Introdução
Os materiais isolantes tradicionais, como o polipropileno expandido e a lã de rocha, geralmente estão disponíveis na forma de painéis. No entanto, isolantes soprados e a granel para pisos e telhados também são amplamente utilizados.
Um exemplo é um material de isolamento e nivelamento feito de resíduos de cânhamo betuminizados. Além das vantagens mecânicas e de processamento, as propriedades termofísicas de um material também desempenham um papel decisivo em seu desempenho. A Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica determina a eficácia com que o calor é transportado através do isolamento ou retido por ele, o que é importante para a eficiência energética e o conforto habitacional. Além disso, a capacidade térmica específica indica a quantidade de calor que o material pode armazenar e liberar ao longo do tempo. Portanto, a compreensão precisa dessas propriedades é essencial para projetar de maneira ideal a estrutura do piso e atender de forma confiável aos requisitos da física da construção.
Método
Muitos sistemas de medição enfrentam dificuldades para caracterizar as propriedades termofísicas de materiais a granel, como a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica e a capacidade térmica específica. Um dos desafios é a forma do material, e outro é seu grau relativamente alto de heterogeneidade.
A Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica de materiais isolantes pode ser determinada de forma rápida e precisa utilizando o método HFM (medidor de fluxo térmico). Nesse método, uma amostra, geralmente sólida, é colocada entre placas quentes e frias, cada uma mantida a uma temperatura específica. O fluxo de calor resultante é medido por meio de sensores de fluxo de calor. Com base na espessura da amostra e em fatores de calibração previamente determinados, a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica da amostra é calculada em vários pontos de temperatura. A Figura 1 mostra um perfil típico de temperatura, incluindo a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica.
Assim como os materiais isolantes em forma de painel, os materiais isolantes a granel são medidos em uma estrutura com uma base fina. A base é tão fina que sua resistência térmica pode ser considerada insignificante. A estrutura fica fora da área de medição, de modo a não influenciar a medição.
O método DSC (calorimetria diferencial de varredura) é o mais comumente utilizado para determinar a capacidade térmica específica. No entanto, o tamanho da amostra é relativamente small, com um diâmetro de aproximadamente 4 mm e uma espessura de apenas 1 mm para materiais isolantes. Além disso, medições precisas exigem um peso inicial elevado e um bom contato entre a amostra e o cadinho. Esses três fatores tornam a medição da capacidade térmica específica de isolantes a granel utilizando o método DSC impraticável e difícil. O HFM oferece a solução certa para esse tipo de amostra. O HFM pode analisar um volume e large e (por exemplo, vários litros). Isso torna a medição mais representativa. Além disso, o método HFM opera em estado estacionário. Ao determinar a capacidade térmica específica, o contato entre as placas e a amostra é menos crítico do que em uma medição por DSC. Para a determinaçãoda Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp, ambas as placas são mantidas na mesma temperatura (ΔT zero) até que o fluxo de calor seja zero. Em seguida, um salto de temperatura de 10 K, por exemplo, é iniciado para ambas as placas, e o sistema é deixado atingir a temperatura final até que o fluxo de calor seja zero novamente. A quantidade de calor adicionada quando a temperatura muda pode ser usada para medir a capacidade térmica específica da amostra. A Figura 2 mostra o perfil de temperatura dessa medição. Aqui,Qupper é o fluxo de calor que passa pelo sensor na placa superior,Qlower é o fluxo de calor que passa pelo sensor na placa inferior eQtotal é a soma dos fluxos de calor de ambos os sensores. A área soba curva de Qtotal é usada para calcular a capacidade térmica específica.
Experimental
Os materiais isolantes utilizados para medições de HFM são geralmente fornecidos na forma de painéis. No entanto, esses materiais também estão frequentemente disponíveis a granel, como é o caso do material isolante à base de cascas de cânhamo betumizadas analisado neste estudo (ver Figura 3).
A Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica e a capacidade térmica específica desses materiais também podem ser determinadas. Para determinar a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica, o material a granel é colocado em uma estrutura. Essa estrutura fica localizada fora da área de medição e, portanto, é desprezível durante a medição.
Além disso, a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade também pode ser determinada com base na geometria definida. A DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade ou compactação do material influencia significativamente a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica e, no caso de materiais isolantes em geral, deve sempre ser registrada juntamente com os resultados para permitir a comparação. No caso da capacidade térmica específica, entretanto, uma estrutura pode ter uma influência não desprezível na medição devido à sua massa, que também é aquecida durante a medição em etapas. Por esse motivo, o material a granel é colocado em um saco plástico muito fino. A massa do saco plástico é muitas vezes menor do que a massa da amostra e, portanto, é insignificante. As demais condições de medição estão resumidas na Tabela 1.
Tabela 1: Condições de medição da condutividade térmica e da capacidade térmica específica do enchimento isolante de cascas de cânhamo trituradas
| Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.Condutividade térmica | Capacidade térmica | |
| Meios auxiliares | Estrutura | Saco plástico |
| DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. Densidade durante a medição | ~ 178 kg/m³ | n.d. |
| Entrada da amostra | ~ 693 g | ~ 693 g |
| Programa de temperatura | 20 °C + 35 °C, ΔT = 20 K | 20 °C + 35 °C, ΔT = 15 K |
Resultados
Conforme ilustrado na Figura 4, os resultados demonstram a condutividade térmica e a capacidade térmica específica das cascas de cânhamo betumizadas quando utilizadas como material a granel. A condutividade térmica do enchimento isolante de cascas de cânhamo betumizadas aumenta ligeiramente com o aumento da temperatura, o que é consistente com o comportamento térmico típico dos materiais isolantes. A capacidade térmica específica mantém-se consistentemente na faixa de aproximadamente 1.500 a 1.630 J/(g·K) em ambas as medições repetidas (Teste 1 e Teste 2), apresentando um ligeiro aumento com o aumento da temperatura. Os valores determinados para esses materiais situam-se dentro da faixa típica e esperada para materiais de isolamento de enchimento solto à base de biomassa e betuminizados. De modo geral, as medições confirmam a condutividade térmica moderada típica do isolamento de enchimento solto de fibras naturais, combinada com boa capacidade de armazenamento térmico.
Resumo
As medições realizadas demonstram que o HFM 706 Lambda Medium permite a determinação precisa e prática das propriedades termofísicas de materiais isolantes difíceis de medir, como as cascas de cânhamo betumizadas. Ao contrário do método DSC, cujo tamanho de amos small e é inadequado para materiais a granel não homogêneos, o HFM, com seu volume de amos large e, também permite uma medição representativa e reproduzível da capacidade térmica específica. Esse método de medição em estado estacionário fornece resultados consistentes para a condutividade térmica (0,0547 a 0,0584 W/(m·K)) e da capacidade térmica específica (1.500 a 1.630 J/(g·K)) em função da temperatura, que estão em boa concordância com os valores esperados para materiais de isolamento de origem biológica. O HFM 706 mostra-se, assim, uma alternativa confiável aos métodos de ensaio convencionais — especialmente para materiais a granel — para a determinação confiável de parâmetros relevantes para a física da construção.