Introducción
El método del caudalímetro térmico (NETZSCH HFM 436 Lambda en la figura 1) se aplica más comúnmente a las mediciones de 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 materiales aislantes como la fibra de vidrio, la fibra mineral y las espumas poliméricas en el rango aproximado de 0,002 a 0,1 W/(m-K) y de 20 a 100 mm de espesor. Con precauciones especiales en cuanto a la preparación de la muestra, la medición de la temperatura y los ajustes del instrumento, la gama del método HFM puede ampliarse a mediciones de materiales de construcción como hormigón, mampostería y madera, así como plásticos, materiales compuestos y vidrio con 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 de hasta 2 W/(m-K) y una resistencia térmica de hasta 0,02 (m2-K)/W (véase el ejemplo de la Tabla 1).
Tabla 1: 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 del cemento mediante HFM 436/3 con kit de instrumentación (láminas de caucho y termopares de muestra)
| Muestra | Espesor de la muestra (mm) | Presión de la pila | Temp. media (°C) | Temp. Δ | DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. Densidad de la muestra (kg/m3) | térmica (m²-(K/W)) | Térmica conductividad (W/(m-K)) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (PSI) | k(PA) | placas | muestras | ||||||
| Cemento | 76.25 | 2.0 | 13.8 | 26.1 | 19.2 | 14.3 | 1959 | 0.0617 | 1.24 |
Con las mediciones HFM típicas de materiales aislantes, la diferencia de temperatura a través de la muestra (ΔT) medida por los termopares incrustados en las superficies de la placa caliente y la placa fría se puede utilizar para el cálculo 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. Aunque siempre hay una resistencia térmica small y una caída de temperatura presentes en las interfaces entre la placa y la muestra, pueden despreciarse en comparación con la resistencia térmica y ΔT de la muestra, que son mucho mayores. En el caso de materiales aislantes compresibles, se garantiza un buen contacto térmico si las placas comprimen ligeramente la muestra. En el caso de materiales más rígidos, como la espuma de plástico, estas resistencias de contacto aún pueden despreciarse siempre que las superficies de la muestra sean planas y paralelas y las placas HFM apliquen suficiente presión. Para materiales de mayor 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, generalmente con 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 > 0,5 W/(m-K) y resistencia térmica < 0,1 (m2-K)/W, las resistencias de contacto entre la placa y la muestra ya no pueden despreciarse. Además, dado que estos materiales suelen ser rígidos e incompresibles y pueden tener superficies rugosas, el contacto térmico con las placas HFM puede verse aún más reducido por los huecos y las películas de aire. Para superar estos efectos, se emplean termopares montados en la superficie de la muestra y láminas de interfaz de caucho, tal como se ha descrito.
Preparación de la muestra
Para que la resistencia térmica de la muestra y la ΔT sean suficientes, se recomienda un grosor mínimo de la muestra de 50 mm. El grosor máximo es de aproximadamente 90 mm para dejar espacio para las almohadillas de interfaz y la instalación y retirada de la muestra.
Prepare las superficies de la muestra en contacto con las placas para que sean lo más lisas posible y planas y paralelas con un margen aproximado de 0,3 mm. Aunque esto puede suponer un reto para muchos materiales de construcción como el hormigón, es necesario para un buen contacto térmico con las placas HFM incluso cuando se siguen estos procedimientos especiales.
Antes de la instalación en el HFM, debe medirse cuidadosamente el espesor de la muestra en varios lugares cerca de la zona central de medición y calcularse la media.
Calibración HFM
Una calibración normal utilizando el estándar de placa de fibra de vidrio suministrado es suficiente. No es necesario calibrar utilizando los termopares de muestra y las láminas de interfaz o con una muestra estándar de 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 superior. Las pruebas han demostrado que la calibración del transductor de flujo térmico utilizando el estándar de tablero de fibra de vidrio es válida en un rango de resistencia térmica de large.
Procedimientos - NETZSCH HFM 436/3 con instrumentación opcionalKit
- Se suministran dos termopares y dos láminas de interfaz de caucho de silicona (figura 2). Marque el punto central de cada superficie de la muestra, coloque las sondas termopar superior e inferior con el extremo situado cerca de la marca central y péguelas en su sitio con cinta adhesiva, como se muestra en la figura 3.
- Coloque las láminas de goma a cada lado de la muestra sobre los termopares de superficie y fíjelas con cinta adhesiva alrededor de los bordes de la muestra, como se muestra en la figura 4. La cinta evitará que las láminas se desplacen. La cinta evitará que las láminas se desplacen o se doblen durante la carga de la muestra.
- Cargue la muestra en la cámara HFM y baje la placa hasta que se detenga automáticamente (carga máxima de la placa aplicada). Si se utiliza la función opcional de carga de pilas, se recomienda una presión de la placa de unos 2 PSI (unos 4 kPa) para mejorar el contacto térmico.
- Enchufe el conector del termopar de muestra superior en la posición izquierda (Instrumentation Kit) y el conector del termopar de muestra inferior en la posición derecha.
- En el software Q-Lab
Para la definición de la muestra se debe seleccionar "User Thickness" e introducir en la ventana el espesor de la muestra en cm. El espesor de la muestra se utilizará para calcular 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. Tenga en cuenta que el Grosor de la muestra incluye ahora el grosor de las láminas de interfaz de goma. Dependiendo de la resistencia térmica de la muestra, normalmente será necesario definir una temperatura Δ menor para evitar la saturación de las lecturas del transductor de flujo térmico, Q Superior y Q Inferior. Para muestras como el hormigón (espesor de 50 mm, 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 > 1 W/(m-K)), normalmente se requiere una Δ de 10 K o menos (en toda la muestra). El Δ debe seleccionarse para mantener las lecturas Q Superior y Q Inferior en equilibrio en o por debajo de aproximadamente 32000 uV. Esto puede requerir el establecimiento de varios puntos de ajuste con diferentes Δ cuando se analizan muestras desconocidas. El Δ mínimo recomendado es de aproximadamente 4 K.
