El documento detalla métodos para determinar la conductividad térmica de líquidos y gases, incluyendo un experimento basado en el efecto Joule y el uso del circuito puente de Wheatstone para medir variaciones de temperatura. Se describen técnicas precisas para calcular esta propiedad a partir de la ley de Fourier y se explican consideraciones de diseño para el equipo experimental. Además, se abordan enfoques basados en la teoría cinética y otros métodos de tabulación para obtener datos sobre conductividades térmicas específicas.

1. Determinación de la conductividad térmica
para liquido y gases
Transferencia de calor
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA.
FIQ

2. Introducción
Recordemos que la
conductividad térmica es una
proporcionalidad de la ley de
Fourier la cual relaciona la
densidad del flujo de calor con
el gradiente de temperatura.

3. Conductividad térmica de liquido
Para determinar la
conductividad
térmica de un
liquido se puede
hacer por el
experimento de
calentamiento por
efecto de joule de
una resistencia
sumergido en el
mismo.
El método consiste en sumergir una
fuente de calor cuya conductividad
térmica se desea medir.
Este método desprecia la convección
y radiación.
Se utiliza un tubo donde en el centro
se encontrara un delgado hilo de
platino con un diámetro de 0,05 mm.

4. Conductividad térmica de liquido
Esta técnica se ha establecido como un método preciso
para gases, líquidos orgánicos y liquido eléctricamente
conductores.
0,3%
para
gases
0,5%
para
liquido
1% para
gases
cercano
de la RC

5. Conductividad térmica de liquido
El modelo de efecto de
joule considera una
fuente lineal de calor
infinitamente larga y
delgada
La ecuación que gobierna
esa técnica se basa en la
ecuación general de
Fourier
∆𝑇 =
𝑞
4𝜋𝐾
(−𝛾 + 𝑙𝑛
4𝛼𝑡
𝑟2
)
Desarrollando la parte logarítmica
de la ecuación 1 se obtiene lo
siguiente:
(1)
k =
𝑞
4𝜋
(
𝑑∆𝑇
𝑑(𝑙𝑛𝑡)
)−1 (2)
Es importante destacar que la conductividad térmica del
medio en el que esta inmerso es proporcional al flujo de
calor por unidad de longitud de alambre y directamente
proporcional a la pendiente de la región lineal de la curva
∆T versus ln(t)

6. Conductividad térmica de liquido
a) representa el
diagrama de
conexiones
eléctricas
b)Las partes que lo
contiene: celda de
medición, una
fuente y
nanovoltimetro.
c) Celda de
medición .

7. Conductividad térmica de liquido
¿ Y ahora?
La conductividad térmica la podemos calcular a
partir de la ecuación 2 siempre y cuando se
conozca la potencia disipada por unidad de
longitud de alambre de platino y sus variaciones
de temperatura
En este experimento q se genera por efecto
joule es decir se pasa una corriente al pasar a
través de un alabare R entonces la variaciones
de temperatura se mide indirectamente.
𝑅(𝑡) = 𝑅0(1 + 𝜎∆𝑇 𝑡 ) (3)
Se considera
que la
resistencia
de platino
depende dela
temperatura

8. Conductividad térmica de liquido
Usando la ley de ohm se obtiene
𝑉(𝑡) = 𝑅0 1 + 𝜎∆𝑇 𝑡 𝐼 (4)
Sustituyendo 4 en i se obtiene
𝑉(𝑡) = 𝐼𝑅0{1 + σ
𝑞
4𝜋𝑘
[ln(
4𝛼𝑡
𝑟2
)]} (5)
Donde q 𝑞 =
𝐼2
𝑅0
𝐿
Derivando 5 con respecto a ln(t)
𝑑∆𝑉(𝑡)
𝑑𝑙𝑛(𝑡)
= 𝑚 =
𝐼3
𝑅2
𝜎
4𝜋𝑙𝑘
(6)
Inicio
Se suministra una
corriente
Se mide el incremento de
potencia con respecto al
tiempo
Se grafica ∆V vs ln(t)
Se hace un ajuste de los
mínimos cuadrados
Y de la ecuación 6 se
obtiene k

9. Conductividad térmica de liquido
Otra manera que se puede calcular la conductividad termica es
por medio del circuito puente de wheatstone en donde se mide el
aumento de temperatura inicial o de equilibrio, el tiempo y el flujo
de calor por unidad de longitud que en este caso se disipa por el
efecto joule
Circuito puente de wheatstone

10. Conductividad térmica de liquido
Circuito de puente wheatstone

11. Conductividad térmica de liquido
En este caso los capacitores sirven como filtros de interferencias
electromagnética
𝑅 𝑎 =
𝑅2 𝑉𝑎𝑏 𝑅1 + 𝑅 𝑣 + 𝑅2 𝑅 𝑣
𝑅1 𝑉𝑇 − 𝑉𝑎𝑏(𝑅1 + 𝑅 𝑣)
𝑅 𝑎 es la resistencia del platino donde se puede determinar a partir de la
Temperatura del alambre y graficarla con ln(t) y asi encontrar la pendiente
La cual se puede utilizar para calcular k

12. Conductividad térmica de liquido
5,2 cm
Análisis termo
económico platino
y15 micrómetro
(14 cm a 17 cm)
Acero
Inoxidable
Los criterios de
diseños
Son:
Radio
De la
celda
Material
De la
celda
Longitud
de la
celda
Material de
alambre y radio
de alambre

13. Conductividad térmica de liquido
Plano e imagen de la celda.

14. Conductividad térmica de liquido
La celda consta principalmente de cuatro postes de latón con ganchos de
plata los cuales soportan a los dos alambres de platino (14 y 17 cm) de 15
μm de diámetro.
El arreglo de dos alambres es para compensar la distorsión del campo de
temperatura en los extremos del hilo caliente.
Mantener los alambres verticales y paralelos entre si, además de estar
con tensión constante para evitar una deformación al momento de
calentarse.
Adema k Se puede encontrar a partir de resistencia con la siguiente
formula donde 𝛼 es la difusidad térmica la cual se puede encontrar a
partír de
𝑘 =
𝐼3
𝛼𝑅2 𝑅𝑎2
4𝜋𝐿 𝑅 𝑎 + 𝑅2 𝑚
𝛼 =
1
𝑅 𝑎
𝑑𝑅 𝑎
𝑑𝑇

15. Conductividad térmica de gases
Conductividad térmica de los gases
Conductividad de
gases puros a
baja presión
Conductividad de
gases puros a
Alta presión
Conductividad de
de liquido puros
Esto metodo se basa en la teoría cinética de chapmang –
Enskong, diagrama de la conductividad reducida y el método
de setiel y thoods

16. Conductividad térmica de gases
Teoría cinética de chapman-Enskog
Este método se basa en parámetros específicos de gas
en este caso los parámetros de Leonard-jones:
Molaridad (g/mol)
Diámetro de colisión σ
Temperatura critica
Presión critica
Volumen critico
En la siguiente
tabla aparece los
valores tabulados

18. Conductividad térmica de gases
𝑘 = 0,08328
( 𝑇
𝑀)0,5
𝜎2Ω
 T= Temperatura
 M= Molaridad
σ= Diámetro de colisión
 Ω =integral de colisiones
La integral de colisión se puede ser calculada por tabulación en
función de la temperatura adimensional
𝑇∗
=
𝑇
𝜖
𝜅
𝜖 = Energía característica
𝜅 =Constante de bolztman

19. Conductividad térmica de gases

20. Conductividad térmica de liquido
Metodo de latini
Este método se aplica para la conductividad de liquido puro el
cual se basa en la siguiente tabla y se tabula los valores los cual
se obtuvieron experimental:
𝐾 = 𝐴
(1 − 𝑇𝑟)0,38
𝑇𝑟1/6
Donde A se obtiene a
partir de
𝐴 =
𝐴∗ 𝑇𝑏 𝛼
𝑀 𝛽 𝑇𝑐 𝛾

21. Conductividad térmica de liquido

22. Conductividad térmica de liquido y gases
Un experimento sencillo en donde se puede calcular la
conductividad térmica de liquido y gas es calculando la
temperatura en que se encuentra y posteriormente calcularlo
por las tabulaciones de choi y Oiko.
En la siguiente tabla se muestran los valores tabulados
Además por medio de este experimento se puede calcular
algunas conductividad de alimentos.

23. Conductividad térmica de liquido y gases