Introducción
Los materiales de aislamiento térmico son cruciales para minimizar la pérdida de calor y garantizar unas condiciones de temperatura estables en los sistemas técnicos. Su 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 suele caracterizarse con precisión mediante métodos estacionarios, como el de la placa caliente protegida (GHP). Estas investigaciones son relevantes no sólo en la investigación de materiales, sino también en los viajes espaciales, donde los materiales aislantes se utilizan en un vacío con fluctuaciones extremas de temperatura. Las mediciones GHP proporcionan datos valiosos para el diseño térmico y la evaluación del rendimiento, entre otras cosas.
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 efectiva de los materiales aislantes fibrosos (por ejemplo, la lana de vidrio) depende principalmente de tres mecanismos de transferencia de calor:
- Transferencia de calor a través del sólido
- Transferencia de calor por radiación
- Transferencia de calor a través de la fase gaseosa
Dependiendo de la temperatura, la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad y el gas dentro del material aislante, 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 efectiva puede variar enormemente.
Esta nota de aplicación se centra en diferentes atmósferas. La lana de vidrio estándar (NIST SRM 1450D), que tiene una 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 conocida en el aire, se probó en el GHP 456 Titan®. El dispositivo está equipado con un horno que permite diversos gases de purga, así como mediciones a presión reducida.
Experimental
El material SRM 1450D del NIST se examinó a temperaturas medias de la muestra (Tmean) entre 10 °C y 60 °C con una diferencia de temperatura (ΔT) de 20 K a través de las placas de medición. Las mediciones se realizaron bajo diferentes gases (argón, nitrógeno, helio) a diferentes presiones (aproximadamente de 0,01 mbar a 1000 mbar). Antes de cada medición con otro gas, el dispositivo (incluida la muestra) se evacuó dos veces y se purgó con el nuevo gas.
Resultados y debate
La figura 1 muestra 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 diferentes gases de purga (nitrógeno, argón y helio). Los resultados de las mediciones se resumen en la tabla 1.
Tabla 1: 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 lana de vidrio estándar (NIST SRM 1450D), determinada en diferentes gases de purga en comparación con la literatura
| Temperatura °C | (W/m-K) | |||
| Literatura [2] | N2 | Ar | He | |
| 10 | 0.0313 | 0.0312 | 0.0224 | 0.1590 |
| 20 | 0.0324 | 0.0324 | 0.0233 | 0.1631 |
| 40 | 0.0346 | 0.0345 | 0.025 | 0.1708 |
| 60 | 0.03868 | 0.0366 | 0.0267 | 0.1785 |
Dado que la lana de vidrio es un sistema de poros abiertos, el gas de purga penetra en el material y modifica así su 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 efectiva. 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 del aire y del nitrógeno es casi idéntica (véase la tabla 2). Como era de esperar, no se detectan diferencias significativas entre los valores de referencia de la lana de vidrio y las mediciones con nitrógeno. Por otra parte, el argón tiene una 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 significativamente inferior a la del nitrógeno (aproximadamente un 31% inferior), como se refleja en la medición de 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 lana de vidrio con purga de argón. Los valores medidos son aproximadamente un 28% inferiores a los obtenidos con nitrógeno.
A diferencia del argón, el helio tiene una 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 significativamente mayor que el nitrógeno. 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 efectiva de la lana de vidrio con purga de helio es aproximadamente cuatro veces mayor que con nitrógeno o aire.
Tabla 2: 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 diferentes gases a 20°C [1]
La figura 2 ilustra cómo afecta la presión a 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 de poro abierto. Muestra 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 lana de vidrio a diferentes temperaturas. La curva en S es típica de las mediciones dependientes de la presión. Muestra claramente que 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 del gas de la celda 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 efectiva, y que existe una dependencia sustancial de la presión por debajo de un cierto umbral (aproximadamente 300 mbar). Esto puede explicarse por la longitud del camino libre de las moléculas o átomos del gas.
La transferencia de calor dentro de un gas viene determinada principalmente por el número de partículas y el camino libre medio entre ellas. A presiones ligeramente inferiores, el camino libre medio aumenta, pero el número de partículas disminuye. Así, 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 permanece constante. Sin embargo, esto ya no es aplicable a presiones muy bajas [3]. A partir de un cierto punto (aquí, aproximadamente 300 mbar), no hay suficientes partículas para colisionar, y la longitud media del camino libre cae dentro del rango de diámetros de los poros. A partir de este punto, la transferencia de calor en el gas depende únicamente del número de partículas de gas. Si el número de partículas disminuye debido a una menor presión, la transferencia de calor a través del gas disminuye significativamente, al igual que 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 efectiva de todo el material.
Resumen
Debido a su estructura, 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 depende en gran medida de la presión y del gas celular. El GHP 456 Titan® es el dispositivo de medición ideal 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 efectiva en condiciones tan difíciles. Gracias a su software intuitivo y al control automático de la presión, sigue siendo fácil realizar mediciones.