esta diferencia es clave para calcular la conductividad térmica, ya que indica la eficiencia con la que el calor se transmite a través del material.

💡Flujo de calor

El flujo de calor es la cantidad de energía térmica que fluye a través de un área en un periodo de tiempo. Se mide durante el ensayo y es uno de los factores que se utiliza para calcular la conductividad térmica del material.

💡Lambda (λ)

Lambda (λ) es el símbolo utilizado para representar la conductividad térmica en la fórmula de Fourier. En el vídeo, se calcula a partir de la longitud de la probeta, la diferencia de temperaturas y el flujo de calor una vez que se alcanza el estado estacionario.

Highlights

Conductividad térmica es la propiedad que determina la velocidad a la que el calor se transmite en un material sólido.

Es un factor importante en aplicaciones que involucran la transferencia de calor como intercambiadores, pantallas aislantes, moldes de solidificación.

La transferencia de calor en metales está controlada por los electrones excitados y su movilidad.

En materiales no metálicos, la transferencia de calor se realiza mediante vibraciones de la red.

Para realizar la práctica se utiliza un equipo de medición GOOD WL 420.

El equipo aplica calor en un extremo de la probeta y enfríamiento en el extremo opuesto.

La conductividad térmica se obtiene a partir de la medida de la longitud, la diferencia de temperaturas y el flujo de calor.

Se emplean termopares para medir la temperatura en distintos puntos.

La probeta de cobre tiene 30 mm de longitud y 20 milímetros de diámetro.

Se colocan termopares en orificios separados 20 milímetros para medir la temperatura.

Se aplica pasta térmica para mejorar el contacto con la plantilla.

El calentamiento se aplica en la parte superior y el enfriamiento en la parte inferior de la probeta.

El software de control muestra la temperatura del tercer termopar, la de la xara, y las de los termopares 1 y 2.

Los termopares deben estar parados antes de colocarlos en su sitio.

Se debe esperar a que los valores de temperatura se estabilicen para obtener los datos de conductividad térmica.

El equipo calculará la diferencia de temperaturas y el flujo de calor para determinar la conductividad térmica (lambda).

La conductividad térmica se mide en vatios por metro k (W/m·K).

El procedimiento experimental se realiza siguiendo un protocolo específico para obtener resultados precisos.

El vídeo didáctico explica cómo realizar el ensayo de conductividad térmica, qué equipo se emplea y qué protocolo se sigue.