Introdução
Os materiais de isolamento térmico são essenciais para minimizar a perda de calor e garantir condições estáveis de temperatura em sistemas técnicos. Sua 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 é frequentemente caracterizada com precisão usando métodos estacionários, como o método da placa quente protegida (GHP). Essas investigações são relevantes não apenas na pesquisa de materiais, mas também em viagens espaciais, em que os materiais de isolamento são usados em um vácuo com flutuações extremas de temperatura. As medições do GHP fornecem dados valiosos para o projeto térmico e a avaliação de desempenho, entre outras coisas.
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 dos materiais de isolamento fibroso (por exemplo, lã de vidro) depende principalmente de três mecanismos de transferência de calor:
- Transferência de calor através do sólido
- Transferência de calor por meio de radiação
- Transferência de calor por meio da fase gasosa
Dependendo da temperatura, da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade e do gás dentro do material de isolamento, 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 pode variar muito.
Esta nota de aplicação se concentra em diferentes atmosferas. A lã de vidro padrão (NIST SRM 1450D), que tem uma 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 conhecida no ar, foi testada no GHP 456 Titan®. O dispositivo é equipado com um forno que permite vários gases de purga, bem como medições sob pressão reduzida.
Experimental
O material NIST SRM 1450D foi examinado em temperaturas médias de amostra (Tmean) entre 10°C e 60°C com uma diferença de temperatura (ΔT) de 20 K entre as placas de medição. As medições foram realizadas com diferentes gases (argônio, nitrogênio, hélio) em diferentes pressões (aprox. 0,01 mbar a 1000 mbar). Antes de cada medição usando outro gás, o dispositivo (incluindo a amostra) foi evacuado duas vezes e purgado com o novo gás.
Resultados e discussão
A Figura 1 mostra 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 em diferentes gases de purga (nitrogênio, argônio e hélio). Os resultados da medição estão resumidos na tabela 1.
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 da lã de vidro padrão (NIST SRM 1450D), determinada em diferentes gases de purga em comparação com a literatura
| Temperatura °C | (W/m-K) | |||
| Literatura [2] | N2 | Ar | He | |
| 10 | 0.0313 | 0.0312 | 0.0224 | 0.1590 |
| 20 | 0.0324 | 0.0324 | 0.0233 | 0.1631 |
| 40 | 0.0346 | 0.0345 | 0.025 | 0.1708 |
| 60 | 0.03868 | 0.0366 | 0.0267 | 0.1785 |
Como a lã de vidro é um sistema de poros abertos, o gás de purga penetra no material e, portanto, altera sua 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. 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 do ar e do nitrogênio é quase idêntica (consulte a tabela 2). Como esperado, não há diferença significativa detectável entre os valores de referência para lã de vidro e as medições com nitrogênio. O argônio, por outro lado, tem 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 significativamente menor do que o nitrogênio (aproximadamente 31% menor), conforme refletido na medição 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 da lã de vidro com purga de argônio. Os valores medidos são aproximadamente 28% menores do que os obtidos com nitrogênio.
Ao contrário do argônio, o hélio tem uma 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 significativamente maior do que a do nitrogênio. 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 da lã de vidro com purga de hélio é aproximadamente quatro vezes maior do que com nitrogênio ou ar.
Tabela 2: 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 diferentes gases a 20°C [1]
A Figura 2 ilustra como a pressão afeta 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 dos materiais de isolamento de poros abertos. Ela mostra 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 lã de vidro em diferentes temperaturas. A curva S é típica de medições dependentes de pressão. Ela mostra claramente que 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 do gás da célula 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 efetiva, e que há uma dependência substancial da pressão abaixo de um determinado limite (aproximadamente 300 mbar). Isso pode ser explicado pelo comprimento do caminho livre das moléculas ou átomos de gás.
A transferência de calor em um gás é determinada principalmente pelo número de partículas e pelo caminho livre médio entre elas. Em pressões ligeiramente mais baixas, o caminho livre médio aumenta, mas o número de partículas diminui. Assim, 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 permanece constante. No entanto, isso não se aplica mais a pressões muito baixas [3]. A partir de um determinado ponto (aqui, aproximadamente 300 mbar), não há partículas suficientes para colidir, e o comprimento do caminho livre médio cai dentro da faixa de diâmetros dos poros. A partir desse ponto, a transferência de calor no gás depende exclusivamente do número de partículas de gás. Se o número de partículas diminuir devido à pressão mais baixa, a transferência de calor por meio do gás diminui significativamente, assim 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 efetiva de todo o material.
Resumo
Devido à sua estrutura, 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 dos materiais de isolamento depende muito da pressão e do gás da célula. O GHP 456 Titan® é o dispositivo de medição ideal 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 efetiva nessas condições desafiadoras. Graças ao seu software intuitivo e ao controle automático de pressão, ainda é fácil realizar medições.