Conductivitate termică Conductivitate termică Themacs Ingenierie

Măsurarea conductivității termice

conductivitate

Conductivitatea termică sau conductanța termică a unui material cuantifică capacitatea acestuia de a transmite căldură. Această proprietate variază în funcție de temperatură și compoziția materialului. De exemplu, conductivitatea poate varia de la 237 W.m-1.K-1 pentru aluminiu pur la 130 W.m-1.K-1 pentru un aliaj slab aliajat. Acesta este motivul pentru care în aplicațiile critice este necesar să se măsoare această proprietate pe materialele utilizate efectiv.

Cele mai comune trei metode utilizate în industrie și cercetare sunt:

  • Metoda plăcii fierbinți protejate
  • Metoda flash
  • Metoda firului fierbinte

Aceste trei metode fac obiectul unui număr mare de publicații și standarde (ISO NF-EN și ASTM).

Definiția conductivity

Conductivitatea este o proprietate termică care este definită ca fiind coeficientul de proporționalitate între debitul de căldură și gradientul de temperatură:

Când transferurile de căldură sunt într-o singură direcție, alegerea este de a transcrie acest transfer de căldură în 1D. Prin urmare, ecuația căldurii este scrisă în următoarea formă:

Dacă sursa de căldură este o putere P distribuită uniform pe o suprafață S avem:

Conductivitatea termică este implicată în calculul difuzivității termice și al efuzivității termice.

Măsurarea conductivității în starea de echilibru:

Cea mai frecvent utilizată metodă este de a crea un flux unidirecțional. Acest lucru este posibil prin plasarea probei între două planuri izoterme de temperaturi diferite.
Problema cu măsurarea stării de echilibru este pierderea de căldură. Pentru a evita acest lucru, reducem pierderile fie folosind un eșantion fin, astfel încât pierderile să fie neglijabile, fie folosind un dispozitiv de protecție

Metoda plăcii fierbinți păstrate

Placă fierbinte protejată: Principiul este de a utiliza 2 probe identice și de a le supune unui flux 1D într-o zonă de măsurare înconjurată de o zonă de protecție. Probele sunt în general pătrate. Avantajul de a avea 2 probe identice este de a evita o protecție termică în spatele avionului fierbinte. Cu metoda fluxmetrică, poate fi utilizat doar un eșantion.

Zonele de măsurare și de protecție sunt separate printr-un spațiu. Un tabel din standardul NF EN 12664 oferă un ordin de mărime al dimensionării dispozitivului de măsurare.

Această metodă are o variantă numită metoda fluxmetrică care constă în măsurarea fluxului 1D. Această metodă evită zonele de pază și permite doar un eșantion.

Standarde privind metoda plăcii fierbinți protejate:

NF EN 12939: Performanța termică a materialelor și produselor de construcție. Determinarea rezistenței termice prin metoda plăcii fierbinți protejate și metoda fluxmetrică. Produse groase cu rezistență termică înaltă și medie

XP CEN/TS 15548-1: Produse termoizolante pentru echipamente de construcții și instalații industriale. Determinarea rezistenței termice prin metoda plăcii fierbinți protejate. Partea 1: măsurători la temperatură ridicată între 100 ° C și 850 ° C

NF EN 12664: Performanță termică a materialelor și produselor de construcție. Determinarea rezistenței termice prin metoda plăcii fierbinți protejate și metoda fluxmetrică. Produse uscate și umede cu rezistență termică medie și scăzută.

NF EN 12667 (01.07.2001): Performanța termică a materialelor și produselor de construcție. Determinarea rezistenței termice prin metoda plăcii fierbinți protejate și metoda fluxmetrică.

NF X10-021 (01.12.1972): Materiale slab conductive. Determinarea conductivității termice Metoda plăcii fierbinți protejate cu probe simetrice

EN 12939 (2001-03-01): Titlu: Performanța termică a materialelor și produselor de construcție. Determinarea rezistenței termice prin metoda plăcii fierbinți protejate și metoda fluxmetrică. Produse groase cu rezistență termică ridicată și medie

ISO 10291: 1994 (1994-09-15): Sticla în construcție. Determinarea coeficientului de transmisie termică U, în stare stabilă a geamurilor multiple. Metoda plăcii fierbinți protejate.

ISO 8302: 1991 (1991-08-01): Izolație termică. Determinarea rezistenței termice și a proprietăților conexe în stare de echilibru. Metoda plăcii fierbinți protejate.

Metoda barei păzite

Dispozitivul este identic în principiu cu metoda plăcii fierbinți protejate. Doar geometria diferă.
Această metodă este potrivită pentru materiale extrem de conductive, cum ar fi metalele. Următoarea figură arată acest tip de dispozitiv. Bara este încălzită de un element de încălzire. Puterea sa este măsurată cu precizie. Prin urmare, fluxul de căldură este cunoscut cu precizie. Schimburile laterale de căldură sunt limitate de un material izolant care suferă același gradient de temperatură. La fiecare altitudine a barei izolatorul se află la aceeași temperatură ca proba. Această metodă este utilizată chiar și la temperaturi ridicate. Aceasta rămâne o metodă de referință în laboratoarele de metrologie precum NMI (Institutul Metrologic Național). Temperatura este măsurată în mai multe puncte. Interesul este dublu:

  • Putem avea conductivitatea la mai multe temperaturi dacă gradientul este mare.
  • Modelul termic poate fi corectat dacă există totuși pierderi laterale.