Abstract:
The present project aims to design and develop a test bench for the determination of
thermal conductivity of materials, providing an accessible alternative to high-cost commercial
equipment that limits applied research and technical training in Ecuador. The working
hypothesis states that thermal conductivity can be reliably estimated using the Inverse Heat
Conduction Method through a low-cost system supported by computational tools. The
development of the project included the selection and design of the minimum required
components of the test bench, the implementation of thermal insulation, and the use of Type K
thermocouples. The thermal behavior of the system was modeled using MATLAB,
Simulink®/Simscape®, and ANSYS, considering both steady-state and transient conditions.
The results showed good agreement with theoretical values reported in the literature, with
errors below 4% for high thermal conductivity materials under steady-state conditions, as well
as an adequate convergence of thermal conductivity as a function of temperature in the transient
regime. It is concluded that the developed test bench represents a viable, reliable, and low-cost
tool for the thermal characterization of materials, contributing to experimental research and
technical capacity building.
Keywords: thermal conductivity, inverse heat conduction, numerical simulation, test bench,
heat transfer.
Description:
El presente proyecto tiene como objetivo diseñar y desarrollar un banco de pruebas para
la determinación de la conductividad térmica de materiales, una alternativa accesible frente a
equipos comerciales de alto costo, que limitan la investigación aplicada y formación técnica en
Ecuador. Se planea como hipótesis que es posible estimar la conductividad térmica de manera
confiable mediante el método de conducción de calor inversa, empleando un sistema de bajo
costo y apoyo de herramientas computacionales. El desarrollo del proyecto incluyó la selección
y diseño de los componentes mínimos del banco de pruebas, la implementación del aislamiento
térmico y termocuplas tipo K. El comportamiento térmico fue modelado en MATLAB,
Simulink®/Simscape® y en ANSYS, considerando estados estables y transitorio. Los
resultados obtenidos mostraron buena concordancia con valores teóricos reportados, con
errores menores al 4% para materiales de alta conductividad térmica en estado estable, y una
adecuada convergencia de conductividad térmica en función de temperatura en régimen
transitorio. Se concluye que el banco de pruebas desarrollado es una herramienta viable,
confiaba y de bajo costo para la caracterización térmica de materiales
