Propiedades fototermicas en materiales compuestos a base de cemento

Abstract

Mediante la aplicación del sistema analizador de propiedades térmicas Hot Disk se obtuvieron los valores experimentales de la conductividad y difusividad térmica y por análisis numérico utilizando COMSOL Multiphysics se calcularon los valores de dichas propiedades haciendo una comparación de resultados. Asimismo, se aplicó el modelo de Maxwell-Rayleigh al sistema de muestras estudiadas y se determinó su rango de validez con la fracción de volumen de acuerdo a los resultados experimentales y numéricos. Se elaboraron muestras de compositos de concreto con agregados de esferas de poliestireno en una red periódica cúbica simple con fracciones de volumen desde un valor de 0.012 a 0.2, de acuerdo a la norma NMX-C-061-ONNCCE / ASTM C-31/ASTM C-192. Aplicando el sistema analizador de propiedades térmicas Hot Disk se obtuvieron los valores experimentales de la conductividad (k) y difusividad térmica () en las muestras de compositos de concreto en función de la fracción de volumen () de los agregados de esferas de poliestireno. Se obtuvo el comportamiento teórico de k y  con  utilizando el modelo de Maxwell-Rayleigh con resultados similares a los obtenidos en forma experimental pero con errores porcentuales (e%) en su comparación que van del 2 al 12% para k y del 0.2 al 3% para . Debido a las significativas desviaciones del modelo de Maxwell-Rayleigh a los resultados experimentales para altos valores de  se realizó la simulación numérica mediante COMSOL Multiphysics para demostrar su utilidad predictiva, sobre todo en el rango de  donde el modelo de Maxwell-Rayleigh deja de ser confiable. Para proponer un valor umbral o del rango de validez para  se realizó la comparación de los resultados teóricos con los numéricos, realizando el análisis para valores de  hasta de 0.5. Por último, se llevaron a cabo análisis numéricos y teóricos con el modelo de Maxwell-Rayleigh para compositos de concreto con agregados de esferas de poliestireno dispuestas en una red periódica cubica centrada en el cuerpo.

ABSTRACT The thermal conductivity and thermal diffusivity values were obtained by applying the Hot Disk thermal properties system and by a numerical analysis using COMSOL Multiphysics, the values of these properties were calculated by making a comparison of the results. Also, the Maxwell-Rayleigh model was applied to the sample system studied and its validity range was determined with the volume fraction according to the experimental and numerical results. Samples of concrete composites with aggregates of polystyrene spheres in a symmetrical cubic periodic network were made from 0.012 to 0.2, according to the standard NMX-C-061-ONNCCE / ASTM C-31 / ASTM C- 192. By applying the Hot Disk thermal properties analyzer system, the experimental values of conductivity (k) and thermal diffusivity () were obtained in samples of concrete composites as a function of the volume fraction () of the polystyrene spheres aggregates. The theoretical behavior of k and  as a function of  were obtained by using the Maxwell-Rayleigh model with results similar to those obtained experimentally but with percentage errors (e%) in their comparison that go from 2 to 12% for k and from 0.2 to 3% for . Due to the significant deviations of the Maxwell-Rayleigh model from the experimental results for high values of , the numerical simulation using COMSOL Multiphysics was used to demonstrate its predictive utility, especially in the range of  where the Maxwell-Rayleigh model is no longer reliable. In order to propose a threshold valueo of the validity range for  the theoretical and numerical results were compared, performing the analysis for values of  up to 0.5. Finally, numerical and theoretical analyzes were carried out with the Maxwell-Rayleigh model for concrete composites with aggregates of polystyrene spheres arranged in a cubic periodic network centered in the body.