Sifat Termofisika Bahan Pengisi Isolasi dari Rami

Pendahuluan

Bahan isolasi tradisional, seperti polipropilena yang diekspansi dan wol batu, umumnya tersedia dalam bentuk panel. Namun, isolasi tipe tiup dan isolasi serbuk lepas untuk lantai dan atap juga banyak digunakan.

Salah satu contohnya adalah bahan isolasi sekaligus pengisi perata yang terbuat dari serbuk rami yang dilapisi bitumen. Selain keunggulan mekanis dan proses pengolahan, sifat termofisik suatu bahan juga memainkan peran penting dalam kinerjanya. Konduktivitas termal menentukan seberapa efektif panas ditransmisikan melalui atau disimpan oleh bahan isolasi, yang penting bagi efisiensi energi dan kenyamanan hunian. Selain itu, Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik menunjukkan seberapa banyak panas yang dapat disimpan dan dilepaskan oleh bahan tersebut seiring waktu. Oleh karena itu, pemahaman yang tepat mengenai sifat-sifat ini sangat penting untuk merancang struktur lantai secara optimal dan memenuhi persyaratan fisika bangunan dengan andal.

Metode

Banyak sistem pengukuran mengalami kesulitan dalam mengkarakterisasi sifat-sifat termofisik bahan padat, seperti Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal dan kalor spesifik. Salah satu tantangannya adalah bentuk bahan tersebut, sedangkan tantangan lainnya adalah tingkat ketidakhomogenannya yang relatif tinggi.

Konduktivitas termal bahan isolasi dapat ditentukan dengan cepat dan tepat menggunakan metode HFM (heat flow meter). Dalam metode ini, sebuah sampel, biasanya berbentuk padat, ditempatkan di antara pelat panas dan pelat dingin, yang masing-masing dipertahankan pada suhu tertentu. Fluks panas yang dihasilkan diukur menggunakan sensor fluks panas. Bersama dengan ketebalan sampel dan faktor kalibrasi yang telah ditentukan sebelumnya, Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal sampel ditentukan pada berbagai titik suhu. Gambar 1 menunjukkan profil suhu yang umum, termasuk Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal.

1) Profil suhu untuk menentukan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal pada satu titik suhu dengan menggunakan metode HFM, termasuk nilai Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal saat ini.

Sama seperti bahan isolasi berbentuk panel, bahan isolasi lepas (bahan isolasi curah) diukur dalam bingkai dengan alas yang tipis. Alas tersebut begitu tipis sehingga resistansi termalnya dapat dianggap dapat diabaikan. Bingkai tersebut berada di luar area pengukuran sehingga tidak memengaruhi hasil pengukuran.

Metode DSC (differential scanning calorimetry) paling sering digunakan untuk menentukan kapasitas panas jenis. Namun, ukuran sampel relatif small, dengan diameter sekitar 4 mm dan ketebalan hanya 1 mm untuk bahan isolasi. Selain itu, pengukuran yang akurat memerlukan berat awal yang tinggi dan kontak yang baik antara sampel dan cawan. Ketiga faktor ini membuat pengukuran kapasitas panas jenis isolasi pengisi longgar menggunakan metode DSC menjadi tidak praktis dan sulit. HFM menawarkan solusi yang tepat untuk jenis sampel ini. HFM dapat menganalisis volume yang large (misalnya, beberapa liter). Hal ini membuat pengukuran menjadi lebih representatif. Selain itu, metode HFM bersifat steady-state. Saat menentukan kapasitas panas jenis, kontak antara pelat dan sampel tidak sepenting pada pengukuran DSC. Untuk penentuan_{Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp}, kedua pelat dijaga pada suhu yang sama (ΔT nol) hingga fluks panas menjadi nol. Kemudian, lonjakan suhu sebesar 10 K, misalnya, dimulai pada kedua pelat, dan sistem dibiarkan mencapai suhu akhir hingga fluks panas kembali nol. Jumlah panas yang ditambahkan saat suhu berubah dapat digunakan untuk mengukur kapasitas panas jenis sampel. Gambar 2 menunjukkan profil suhu dari pengukuran ini. Di sini,_Qupper adalah fluks panas melalui sensor pada pelat atas,_Qlower adalah fluks panas melalui sensor pada pelat bawah, dan_Qtotal adalah jumlah fluks panas dari kedua sensor. Luas di bawah_{kurva Qtotal} digunakan untuk menghitung Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik.

2) Profil suhu dan aliran panas untuk penentuan kapasitas panas jenis pada suatu titik suhu dengan menggunakan metode HFM.

Eksperimental

Bahan isolasi yang digunakan untuk pengukuran HFM biasanya disediakan dalam bentuk panel. Namun, bahan-bahan ini juga sering tersedia dalam bentuk curah, seperti bahan isolasi berbahan dasar serbuk rami yang dilapisi bitumen yang dibahas di sini (lihat Gambar 3).

Konduktivitas termal dan kapasitas panas jenis bahan-bahan ini juga dapat ditentukan. Untuk menentukan konduktivitas termal, bahan dalam bentuk padat ditempatkan dalam sebuah rangka. Rangka ini terletak di luar area pengukuran dan oleh karena itu dapat diabaikan selama pengukuran.

Selain itu, KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan juga dapat ditentukan berdasarkan geometri yang telah ditentukan. KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. Kepadatan atau tingkat pemadatan bahan secara signifikan memengaruhi konduktivitas termal, dan dalam kasus bahan isolasi pada umumnya, nilai tersebut harus selalu dicatat bersamaan dengan hasil pengukuran untuk memungkinkan perbandingan. Namun, dalam hal kapasitas panas jenis, bingkai dapat memiliki pengaruh yang tidak dapat diabaikan terhadap pengukuran karena massanya, yang juga dipanaskan selama pengukuran bertahap. Oleh karena itu, bahan curah ditempatkan dalam kantong plastik yang sangat tipis. Massa kantong plastik tersebut jauh lebih kecil daripada massa sampel dan oleh karena itu dapat diabaikan. Kondisi pengukuran lainnya dirangkum dalam Tabel 1.

Tabel 1: Kondisi pengukuran konduktivitas termal dan kalor spesifik bahan pengisi isolasi dari serbuk batang rami yang telah diolah dengan metode bitmunisasi

	Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.Konduktivitas Termal	Kapasitas Panas Jenis
Alat bantu	Rangka	Kantong plastik
KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. Kepadatan selama pengukuran	~ 178 kg/m³	k.A.
Masukan sampel	~ 693 g	~ 693 g
Program suhu	20°C + 35°C, ΔT = 20 K	20°C + 35°C, ΔT = 15 K

Hasil

Sebagaimana digambarkan pada Gambar 4, hasil penelitian menunjukkan konduktivitas termal dan kapasitas panas jenis serbuk rami yang dilapisi bitumen saat digunakan sebagai bahan curah. Konduktivitas termal bahan pengisi isolasi serbuk rami yang dilapisi bitumen meningkat sedikit seiring kenaikan suhu, yang sejalan dengan perilaku suhu yang umum ditemui pada bahan isolasi. Kapasitas panas jenisnya secara konsisten berada dalam kisaran sekitar 1.500 hingga 1.630 J/(g·K) pada kedua pengukuran berulang (Uji 1 dan Uji 2), menunjukkan sedikit peningkatan seiring dengan meningkatnya suhu. Nilai-nilai yang ditentukan untuk bahan-bahan ini berada dalam kisaran yang umum dan diharapkan untuk bahan isolasi pengisi longgar berbasis bio yang dilapisi bitumen. Secara keseluruhan, pengukuran ini mengonfirmasi konduktivitas termal sedang yang khas pada isolasi pengisi longgar serat alami, dikombinasikan dengan kapasitas penyimpanan panas yang baik.

4) Konduktivitas termal dan kalor spesifik serbuk rami yang dilapisi bitumen sebagai bahan pengisi longgar.

Ringkasan

Pengukuran yang dilakukan saat ini menunjukkan bahwa HFM 706 Lambda Medium memungkinkan penentuan sifat termofisik bahan isolasi yang sulit diukur, seperti serbuk rami yang dilapisi aspal, secara tepat dan praktis. Berbeda dengan metode DSC ( small ), yang ukuran sampelnya tidak sesuai untuk bahan curah yang tidak homogen, metode HFM, dengan volume sampel large, juga memungkinkan pengukuran kapasitas panas jenis yang representatif dan dapat diulang. Metode pengukuran dalam kondisi mapan ini menghasilkan hasil yang konsisten untuk konduktivitas termal (0,0547 hingga 0,0584 W/(m·K)) dan kalor spesifik (1.500 hingga 1.630 J/(g·K)) sebagai fungsi suhu, yang sejalan dengan nilai-nilai yang diharapkan untuk bahan isolasi berbasis bio. Dengan demikian, HFM 706 terbukti menjadi alternatif yang andal dibandingkan metode pengujian konvensional – terutama untuk bahan curah – dalam menentukan parameter-parameter yang relevan dengan fisika bangunan secara andal.