Diseño y elaboración de un equipo para la medición de conductividad térmica en condiciones inestables de la madera

Abstract

Comprende el diseño y elaboración de un equipo para medir la conductividad térmica en condiciones inestables de la madera. El término “condiciones inestables” se refiere a procesos de conducción de calor en los que la temperatura varía en el tiempo así como en el espacio. El equipo está formado básicamente por un sistema eléctrico para calentar la plancha metálica proveedora de calor, un sistema de termocuplas cobre-constantán, cuya función es la de medir la temperatura de la superficie de la madera opuesta a la fuente de calor, y un programa computarizado que recepciona, analiza y almacena la información, para este fin se utilizó el software LabView 7. Este programa es el encargado de activar/desactivar a las resistencias eléctricas proveedoras de calor, mantener constante la temperatura de la plancha caliente a 40 ºC, adquirir y analizar la información proveniente de la termocupla, graficar la evolución de la temperatura de la parte inferior de la madera y almacenar esta información en un hoja de cálculo. Para la determinación de la conductividad térmica se estableció previamente la condición inicial y las condiciones de frontera que rigen el presente trabajo; se desarrolló la ecuación general de transferencia de calor, lográndose mostrar gráficamente el historial de la temperatura de la cara inferior de la muestra. Asimismo, se necesitó cuantificar el coeficiente de convección, la difusividad térmica y el calor específico de las muestras como pasos previos. Para fines de calibración del equipo se utilizaron muestras de Cachimbo (Cariniana domestica) y de Ishpingo (Amburana cearensis). Las probetas tuvieron sección cuadrada de 30 cm. x 30 cm. y espesor variable (1,0, 2,0 y 3,0 cm). Luego de ser evaluadas, las probetas fueron recortadas a 20 cm de lado para una posterior medida. Todas estas probetas estuvieron secas al aire y tuvieron una orientación tangencial con respecto al eje longitudinal del árbol. Se determinó el valor de la conductividad térmica por dos métodos, uno llamado directo y el otro denominado dinámico. El primero viene a ser el producto de la densidad de las muestras, el calor específico y el coeficiente de difusividad térmica; obteniéndose valores de 0,18 y 0,14 W/m.K. para las muestras de cachimbo e ishpingo respectivamente. Para ambas especies, los valores obtenidos por el método dinámico que coinciden con los hallados directamente son las que corresponden a las muestras de 3,0 cm de espesor, siendo las muestras de 20 cm de sección las que igualan en valor a la conductividad térmica directa. Resolviéndose finalmente que las dimensiones idóneas de las muestras para fines del experimento son 20 cm x 20 cm x 3 cm