Introdução
A técnica do medidor de fluxo de calor (HFM) é um método bem conhecido e aceito 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 isolantes, como EPS, lã de rocha ou placas de fibra de vidro. Além disso, materiais de construção como o concreto, com maior 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 estrutura rígida, podem ser investigados com o HFM. O Kit de Instrumentação amplia a faixa de medição para até 2 W/(m∙K). Esta nota de aplicação descreve o Kit de Instrumentação em detalhes e apresenta dados obtidos em Pyrex® com o HFM 436/3/1 (figura 1). Sua eficácia é demonstrada pela correlação dos dados com a técnica Laser Flash Analysis (LFA, figura 2).
Kit de instrumentação
Ao testar materiais isolantes com a técnica HFM, as resistências térmicas da interface entre o corpo de prova e as placas HFM geralmente são insignificantes em relação à resistência térmica do corpo de prova. No caso de amostras altamente condutoras e/ou rígidas, essa suposição não é mais válida. small Mesmo que as superfícies do corpo de prova sejam muito planas e planas paralelas, sempre restam alguns espaços de ar na interface, o que leva a diferenças significativas entre as temperaturas das placas e da superfície do corpo de prova e a um fluxo de calor não homogêneo através da amostra. Para evitar essas deficiências, é necessário o Kit de Instrumentação. Ele consiste em dois termopares externos e em duas camadas de interface (figura 3). As camadas de interface melhoram o contato térmico entre as placas e o corpo de prova, enquanto os termopares externos estão em contato direto com as superfícies do corpo de prova (figura 4) e, portanto, medem as temperaturas exatas e "verdadeiras" da superfície (figura 5).
Comparação de dados de medição em Pyrex® usando o HFM com kit de instrumentação e a técnica LFA
O desempenho do Kit de Instrumentação é demonstrado com o Pyrex®, um material de referência 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 homogêneo, quimicamente estável e bem conhecido desde a década de 1960, com 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 de cerca de 1,14 W/(m∙K) a 23°C [1].
Os dados relatados foram realizados em amostras medindo 300 mm x 300 mm x 20 mm com e sem o Kit de Instrumentação.libraA conexão dos sensores de fluxo de calor foi obtida com uma placa de fibra de vidro certificada pelo NIST (1450D) sem kit de instrumentação, de acordo com a norma ASTM C 518. Três amostras diferentes de Pyrex (A, B, C) do mesmo lote foram testadas. Duas amostras (1, 2) com diâmetro de 12,7 mm e espessura de 2,5 mm também foram preparadas do mesmo lote para os testes de LFA. As medições foram realizadas com o LFA467 Hyperflash.
A Tabela 1 mostra os resultados a 23°C de diferentes testes de HFM e LFA. O small desvio padrão (1,7%) dos testes de HFM demonstra a boa reprodutibilidade do método. 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 média de 1,15 W/(m∙K) mostra um desvio de apenas 0,88% em relação ao valor médio do LFA e da literatura. Isso comprova a precisão das medições de HFM com o Kit de Instrumentação.
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 do Pyrex® a 23°C usando HFM e LFA
Método | Amostra/Medição | W/(m∙K) | W/(m∙K) |
|---|---|---|---|
| HFM | Pyrex A | 1.13 | 1.15 |
| Pyrex B | 1.17 | ||
| Pyrex C | 1.14 | ||
| HFM | Pyrex sem kit de instrumentação | 0.53 | 0.53 |
| LFA | Pyrex - 1 | 1.14 | 1.14 |
| Pyrex - 2 | 1.14 |
Sem o Kit de Instrumentação, a alta Resistência de contatoDe acordo com a segunda lei da termodinâmica, a transferência de calor entre dois sistemas sempre se move na direção das temperaturas mais altas para as mais baixas. A quantidade de energia térmica transferida por condução de calor, por exemplo, através de uma parede de um edifício, é influenciada pelas resistências térmicas da parede de concreto e da camada de isolamento.resistência de contato térmico e as temperaturas desconhecidas da superfície levam a 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 de 0,53 W/(m∙K), significativamente menor do que o valor esperado.
A Figura 6 mostra os resultados de 10°C a 65°C com o HFM, o LFA e os valores da literatura (barras de erro ± 5%). Em toda a faixa de temperatura, os resultados do HFM e do LFA estão em boa concordância com os valores da literatura (desvio máximo de 2,8% - LFA e 3,9% - HFM).
Resumo
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 rígidos de até 2 W/(m∙K) pode ser investigada de forma confiável com o HFM, desde que as temperaturas da superfície sejam medidas com precisão. Isso é obtido com o Kit de Instrumentação, que garante um fluxo de calor homogêneo e temperaturas reais da superfície da amostra. Os dados das medições do HFM com o Kit de Instrumentação são altamente reproduzíveis e estão de acordo com os resultados da técnica LFA e da literatura. Além disso, a estabilidade de longo prazo qualifica o Pyrex® como um material de escolha para verificar o desempenho do HFM com o Instrumentation Kit antes de medir amostras desconhecidas e de alta condutividade.