Introdução
Os painéis de isolamento a vácuo (VIPs) são materiais de isolamento de alto desempenho usados em uma variedade de aplicações. Eles se caracterizam por suas propriedades de excelente isolamento mesmo com uma espessura mínima de material, o que os torna uma solução ideal para áreas com espaço limitado. O site NETZSCH oferece o HFM 706 Lambda Large (veja a figura 1), um sistema de medição 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 de materiais VIP.
Esta nota de aplicação discute a estrutura e a aplicação de materiais VIP, os desafios envolvidos na medição e os resultados obtidos com o uso do HFM 706 Lambda Large em amostras de referência e VIP.
Estrutura e modo de operação do isolamento a vácuoA vácuo
Um VIP consiste em vários componentes-chave que, juntos, garantem suas excelentes propriedades de isolamento. O excelente desempenho de isolamento dos VIPs baseia-se na combinação do vácuo e do material específico do núcleo. O material do núcleo forma a estrutura de suporte do VIP e geralmente consiste em materiais porosos e resistentes à pressão, como sílica pirogênica, fibras de vidro ou espuma de PU. Esse material reduz a condução de calor no interior do painel. O material do núcleo é selado em um envelope hermético sob vácuo. A remoção das moléculas de ar praticamente elimina a transferência de calor por convecção.
Um filme de barreira de várias camadas, normalmente composto por camadas de metal e polímero, garante a vedação a vácuo. Esse filme protege o vácuo e impede a entrada de ar ou umidade. O filme de barreira também reflete a radiação infravermelha, limitando assim a transferência de calor por radiação. Camadas protetoras adicionais de plástico ou alumínio tornam os VIPs resistentes a danos mecânicos. Graças a essas propriedades, os VIPs oferecem até dez vezes mais eficiência de isolamento do que os materiais de isolamento convencionais da mesma espessura.
Aplicação de VIPs
Os VIPs são usados em vários setores em que é necessário um isolamento altamente eficiente em espaços confinados. Eles são usados em paredes, telhados e pisos, especialmente em casas passivas ou projetos de renovação, para atingir altos valores de isolamento sem a necessidade de materiais espessos.
Em refrigeradores e freezers, os VIPs ajudam a reduzir o consumo de energia e a aumentar a capacidade de armazenamento. Eles são usados para isolar contêineres e embalagens que transportam produtos sensíveis à temperatura, como medicamentos e alimentos. Devido à sua alta eficiência e baixo peso, os VIPs também são usados na tecnologia aeroespacial.
Os VIPs são usados em veículos elétricos para melhorar a Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica das baterias e aprimorar o controle climático interno.
Medição da condutividade térmica de materiais VIP
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 (valor λ) de um material é um fator decisivo na avaliação de seu desempenho térmico. No entanto, devido à estrutura e ao princípio operacional exclusivos dos VIPs, os métodos de medição tradicionais geralmente não são diretamente aplicáveis. Portanto, a tecnologia de medidor de fluxo de calor (HFM) se tornou o método estabelecido para medir 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 VIPs.
Desafios na medição
Com o tempo, o filme de barreira pode permitir a passagem de gás, o que enfraqueceria o vácuo e aumentaria 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. Portanto, devem ser realizadas medições de longo prazo. No entanto, os resultados da 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 podem não ser reproduzíveis.
As propriedades térmicas das bordas de um VIP podem ser diferentes das da superfície principal, afetando a precisão da medição. Até mesmo a menor irregularidade no material do núcleo ou no filme de barreira pode distorcer a medição.
Devido às suas propriedades especiais de isolamento, os VIPs estão na faixa inferior, fora do limite de detecção de muitos sistemas de medição. Isso impõe exigências especiais à sensibilidade e à estabilidade do sistema.
Em geral, as amostras VIP não podem ser cortadas para caber no dispositivo de medição. Portanto, é necessário poder realizar medições na amostra original.
HFM 706 Lambda Large
Esse novo sistema eletrônico e firmware, que já foi introduzido na Eco-Line, oferece vantagens significativas em termos de velocidade de medição e precisão na medição de materiais VIP. Uma porta traseira com dobradiças também foi adicionada ao modelo HFM 706 Lambda Large . Os testes foram realizados em amostras de referência e VIP.
Com a parte traseira aberta, agora é possível investigar não apenas o envelhecimento, mas também os efeitos das perdas de borda e das inomogeneidades em amostras não quadradas, especialmente com amostras VIP. Para isso, a porta dianteira e/ou traseira pode ser deixada aberta durante a medição. Medições comparativas em amostras de referência mostraram que não há erros de medição adicionais devido a portas abertas na faixa em torno da temperatura ambiente.
As Figuras 2 e 3 mostram os desvios dos valores da literatura para medições na amostra de referência NIST SRM 1450d com a porta dianteira fechada ou aberta (medição de referência com a porta fechada em cada caso). Em ambos os casos, o desvio máximo do valor da literatura é inferior a 1% entre 10°C e 60°C.
Quando as portas dianteira e traseira estão abertas, o desvio também é inferior a 1% (consulte a figura 3).
A influência das portas abertas na incerteza da medição também foi testada com o uso de amostras "longas" de EPS de várias espessuras, com comprimento de 1.200 mm e largura de 600 mm. Como essas são amostras de referência homogêneas, o valor medido deve ser independente da posição de medição ao longo do eixo longitudinal da amostra.
A Figura 4 mostra os desvios do valor de referência entre 10°C e 30°C para amostras de EPS com espessura de 40 mm. Os desvios são inferiores a 2%, com valores ligeiramente mais altos observados na área frontal da amostra. Além disso, a figura 4 mostra os desvios para o EPS com espessura de 30 mm em três posições diferentes a 10°C. Novamente, desvios ligeiramente maiores são evidentes nas posições de medição dianteira e traseira em comparação com o centro da amostra, com um desvio de aproximadamente 0,5%. Um desvio de aproximadamente 0,8% foi determinado para as posições dianteira e traseira.
As medições em VIPs também são simples com o HFM 706 Lambda Large . Sinais de medição estáveis, tecnologia de sensores sensíveis e sinais de baixo ruído são pré-requisitos para alcançar alta precisão e repetibilidade de medição. A Figura 5 mostra os resultados da medição de uma amostra de VIP extralonga.
Quando a temperatura média da amostra do VIP aumenta de 10°C para 40°C, 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 aumenta em aproximadamente 12%, de 0,00457 W/(m-K) para 0,00514 W/(m-K). Consequentemente, o efeito de isolamento do VIP se deteriora em até 12% se a temperatura externa da fachada de um edifício aumentar de menos de 10°C para mais de 30°C, por exemplo. Essas informações são importantes para fabricantes e usuários de VIPs e são significativas no desenvolvimento de produtos e no controle de qualidade.
Além disso, a Figura 5 demonstra a excelente repetibilidade das medições e a alta resolução dos resultados. Foram feitas três medições individuais em cada temperatura e o desvio máximo entre os valores individuais foi inferior a 1%. Os valores diferem apenas na quinta casa decimal (0,00471, 0,00472 e
0.00474 W/(m-K) a 20°C), e a tendência exponencial esperada 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 com a temperatura também é claramente visível. Isso demonstra a alta resolução do HFM 706 Lambda Large e a excelente repetibilidade das medições VIP. Até mesmo as menores alterações no VIP, como aquelas devidas a mudanças estruturais causadas pelo envelhecimento ou perda de vácuo por meio de microfissuras no filme de barreira, podem ser detectadas de forma rápida e confiável a qualquer momento.
Resumo
Os painéis de isolamento a vácuo são uma tecnologia de ponta para aplicações que exigem alta eficiência de isolamento. Apesar dos desafios de custo e durabilidade, os VIPs oferecem vantagens significativas em termos de eficiência energética e economia de espaço. Com o avanço da tecnologia e o crescimento da demanda, espera-se que os VIPs desempenhem um papel cada vez mais importante em vários campos industriais. O site NETZSCH oferece o HFM 706 Lambda Large , um sistema confiável para medir 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 VIP. Medidas eficazes na tecnologia e no design do instrumento superam os desafios apresentados pelas propriedades da amostra durante a medição.