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¿CON QUÉ DISPOSITIVO O PROCEDIMIENTO SE

PUEDE DETERMINAR LA CONDUCTIVIDAD
TÉRMICA DE UN MATERIAL?
Luis Nùñez1

1Licenciatura en Ingeniería Electromecánica – Centro Regional de Azuero– Universidad Tecnológica de Panamá

Resumen- Este documento proporciona métodos implementados para determinar la conductividad térmica k de materiales.
Palabras claves- conductividad térmica, método, transferencia de calor.
Abstract– This document provides methods implemented to determine the thermal conductivity k of materials.
Keywords– Thermal conductivity, method, heat transfer.

barras concéntricas de referencia en contacto con la muestra, la

1. Introducción parte inferior se encuentra en contacto con una fuente caliente y la
superior con una fuente fría a temperatura constante. La
El conocer los valores de las propiedades termo físicas es conductividad térmica del material se determina a partir de los
importante en todos los procesos donde ocurre intercambio de valores de temperatura en las distintas barras, la posición de los
energía, en particular calor. termopares y el valor de conductividad del material de referencia.
[1]

2. Conductibilidad Térmica(k)
3.2. Aparato de Placa Caliente con Guarda (APCG).
La conductividad térmica de un material es una medida de
Para medir la conductividad térmica de materiales aislantes se
su capacidad de transferir energía térmica (calor), al imponerle un
puede usar un Aparato de Placa Caliente con Guarda (APCG). El
gradiente de temperatura. Los valores experimentales de esta
principio de operación de un APCG se basa sobre la técnica de
propiedad termo física de transporte se usan en el diseño y
transferencia de calor por conducción en estado permanente entre
simulación de cargas térmicas en edificios, en la operación de
dos placas frías y una placa caliente central que tiene una guarda
plantas y sistemas que utilizan energía, en la optimización o mejora
del diseño de diversos componentes en las plantas de procesos
industriales, en particular de equipos que involucran transferencia 3.2.1. Principio de Operación
de calor por conducción.[2]
Es un aparato primario que utiliza la técnica de transferencia de
calor por conducción en estado permanente y permite determinar la
3. Métodos conductividad térmica mediante la Ecuación (1):

3.1. El Método De Las Barras Concéntricas Cortadas 𝑞𝑙

El método consiste en medir la conductividad térmica de una 𝜆= (1)
ሺ𝐴Δ𝑇ሻ
muestra de material de referencia por una técnica de estado
permanente. El sistema emplea un método secundario de medición. donde q es la rapidez del flujo de calor a través de la muestra en W,
El método secundario se desarrolló para barras concéntricas y λ es la conductividad térmica de la muestra en W/m K, ∆ T es la
consiste en un protocolo de medición, caracterizaciones y estudios diferencia de temperatura a través de la muestra en K o C, l es el
que permiten evaluar la incertidumbre en términos de unidades del espesor de la muestra en m y A es el área de la sección transversal
Sistema Internacional. El método de barras es una disposición de en m2.
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3.3.1. Principio de Medición

Cualquiera que sea el método de medición de conductividad que

normalmente se usa para la medición de conductividad térmica,
esto es el método de placa caliente aislada o el método de medidor
de flujo de calor, el principio de medición se basa en la llamada
Ley de Fourier de conducción. Para un material isotrópico esta ley
se escribe a continuación: En coordenadas cartesianas, el
componente x de esta ecuación es:

𝑞̇ = −𝑘∇𝑡
Fig. 1 Aparato para medir la conductibilidad térmica de materiales
sólidos aislantes. y si el flujo de calor es unidimensional:

3.2.2. Procedimiento para Realizar las Mediciones

𝜕𝑡
El procedimiento para realizar las mediciones se puede resumir 𝑞̇ = −𝑘
𝜕𝑥
en las siguientes etapas:
1. Selección de la muestra,
2. Preparación de la muestra e instalación en el aparato, Esto establece que en estado estable el grado de conducción
de calor q es proporcional a la sección transversal A(x)
3. Establecer el estado permanente térmico,
normal a la dirección de flujo y al gradiente de temperatura
4. Adquisición de datos, y
∂t/∂x a lo largo de la trayectoria de conducción.
5. Análisis de resultados.
∂t
Los resultados con este método presentan una incertidumbre del 2% 𝑞 = 𝑞̇ 𝐴ሺ𝑥ሻ = −𝑘𝐴ሺ𝑥ሻ
para los materiales aislantes; y del 10% para los materiales no ∂x
aislantes o que exceden los límites de operación definidos en el
patrón nacional.[2]
La constante de proporcionalidad k es llamada la conductividad
térmica “verdadera” del material. Como es poco práctico medir
dt/dx, el gradiente de temperatura en un punto dentro del espécimen,
3.3. Aparato de Placas Calientes Aisladas. la definición operacional de la conductividad térmica es k=q/(∆T/L)
El aparato de placa caliente aislada es el instrumento de medición donde L es el espesor del espécimen.
primario para las mediciones de conductividad térmica de aislantes 3.3.2. Diseño Térmico
térmicos. Consta de una placa caliente que suministra el calor a las
El corazón del aparato se puede decir que es la placa caliente
muestras que se colocan a ambos lados de la placa. El calor fluye a
aislada. Esta placa consta de dos secciones: la sección de medición
través de las dos muestras por acción de la diferencia de temperatura
y la sección de la guarda. Ambas secciones se diseñan para obtener
de la placa caliente y las dos placas frías que se colocan atrás de la
la menor incertidumbre debidas a pérdidas de calor que suministra
muestra. Ver figura 2.
y que se toma en cuenta para el cálculo de la conductividad térmica.
El diseño consiste en una placa circular de material altamente
conductor de conductividad λp y espesor m, dividido en una sección
de medición y una sección de aislamiento (o guarda) y separados
por un espacio en r =b. La sección de medición es calentada
establemente por un calentador lineal circular ideal en r=a; la guarda
es calentada similarmente por una fuente lineal en r=c. Se presume
que la placa será apisonada entre dos muestras planas similares de
Figura 2. Aparato de Placas Calientes Aisladas. conductividad λs y espesor l, los cuales están en contacto con su cara
exterior con las placas planas de las placas frías que se asumen que
son isotérmicas en temperatura v=0.
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Se tiene una solución aproximada para la distribución de Método de prueba estándar para el calor en estado
temperatura en el aparato de placa caliente aislada con calentador
estacionario)
Este método de ensayo establece los criterios de la medición del
lineal circular. Esa solución es aproximada en que desprecia el flujo
flujo de calor de estado estacionario a través de muestras planas y
de calor en la placa caliente en la dirección axial, y el flujo de calor
homogéneas cuando sus superficies están en contacto con un tramo
en la muestra en la dirección radial. [2]
sólido y paralelo a temperatura constantes usando una placa
calentada. El ensayo está diseñado para este fin y se lo conoce como
aparato de placa caliente protegida y es un método absoluto, el
3.4. Calorimetría diferencial de barrido método de ensayo es comparable, pero no idéntico, al método según
la Norma ISO 8302. Los requisitos necesarios para construir y
La mayoría de las veces se utiliza para medir la resistencia de un
operar un aparato de placa caliente protegido. Cubre una amplia
polímero de transferencia de calor es calorimetría diferencial de
variedad de construcciones de aparatos, condiciones de prueba y
barrido, o DSC. La forma más común de este método se utiliza tanto
condiciones de operación. Los mismos que estarán detallados y que
para la muestra y un material de control para ser colocados en
se ajustan a este método de ensayo, no puede que se dan muy
recipientes de metal, separados sobre un disco termoeléctrico de una
claramente, pero deben desarrollarse dentro de las limitaciones de
resistencia térmica conocida. Entonces, una sustancia metálica pura
los requisitos generales. Los ejemplos de análisis, conceptos y
se coloca en la parte superior de la muestra, donde se disuelve,
procedimientos utilizados en el diseño, también se abarca los modos
controlando así la temperatura en la cámara de prueba.
de medición tanto de un solo lado como los de doble cara
Este método produce mediciones simples y rápidos, pero no tiene
permitiendo a si a los diseños de placas de calefacción de fuente
en cuenta la resistencia térmica de contacto entre la muestra y el
distribuida. La norma no pretende considerar todos los problemas
horno. Además, la conductividad de la muestra de polímero se
de seguridad, asociados con su uso, si los hay, establece las prácticas
puede medir sólo a la temperatura a la que la sustancia de metal se
de seguridad y salud, determinando la aplicabilidad de las
disuelve.
limitaciones reglamentarias antes de su uso.
DSC métodos alternativos que utilizan un tanque equipado con
El funcionamiento de la prueba se basa en la placa de calentamiento
sensores de temperatura térmica adicionales. Esto permite a los
protegida proporciona la potencia o el flujo de calor por unidad de
investigadores medir la conductividad térmica a una gama de
tiempo para la medición, definiendo el volumen real de la prueba,
temperaturas, pero requiere sensores de temperatura adicionales.[3]
es decir, que la parte de la muestra está realmente siendo medida.
La función del recipiente primario y, en su caso, del depósito

3.5. Steady-State coplanario adicional del aparato de placa caliente, es de

Técnicas para el flujo de calor "estado estacionario" incluyen un proporcionar las condiciones térmicas adecuadas dentro del
número de métodos para películas delgadas en el que un flujo de volumen de ensayo para reducir el flujo de calor lateral dentro del
calor es forzado a través de una muestra por un calentador en un aparato. Las condiciones apropiadas están idealizadas por lo que la
lado de ella y una base con una temperatura fija en el otro. La configuración de las superficies isotérmicas y las líneas de flujo de
resistencia térmica se puede calcular a partir de la diferencia de calor son constante dentro de la muestra. Este método de ensayo
temperatura y se utiliza para calcular la conductividad. En este cubre la medición del flujo de calor y las condiciones de prueba
método, se debe tener cuidado para evitar las pérdidas de calor al asociadas para los especímenes. El aparato de placa caliente
ambiente externo en lugar de fluir a través de la muestra con el fin protegida se usa generalmente para medir el flujo de calor en estado
de obtener resultados fiables. También, una vez más, la resistencia estacionario a través de materiales que tienen una conductividad
de contacto en las interfaces puede influir en la medición de la térmica baja o comúnmente designados como los aislantes térmicos.
resistencia térmica de la película y la conductividad. .[3] La exactitud de medición dependerá de la una geometría de la
muestra si de ser necesario una gran relación de área al espesor o
no.[4]
3.6 La prueba estándar para mediciones de flujo térmico
en estado estacionario y las propiedades de la transmisión
por medio de una placa caliente protegida. (ASTM C177:
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5. CONCLUSIONES Propiedades Termo físicas, División Termometría, Área

Eléctrica Centro Nacional de Metrología, España 2011.
Por lo que pude investigar he concluido que cada uno del
[2]L. Lira-Cortés, González Rodríguez, O. J., Méndez-
método que encontré para medir conductibilidad térmica está Lango, "Medición de la Conductividad Térmica de Algunos
basado en algún mecanismo de transferencia de calor o Materiales Utilizados en Edificaciones", Centro Nacional de
principio termodinámico, también se utiliza las propiedades Metrología, Santiago de Querétaro, México,2008.
que caracteriza el material para describir su comportamiento llira@cenam.mx
térmico. [3]https://docplayer.es/9825745-Capitulo-ii-metodos-de-
medicion-de-la-conductividad-termica.html

REFERENCIAS [4]Norma: ASTM C177: Método de prueba estándar para el

calor en estado estacionario. Mediciones de Flujo y
[1]Leonel Lira Cortés, “Medición de la conductividad Propiedades de Transmisión Térmica por medio del aparato
térmica de materiales sólidos conductores”, Laboratorio de de placa-caliente protegido16 CFR 460,5 (a).