Medições de condutividade térmica do concreto usando os métodos do medidor de fluxo de calor (HFM) e da placa quente protegida (GHP)

Introdução

O desempenho térmico de materiais de construção rígidos e de 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 (menor resistência térmica), como madeira serrada, placas de gesso, concreto, pedra e outros produtos de alvenaria, pode ser medido com os instrumentos HFM e GHP (figuras 1 e 2). Esses métodos são técnicas de teste padronizadas e a aplicação (isolamento e materiais de construção) está fortemente ligada, por exemplo, às seguintes normas:

• ISO 8301:1991: Isolamento térmico - Determinação da resistência térmica em estado estacionário e propriedades relacionadas - Aparelho medidor de fluxo de calor.
• ISO 8302:1991: Isolamento térmico - Determinação da resistência térmica em estado estacionário e propriedades relacionadas - Aparelho de placa quente protegida.
• ASTM C518: Método de teste padrão para medições de fluxo de calor em estado estacionário e propriedades de transmissão térmica por meio do aparelho medidor de fluxo de calor.
• ASTM C177: Método de teste padrão para medições de fluxo de calor em estado estacionário e propriedades de transmissão térmica por meio do aparelho de placa quente protegida.
• DIN EN 12667/12939:2001: Desempenho térmico de materiais e produtos de construção - Determinação da resistência térmica por meio de métodos de placa quente protegida e medidor de fluxo de calor - Produtos (espessos) de alta e medium resistência térmica.
• DIN EN 13163:2001: Produtos de isolamento térmico para edifícios - Produtos fabricados em fábrica de poliestireno expandido (EPS) - Especificação.

Como lidar com amostras rígidas com superfícies ásperas

Entretanto, ambos os métodos podem exigir uma preparação cuidadosa da amostra e técnicas especiais para medições precisas da temperatura da superfície. Os materiais mencionados acima (por exemplo, concreto) podem ter superfícies ásperas, e a preparação de superfícies paralelas e com alta temperatura pode ser difícil. Como resultado, uma resistência térmica de interface significativa (queda de temperatura) pode estar presente em qualquer espaço de ar entre as placas do instrumento e as superfícies da amostra. Se essa resistência térmica se tornar significativa em comparação com a resistência térmica da amostra, os sensores de temperatura montados na superfície da placa não poderão mais ser usados para medir a diferença de temperatura na amostra. Uma técnica é montar termopares adicionais de small diâmetro nas superfícies da amostra e colocar uma folha de interface compatível, como borracha de silicone, entre as placas e as superfícies da amostra, conforme mostrado na figura 3 abaixo.

Parâmetros de medição

Para este estudo, três pares de amostras de concreto (305 mm por 305 mm por aproximadamente 50 mm de espessura) foram testados usando o método GHP (dupla face) e, em seguida, cada uma das seis amostras foi testada usando o método HFM. Para cada método, foram usados termopares montados na superfície da amostra e folhas de interface de borracha de silicone de aproximadamente 2 mm de espessura.libraO HFM 436 foi testado usando a placa de fibra de vidro NIST 1450b (Standard Reference Material®) com uma espessura de 25 mm. A medição da temperatura foi realizada conectando-se os termopares da amostra aos canais de aquisição de dados usados para os termopares da placa e, em seguida, o ajuste automático do software pôde ajustar as temperaturas da placa durante o teste para obter a diferença de temperatura da amostra especificada. Os parâmetros de equilíbrio foram definidos como 1% (bruto) e 0,1% (fino). Os testes foram realizados em temperatura ambiente (temperatura média da amostra, consulte a tabela 1). A diferença de temperatura entre as duas placas GHP foi de aproximadamente 26 K, com uma diferença de temperatura de 12 K em toda a amostra. Para o HFM, a diferença de temperatura da placa foi de aproximadamente 18 K com 8 K em toda a amostra.

Resultados do teste

Os resultados são apresentados na Tabela 1. 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 1,8 W/(m.K) para a amostra de concreto de maior DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade C é significativamente maior em comparação com 1,2 - 1,3 W/(m.K) para A e B, como esperado. A concordância entre os métodos é muito boa, especialmente considerando a baixa resistência térmica das amostras e as superfícies imperfeitas. A média 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 medida pelo HFM para as amostras individuais varia de 4,1% menor a 2,4% maior em comparação com a medição GHP de ambas as amostras.

Tabela 1: 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 do concreto por GHP e HFM

Conclusão

Ambos os métodos, o GHP absoluto e o HFM relativo, são qualificados 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 e a resistência térmica de materiais de construção rígidos e 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 mais alta (>1 W/(m.K)), mesmo com superfícies ásperas. Foi demonstrado que é possível obter medições precisas da temperatura da superfície com o uso de termopares adicionais e folhas compatíveis entre as placas e a amostra. O desvio de small entre os resultados dos testes GHP e HFM já indica a capacidade de alto desempenho de ambos os métodos.