Resumen de resultados

Habiendo visto el comportamiento térmico de la muestra, teniendo esta una \lambda de 2 \ W/m \cdot K, en ambas configuraciones del soporte y en cada uno de los regímenes térmicos estudiados, ahora se pasará a graficar la variación del gradiente térmico obtenido al aplicar el soporte modificado. Se mostraran, en rojo, las variaciones absolutas obtenidas en cada punto de funcionamiento y, también, las variaciones relativas (en porcentaje), en azul. Esto se hará, no solo en el caso de \lambda_{muestra} = 2 \ W/m \cdot K , sino para todas las conductividades consideradas, esto es, para \lambda= 2 \ W/m \cdot K,\lambda= 20 \ W/m \cdot K  y  \lambda= 100 \ W/m \cdot K.

A parte de los gráficos de la variación del gradiente también se graficará la variación de la temperatura media de la muestra, comprobando, así, que el sistema tiene un comportamiento más eficiente energéticamente usando el nuevo soporte.

Conductividad de la muestra de 2 W/m·K

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Gráfico de la variación del gradiente térmico obtenido con el nuevo soporte para todo el rango de funcionamiento del dispositivo calefactor

Este gráfico resume los resultados comentados en la anterior sección. Vemos, en rojo, como las mayores disminuciones del gradiente de la muestra se obtienen a bajas temperaturas de funcionamiento, llegando a valores superiores a los 16ºC. A medida que se aumenta la temperatura de funcionamiento, cada vez se obtienen menores disminuciones del gradiente, sin embargo, la variación relativa, indicativa de la efectividad del nuevo soporte, sigue aumentando. Esto se explica por la conductividad térmica de la alúmina. Este material tiene una conductividad térmica fuertemente dependiente de su temperatura, en concreto, a altas temperaturas la conductividad térmica de la alúmina disminuye considerablemente. Esta disminución hace que el tubo de alúmina se comporte como un material mucho más aislante a altas temperaturas que a bajas temperaturas, siendo más importante, en valor absoluto, el efecto del cambio de geometría del tubo a bajas temperaturas que a temperaturas más elevadas, ya que a temperaturas más elevadas la disminución de la conductividad térmica de la alúmina, por sí sola, ya disminuye de forma notable el gradiente de la muestra.


k2_T
Gráfico de la variación de la temperatura media de la muestra obtenida con el nuevo soporte para todo el rango de funcionamiento del dispositivo calefactor

Se puede apreciar que la aplicación del nuevo soporte tiene un efecto positivo para la eficiencia energética del conjunto para todos los puntos de funcionamiento estudiados, siendo mayores los beneficios a bajas temperaturas de funcionamiento. El motivo de este descenso del beneficio con la temperatura de funcionamiento es el mismo que se ha comentado en el gráfico anterior: la disminución tan considerable que sufre la conductividad de la alúmina con la temperatura hace que los beneficios del nuevo soporte tengan menos impacto a altas temperaturas.


Conductividad de la muestra de 20 W/m·K

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Gráfico de la variación del gradiente térmico obtenido con el nuevo soporte para todo el rango de funcionamiento del dispositivo calefactor

Para el caso de una muestra con conductividad térmica de 20 W/m·K se obtiene el gráfico mostrado. Se aprecia que las curvas son muy parecidas cualitativamente a las anteriores, sin embargo, la principal diferencia entre ambos gráficos está en el valor absoluto de la diferencia del gradiente obtenida en cada caso. Como se puede apreciar en la columna de la izquierda, los valores de variación máxima de gradiente se obtienen, también, a temperaturas bajas de funcionamiento, no obstante, debido a la mayor conductividad de la muestra, la mayor variación de gradiente obtenida es menor de 7ºC, frente a los 16ºC obtenidos anteriormente. Aún así, la variación porcentual tiene una curva muy parecida al caso anterior, tanto cualitativamente como cuantitativamente, indicando que la solución sigue siendo igualmente efectiva.


Gráfico de la variación de la temperatura media de la muestra obtenida con el nuevo soporte para todo el rango de funcionamiento del dispositivo calefactor
Gráfico de la variación de la temperatura media de la muestra obtenida con el nuevo soporte para todo el rango de funcionamiento del dispositivo calefactor

La curva de la variación de la temperatura media de la muestra para el caso de \lambda_{muestra}=20 \ W/ m \cdot K es prácticamente igual a la obtenida para el caso de \lambda_{muestra}=2 \ W/ m \cdot K. La principal diferencia esta en que, sobretodo a valores bajos de temperatura de funcionamiento, el aumento de la temperatura media de la muestra es sensiblemente mayor en este caso.


Conductividad de la muestra de 100 W/m·K

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Gráfico de la variación del gradiente térmico obtenido con el nuevo soporte para todo el rango de funcionamiento del dispositivo calefactor

Otra vez, se observa que las curvas tienen tendencias prácticamente iguales a las obtenidas en los gráficos anteriores. La mayor diferencia vuelve a estar en los valores de las variaciones de los gradientes térmicos de la muestra, siendo el máximo, esta vez menor a los 2 ºC. Esto, como ya se ha comentado, es debido a la conductividad de la muestra, que, en ser mayor, los gradientes térmicos son menores. Por tanto, aplicando el nuevo soporte la variación del gradiente obtenida es menos notable para altas conductividades de la muestra. No obstante, si se analiza la curva de variación porcentual se ve que es prácticamente la misma que se ha obtenido anteriormente, es decir, la efectividad del soporte nuevo queda demostrada.


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Gráfico de la variación de la temperatura media de la muestra obtenida con el nuevo soporte para todo el rango de funcionamiento del dispositivo calefactor

La variación de la temperatura media de la muestra sigue la misma tendencia. La diferencia está en que los valores son ligeramente más altos que en el caso estudiado anteriormente.

Los beneficios del nuevo soporte son más evidentes a bajas temperaturas de funcionamiento. Esto es debido a la variación de la conductividad térmica de la alúmina, que disminuye con la temperatura, es decir, a altas temperaturas la baja conductividad de la alúmina ya ejerce el efecto reductor del gradiente buscado. Aún así, con el nuevo soporte el gradiente también disminuye a altas temperaturas (hasta que se llega a la inversión térmica).


Conclusiones

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