INTRODUCCIÓN

 

 AGARES

Agar es el nombre de los geles cuyas propiedades térmicas son de interés determinar en el presente trabajo. Son derivados de ciertas especies de algas marinas y tienen la función de proporcionarles una estructura mecánica fuerte y flexible adecuada a las condiciones donde viven, siendo uno de los más importantes el oleaje.

La propiedad de gelación o endurecimiento bajo ciertas condiciones es la clave para su explotación industrial. Son ampliamente usados principalmente en la industria alimenticia. Existen investigaciones actualmente con el objetivo de orientar su aplicación en otros campos.

Estos materiales tienen una función en la estructura de las algas marinas similar a la celulosa en las plantas terrestres. Mientras que las plantas terrestres requieren de una estructura rígida capaz de soportar la constante fuerza de la gravedad, las plantas marinas requieren de una estructura flexible que les permita acomodarse a las fuerzas variables que producen las olas.

Por esta razón han tenido que adaptarse mediante la producción de sustancias hidrofílicas, o que se mezclan con el agua, y gelatinosas para poder proporcionarles flexibilidad mecánica

 

SISTEMAS DE DETECCION PARA LA TECNICA IPPE

          Equipo requerido para la técnica PPE:

  Amplificador DSP marca Stanford Research Systems, modelo SR830.

  Controlador de modulador óptico marca Stanford Research Systems, modelo SR540, y modulador marca Maxon modelo N05, ambos en la modulación de la luz láser.

  1 computadora, procesador Pentium 75 MHz en la adquisición de datos y control de la temperatura.

  Fuente de poder programable, 1kV, marca Sorensen, modelo DCS 540-25E

  Un multímetro Keithtley modelo 2010 para la adquisición de datos de temperatura.

  Circuito inversor (fuente bipolar)

Se utilizó una solución de agar (Gelidium) en una concentración de 1.5% para todos los experimentos. Una vez que se preparó la solución, a casi 100 º C, esta concentración, gelificó aproximadamente a 36º C. El experimento fue realizado a partir de que el agar está endurecido iniciando a una temperatura de 42 grados centígrados, realizando barridos a temperatura fija y variando la frecuencia de modulación de la luz de 0.1 a 0.5 Hz. Posteriormente se bajó la temperatura 1 grado y se tomaron de nuevo mediciones. Así sucesivamente hasta alcanzar los 25 grados de temperatura.

La solución fue colocada directamente sobre el sensor con un grosor aproximado de 0.5 cm. Este grosor de la muestra se eligió por el hecho de que se utilizó la configuración inversa en el régimen de sensor térmicamente fino y muestra térmicamente gruesa, así que como inicialmente, no se conoció el valor de la difusividad térmica de la muestra, y por tanto, no se pudo establecer que el grosor térmico sea más grande que el grosor físico, optamos por un grosor considerable que nos permitiera asegurar esta condición experimental.

El rango de frecuencia de barrido para considerar el sensor térmicamente fino, fue obtenido de la manera siguiente, partiendo de la longitud de difusión térmica, esta dada por

 

despejando f se tiene que la frecuencia crítica o de corte

 

 esta es,  la frecuencia para que el grosor físico del sensor y su longitud de difusión térmica sean iguales.

La difusividad térmica (α) del PVDF es 0.060 x 10-6  m2 s-1. La longitud de la película (lp) de PVDF es 110 μm, sustituyendo los valores se obtiene una frecuencia de corte de 1.57 Hz. Esto quiere decir que por debajo de esa frecuencia, el sensor puede ser considerado térmicamente fino (a más  baja frecuencia, la longitud de difusión térmica se incrementa) así que el rango de frecuencias que se utilizó fue de 0.1 Hz a 0.5 Hz.

Ya que la ecuación de efusividad del Agar en función de las amplitudes y de la efusividad del agua,

depende proporcionalmente de otros parámetros como la intensidad de la luz láser justo en superficie del sensor y las características eléctricas (impedancia de entrada) del dispositivo de medición, en este caso el lock in, es difícil obtener mediante un ajuste  de la curva experimental a la curva teórica, el valor de efusividad. Entonces, se toma una curva de calibración, o una curva para otra sustancia que se  conozca sus valores de efusividad con la temperatura. La sustancia que se empleó para obtener la curva de calibración es el agua, y una vez obtenida esta, dividimos la curva obtenida para el agua con la curva de calibración del gel con el fin de que las dependencias con los parámetros desconocidos desaparezcan, obteniendo un valor aproximadamente fijo y que corresponde en la teoría, a la simple división de la efusividad de la muestra con la efusividad del agua.

 

RESULTADOS

Técnica  IPPE

En la Figura  se puede ver la señal de temperatura en función del tiempo, de esta manera podemos ver la eficiencia del sistema de control.

Barridos de temperatura en función del tiempo

Amplitud de la señal PPE en función del tiempo. Aquí también se puede apreciar el barrido de frecuencias para cada temperatura.

Amplitud de la señal PPE para las temperaturas estudiadas.

Efusividad del agua en función de la temperatura

La grafica siguiente muestra la efusividad en función de la temperatura para el agar,  partir de la Ecuación (2.6), la efusividad del agua y los datos de amplitud de la señal PPE.

Efusividad del agar en función de la temperatura. El punto en donde se lleva a cabo la transición de fase que es alrededor de 36.4°C.

Los resultados de la efusividad en función de la temperatura se muestran en la Tabla que se presenta a continuación. En esta podemos ver que conforme va aumentando la temperatura, la efusividad va aumentando, pero aproximadamente a los 36.4° C, la efusividad vuelve a descender, en este punto se lleva a cabo la transición de fase, es decir pasa de estado líquido a estado sólido

Temperatura ( °C )

Efusividad ( w s ½ / m 2 k)

40.02608

0.16348

39.08349

0.16445

38.21653

0.6822

37.31264

0.1683

36.40848

0.16978

35.5015

0.6862

34.60018

0.1682

33.70304

0.16842

32.81511

0.1678

31.93478

0.16754

31.06943

0.16709

30.21779

0.16634

29.64091

0.16671

 

 

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