Introducción
El rendimiento térmico de los materiales de construcción rígidos y 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 (menor resistencia térmica), como la madera, las placas de yeso, el hormigón, la piedra y otros productos de albañilería, puede medirse con los instrumentos HFM y GHP (figuras 1 y 2). Estos métodos son técnicas de ensayo normalizadas y su aplicación (materiales aislantes y de construcción) está estrechamente relacionada, por ejemplo, con las siguientes normas
- ISO 8301:1991: Thermal insulation - Determination of steady-state thermal resistance and related properties - Heat flow meter appratus.
- ISO 8302:1991: Thermal insulation - Determination of steady-state thermal resistance and related properties - Guarded hot plate apparatus.
- ASTM C518: Standard test method for steady-state heat flux measurements and thermal transmission properties by means of the heat flow meter apparatus.
- ASTM C177: Método de prueba estándar para mediciones de flujo de calor en estado estacionario y propiedades de transmisión térmica mediante el aparato de placa caliente protegida.
- DIN EN 12667/12939:2001: Comportamiento térmico de materiales y productos de construcción - Determinación de la resistencia térmica mediante métodos de placa caliente protegida y medidor de flujo térmico - Productos (gruesos) de alta y medium resistencia térmica.
- DIN EN 13163:2001: Productos de aislamiento térmico para edificios - Productos manufacturados de poliestireno expandido (EPS) - Especificación.
Con el método de la BPA absoluta puede alcanzarse una precisión de ±2%. El método HFM requiere una calibración del instrumento. Dependiendo del material de referencia, también pueden obtenerse precisiones de ±2%.
Cómo manipular muestras rígidas con superficies rugosas
Sin embargo, ambos métodos pueden requerir una preparación cuidadosa de la muestra y técnicas especiales para medir con precisión la temperatura de la superficie. Los materiales mencionados (por ejemplo, el hormigón) pueden tener superficies rugosas y la preparación de superficies termoendurecidas y paralelas puede ser difícil. Como resultado, puede haber una resistencia térmica de interfaz significativa (caída de temperatura) en cualquier espacio de aire entre las placas del instrumento y las superficies de la muestra. Si esta resistencia térmica se vuelve significativa en comparación con la resistencia térmica de la muestra, los sensores de temperatura montados en la superficie de la placa ya no pueden utilizarse para medir la diferencia de temperatura a través de la muestra. Una técnica consiste en montar termopares adicionales de small de diámetro en las superficies de la muestra y colocar una lámina de interfaz conforme, como la goma de silicona, entre las placas y las superficies de la muestra, tal como se muestra en la figura 3 a continuación.
Parámetros de medición
Para este estudio, se ensayaron tres pares de muestras de hormigón (305 mm por 305 mm por aproximadamente 50 mm de espesor) utilizando el método GHP (doble cara) y, a continuación, cada una de las seis muestras se ensayó utilizando el método HFM. Para cada método se utilizaron termopares montados en la superficie de la muestra y láminas de interfaz de caucho de silicona de aproximadamente 2 mm de grosor. El HFM 436 se calibró utilizando la placa de fibra de vidrio NIST 1450b (Standard Reference Material®) con un grosor de 25 mm. La medición de la temperatura se realizó conectando los termopares de la muestra a los canales de adquisición de datos utilizados para los termopares de la placa y, a continuación, el ajuste automático del software pudo ajustar las temperaturas de la placa durante el ensayo para obtener la diferencia de temperatura de la muestra especificada. Los parámetros de equilibrio se fijaron en 1% (aproximado) y 0,1% (fino). Las pruebas se realizaron a temperatura ambiente (temperatura media de la muestra, véase la tabla 1). La diferencia de temperatura entre las dos placas de BPA era de aproximadamente 26 K, con una diferencia de temperatura de 12 K en toda la muestra. En el caso del HFM, la diferencia de temperatura entre las placas fue de aproximadamente 18 K con 8 K de diferencia de temperatura en toda la muestra.
Resultados de las pruebas
Los resultados se presentan en la tabla 1. 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 1,8 W/(m.K) para la muestra de hormigón de mayor DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad C es significativamente superior en comparación con 1,2 - 1,3 W/(m.K) para A y B, como era de esperar. La concordancia entre los métodos es bastante buena, sobre todo teniendo en cuenta la baja resistencia térmica de las muestras y las superficies imperfectas. La media 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 medida por HFM para las muestras individuales oscila entre un 4,1% más baja y un 2,4% más alta en comparación con la medición por BPA de ambas muestras.
Tabla 1: Mediciones 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 hormigón mediante GHP y HFM
Muestra | Espesor (mm) | DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. Densidad (Kg/m3) | Temperatura media temperatura (°C) | conductividad (W/(m.K)) | Térmica térmica (m.K/W) |
|---|---|---|---|---|---|
| A1, A2 (GHP) | 52.6 | 1896 | 24.1 | 1.36 | 0.0387 |
| A1 (HFM) | 53.6 | 1897 | 23.9 | 1.38 | 0.0387 |
| A2 (HFM) | 51.6 | 1895 | 23.9 | 1.23 | 0.0421 |
| A1, A2 (media, HFM) | 52.6 | 1896 | 23.9 | 1.31 | 0.0404 |
| Variación | -4.0% | ||||
| B1, B2 (BPA) | 51.1 | 1909 | 25.0 | 1.27 | 0.0402 |
| B1 (HFM) | 51.1 | 1935 | 23.9 | 1.23 | 0.0416 |
| B2 (HFM) | 51.0 | 1882 | 24.1 | 1.21 | 0.0423 |
| B1, B2 (media, HFM) | 51.1 | 1909 | 24.0 | 1.22 | 0.0419 |
| Variación | -4.1% | ||||
| C1, C2 (BPA) | 51.4 | 2297 | 25.2 | 1.76 | 0.0292 |
| C1 (HFM) | 51.7 | 2298 | 23.4 | 1.92 | 0.0269 |
| C2 (HFM) | 51.1 | 2296 | 23.8 | 1.69 | 0.0303 |
| C1, C2 (media, HFM) | 51.4 | 2297 | 23.6 | 1.80 | 0.0286 |
| Variación | 2.4% | ||||
Conclusión
Tanto el método de la BPA absoluta como el de la HFM relativa son aptos 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 y la resistencia térmica de materiales de construcción rígidos y de alta 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)), incluso con superficies rugosas. Se demostró que pueden conseguirse mediciones precisas de la temperatura superficial utilizando termopares adicionales y láminas conformes entre las placas y la muestra. La desviación de small entre los resultados de las pruebas de BPA y HFM ya indica la gran capacidad de rendimiento de ambos métodos.