Introducción
Los materiales aislantes tradicionales, como el polipropileno expandido y la lana de roca, suelen presentarse en forma de paneles. Sin embargo, también se utilizan ampliamente los aislantes de insuflado y de relleno suelto para suelos y tejados.
Un ejemplo es un relleno aislante y nivelador fabricado con tallos de cáñamo bituminosos. Además de las ventajas mecánicas y de procesamiento, las propiedades termofísicas de un material también desempeñan un papel decisivo en su rendimiento. La Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica determina la eficacia con la que el calor se transmite a través del aislante o es retenido por él, lo cual es importante para la eficiencia energética y el confort en el hogar. Además, la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica indica cuánto calor puede almacenar y liberar el material a lo largo del tiempo. Por lo tanto, es esencial comprender con precisión estas propiedades para diseñar de forma óptima la estructura del suelo y cumplir de manera fiable los requisitos de la física de la construcción.
Método
Muchos sistemas de medición tienen dificultades para caracterizar las propiedades termofísicas de los materiales a granel, como la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica y la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica. Uno de los retos es la forma del material, y otro es su grado relativamente alto de heterogeneidad.
La Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de los materiales aislantes puede determinarse de forma rápida y precisa mediante el método HFM (medidor de flujo térmico). En este método, se coloca una muestra, normalmente sólida, entre placas calientes y frías, cada una de las cuales se mantiene a una temperatura específica. El flujo de calor resultante se mide mediante sensores de flujo de calor. A partir del espesor de la muestra y de unos factores de calibración determinados previamente, se calcula la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de la muestra en distintos puntos de temperatura. La figura 1 muestra un perfil de temperatura típico, que incluye la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica.
Al igual que los materiales aislantes en forma de paneles, los materiales aislantes a granel se miden en un marco con una base delgada. La base es tan delgada que su resistencia térmica puede considerarse insignificante. El marco se encuentra fuera del área de medición, de modo que no influye en la misma.
El método DSC (calorimetría diferencial de barrido) es el más utilizado para determinar la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica. Sin embargo, el tamaño de la muestra es relativamente e small, con un diámetro de aproximadamente 4 mm y un grosor de solo 1 mm en el caso de los materiales aislantes. Además, para obtener mediciones precisas se requiere un peso inicial elevado y un buen contacto entre la muestra y el crisol. Estos tres factores hacen que medir la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica de los aislantes a granel mediante el método DSC resulte poco práctico y difícil. El HFM ofrece la solución adecuada para este tipo de muestras. El HFM puede analizar un volumen e large e (por ejemplo, varios litros). Esto hace que la medición sea más representativa. Además, el método HFM es de estado estacionario. A la hora de determinar la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica, el contacto entre las placas y la muestra es menos crítico que en una medición DSC. Para la determinaciónde Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp, ambas placas se mantienen a la misma temperatura (ΔT = 0) hasta que el flujo de calor es cero. A continuación, se inicia un salto de temperatura de 10 K, por ejemplo, en ambas placas, y se deja que el sistema alcance la temperatura final hasta que el flujo de calor vuelva a ser cero. La cantidad de calor que se añade cuando cambia la temperatura puede utilizarse para medir la capacidad calorífica específica de la muestra. La figura 2 muestra el perfil de temperatura de esta medición. En este caso,«Qupper» es el flujo de calor a través del sensor de la placa superior,«Qlower» es el flujo de calor a través del sensor de la placa inferior y«Qtotal» es la suma de los flujos de calor de ambos sensores. El área bajo«Qtotal» se utiliza para calcular la capacidad calorífica específica.
Experimental
Los materiales aislantes utilizados para las mediciones de HFM suelen suministrarse en forma de paneles. Sin embargo, estos materiales también suelen estar disponibles a granel, como es el caso del material aislante a base de tallos de cáñamo bituminizados que se analiza aquí (véase la figura 3).
También se pueden determinar la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica y la capacidad calorífica específica de estos materiales. Para determinar la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica, el material a granel se coloca en un marco. Este marco se sitúa fuera del área de medición y, por lo tanto, su influencia es insignificante durante la medición.
Además, también se puede determinar la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad a partir de la geometría definida. La DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad o compactación del material influye significativamente en la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica y, en el caso de los materiales aislantes en general, siempre debe registrarse junto con los resultados para permitir la comparación. En el caso de la capacidad calorífica específica, sin embargo, un marco puede tener una influencia nada desdeñable en la medición debido a su masa, que también se calienta durante la medición por etapas. Por este motivo, el material a granel se coloca en una bolsa de plástico muy fina. La masa de la bolsa de plástico es muchas veces menor que la masa de la muestra y, por lo tanto, es insignificante. Las demás condiciones de medición se resumen en la Tabla 1.
Tabla 1: Condiciones de medición de la conductividad térmica y la capacidad calorífica específica del relleno aislante de tallos de cáñamo triturados
Resultados
Tal y como se ilustra en la figura 4, los resultados muestran la conductividad térmica y la capacidad calorífica específica de las cáscaras de cáñamo bituminizadas cuando se utilizan como material a granel. La conductividad térmica del relleno aislante de cáscaras de cáñamo bituminizadas aumenta ligeramente al subir la temperatura, lo que concuerda con el comportamiento típico de los materiales aislantes frente a la temperatura. La capacidad calorífica específica se sitúa de forma constante en el intervalo de aproximadamente 1.500 a 1.630 J/(g·K) en ambas mediciones repetidas (Prueba 1 y Prueba 2), mostrando un ligero aumento al aumentar la temperatura. Los valores determinados para estos materiales se sitúan dentro del rango típico y esperado para los materiales aislantes de relleno suelto bituminizados de origen biológico. En general, las mediciones confirman la conductividad térmica moderada típica de los aislantes de relleno suelto de fibra natural, combinada con una buena capacidad de almacenamiento térmico.
Resumen
Las presentes mediciones demuestran que el HFM 706 Lambda Medium permite determinar de forma precisa y práctica las propiedades termofísicas de materiales aislantes difíciles de medir, como las cáscaras de cáñamo bituminizadas. A diferencia del método DSC, cuyo tamaño de muestra small no es adecuado para materiales a granel no homogéneos, el HFM, con su volumen de muestra large, también permite realizar una medición representativa y reproducible de la capacidad calorífica específica. Este método de medición en estado estacionario ofrece resultados consistentes para la conductividad térmica (de 0,0547 a 0,0584 W/(m·K)) y la capacidad calorífica específica (de 1 500 a 1 630 J/(g·K)) en función de la temperatura, que concuerdan bien con los valores esperados para los materiales aislantes de origen biológico. El HFM 706 demuestra así ser una alternativa fiable a los métodos de ensayo convencionales —especialmente para materiales a granel— a la hora de determinar de forma fiable los parámetros relevantes para la física de la construcción.