Desarrollo y Caracterización de un Dispositivo para Determinar la Conductividad Térmica de los Materiales Homogéneos de Construcción

Abstract

En este trabajo, se presenta el desarrollo y caracterización de un dispositivo experimental para determinar la Conductividad Térmica de Materiales Homogéneos de Construcción (CTMHC) considerando modelación en CFD y requerimientos normativos. Para determinar la conductividad térmica se diseñó, construyó e instrumentó un aparato de Placa Caliente con Guarda (APCG). El método de placa caliente con guarda es un método primario en estado estacionario. El APCG consta de una unidad de calentamiento, dos especímenes de muestra y dos unidades de enfriamiento. Las muestras utilizadas en el estudio fueron poliestireno extruido (Foamular), lana mineral y poliestireno expandido (Unicel). El comportamiento de las temperaturas en los materiales de muestras entre la placa fría (TPF) y la placa caliente (TPC) se midieron con la finalidad de determinar la conductividad térmica en tres valores de temperatura media de operación de las muestras (pruebas a 25°C, 45°C y 65°C). El diseño de las placas del APCG se realizó mediante un código computacional desarrollado en MATLAB, de carácter CFD, para establecer la geometría y la distancia de la distribución de la resistencia eléctrica en la placa caliente. Como resultado del diseño se obtuvieron temperaturas homogéneas con una distancia entre resistencia de 6 mm, espesor de la placa caliente de 10 mm, y radios de las placas de 200 mm. Se realizaron nueve pruebas de conductividad térmica con valores en el intervalo de 0,0253 a 0,0455 W/m°C. Simultáneamente, se realizó un análisis de incertidumbre para determinar la variable que afecta más en la medición, dando como resultado una incertidumbre de ± 2,19 % respecto al material termo aislante Foamular® como material de referencia. Por otro lado, se realizó un análisis de sensibilidad y se encontró que la variable de mayor afectación en las mediciones es el voltaje que es suministrado a la placa caliente. Como pudo observarse, la variación de temperatura de prueba tuvo un efecto sobre la conductividad térmica obtenida, así como, en los valores de la incertidumbre. Respecto a la variación de la temperatura de prueba, la conductividad térmica en general vario de 24,71 − 30,55 %, siendo el poliestireno expandido (Unicel) el que presento el menor porcentaje de variación.