Efeito da densidade no desempenho térmico de um material de isolamento de fibra de vidro

Introdução

Uma nova opção está disponível para a linha de instrumentos NETZSCH HFM 436 (figura 1) que permite aos usuários realizar testes de medidor de fluxo de calor em amostras submetidas a altas cargas de compressão; esse recurso amplia a gama de possibilidades para programas de P&D em isolamentos térmicos.

Ao variar a pressão da placa sobre a amostra para obter diferentes níveis de compressão, os usuários podem gerar curvas de 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 em função da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade, revelando informações sobre a força relativa de diferentes processos de transporte de calor em produtos de isolamento térmico.

Esta Nota de Aplicação fornece uma análise dos três mecanismos dominantes de transporte de calor em um material de isolamento de vidro fibroso, a fim de derivar uma expressão analítica para a dependência funcional da 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 em relação à DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade; as previsões do modelo analítico são comparadas com os dados reais de testes HFM gerados sob várias cargas no HFM 436 atualizado Lambda. Foi observada uma excelente concordância em toda a faixa de DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade, que abrangeu uma proporção de 19:1 da mais alta para a mais baixa.

Transferência de calor multimodo em materiais de isolamento

No mundo atual, que se preocupa com o consumo de energia, há lembretes constantes da importância das medidas de conservação de energia, sendo que uma das principais é melhorar o desempenho térmico dos edifícios com isolamento de alta qualidade. Os esforços de P&D dos fabricantes com o objetivo de desenvolver isolamentos térmicos de alto desempenho se beneficiaram muito com o desenvolvimento paralelo de ferramentas experimentais e analíticas mais poderosas para avaliar seu progresso. Os novos recursos de teste discutidos nesta nota de aplicação representam outra etapa nessa direção.

No presente estudo, analisamos a transferência de calor por meio de uma manta de fibra de vidro, comumente usada como isolamento de edifícios. Essa manta é um emaranhado de fibras de vidro longas que constituem a matriz na qual o ar é aprisionado.

Condução pelo ar:

Em temperaturas moderadas, uma parte significativa da transferência de calor através do isolamento ocorre por condução através do ar, que é independente da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade. Esse modo de transferência de calor é regido pela equação de Fourier com uma condutividade de ar constante _λar.

Condução através das fibras de vidro:

A transferência de calor por meio das fibras de vidro também é regida pela equação de Fourier, mas, nesse caso, 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 correspondente glass é uma função da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade ρ. As vias de condução aumentam aproximadamente na proporção da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade como

_λglass = B∙ρ

com B sendo uma constante.

Radiação:

Para o modo de transferência de calor radiativo, a manta de fibra de vidro é geralmente considerada como um meio absorvente, emissor, participante e opticamente espesso com propriedades ópticas independentes do comprimento de onda. Com essas suposições, a transferência de calor radiativa é derivada como:

_qradiativa = _-λrad dT/dx

Essa equação é semelhante à lei de Fourier, que é a razão pela qual λrad é frequentemente chamada de 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 radiativa. Quanto mais densa for a manta, maior será o número de fibras de vidro por unidade de volume, resultando em mais dispersão e em uma redução da transferência radiativa.

Assim, o fluxo radiativo decai em uma taxa inversamente proporcional à DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade:

_λrad = C/ρ

com C sendo uma constante.

O calor total transferido pela manta é a soma desses três modos distintos. 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 efetiva é então derivada como:

_λtotal = _λar +B∙ρ + C/ρ

Essa última equação representa a relação entre a condutividade total e a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade da manta de fibra de vidro com três parâmetros desconhecidos: _λar, B e C.

HFM 436 Medições de manta de fibra de vidro com Recurso de carga variável

Começando com uma manta de isolamento de fibra de vidro de 240 mm de espessura, um conjunto de seções quadradas de 300 mm por 300 mm foi cortado e empilhado em várias alturas. As medições de 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 com DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade diferente foram realizadas variando a espessura por meio da pressão da placa. Para as pilhas de fibra de vidro que excederam a abertura máxima de 100 mm do HFM 436/3, a pré-compressão foi realizada com placas rígidas antes da instalação no HFM. Todas as medições foram realizadas em temperatura ambiente.libraO instrumento foi configurado com um padrão de placa de fibra de vidro NIST 1450d de 25 mm de espessura e a diferença de temperatura da placa foi de 20 K.

Resultados e discussões

Os resultados das medições são apresentados na tabela 1 e na figura 2.

Tabela 1: 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 versus DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade para uma amostra de fibra de vidro submetida a várias configurações de carga compressiva em um aparelho HFM à temperatura ambiente

A curva azul foi obtida ajustando os pontos de dados com o modelo de condutividade total por meio do método dos mínimos quadrados. Pode-se concluir que o modelo apresentado acima é uma formulação adequada do processo de fluxo de calor através da manta de fibra de vidro. As curvas tracejadas representam cada modo de transferência esperado. Os resultados mostram um mínimo amplo na 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 na faixa de densidade de aproximadamente 50-80 ^kg/m3, próximo à densidade em que a condutividade devido às fibras de vidro é igual à condutividade radiativa. Essas informações poderiam ser usadas pelos fabricantes para otimizar o desempenho de seus produtos, minimizando o conteúdo de fibra de vidro e, portanto, o custo. A densidade ideal, por exemplo, provavelmente se situaria no lado de baixa densidade do mínimo de condutividade.

Conclusão

É muito conveniente realizar esse estudo com o recurso de carga variável. Uma análise estatística rigorosa certamente exigiria mais pontos de dados, o que pode ser facilmente obtido com o HFM 436 Lambda. Um teste completo pode ser facilmente programado com várias cargas e temperaturas. Essa aplicação também se estende a outros materiais de isolamento poroso, como lã de rocha (mineral) ou de escória.