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Princípio e relevância do método do fluxómetro de calor
O método Método do Medidor de Fluxo de Calor (HFM) baseia-se no princípio fundamental da transferência de calor através de um material. Uma amostra é colocada entre duas placas com temperaturas definidas – uma com uma superfície quente e outra com uma superfície fria (1). A diferença de temperatura resultante provoca o fluxo de calor através da amostra, que é medido com precisão utilizando sensores de fluxo de calor. A medição propriamente dita é efectuada em condições estacionárias, pelo que é detectado um fluxo de calor constante.
O método garante uma elevada precisão de medição com desvios típicos inferiores a 2% e é adequado para a monitorização da qualidade no processo de produção de painéis de isolamento. A condutividade térmica específica (λ, medida em W/(m-K)) é calculada utilizando a equação de Fourier:
\(
\lambda = \frac{Q \cdot d}{A \cdot \Delta T}
\)
Em que Q é o fluxo de calor, d é a espessura da amostra, A é a área da amostra e ΔT é a diferença de temperatura.
Procedimento de medição em pormenor:
- A amostra é colocada no dispositivo de medição e entra em contacto com as placas quentes e frias de ambos os lados
- Os painéis geram um perfil de temperatura definido
- A diferença de temperatura e o fluxo de calor resultante são registados por sensores de fluxo de calor
- A condutividade térmica específica é calculada
- A espessura da amostra é detectada automaticamente por sensores de alta precisão
Aplicação no processo de produção de vários materiais de isolamento
Lã mineral
A lã mineral caracteriza-se pela sua baixa condutividade térmica e anisotropia acentuada. A orientação das fibras tem uma influência significativa na condutividade térmica, razão pela qual o método de medição deve ser validado para diferentes posições de instalação (2). No medidor de fluxo de calor, a
Desafios especiais com lã mineral:
- A orientação das fibras e os aglutinantes requerem pré-tratamentos, como a cura, para obter valores fiáveis
- A geometria da amostra e as condições de limite devem ser respeitadas com precisão
- Os efeitos de anisotropia devem ser tidos em conta na direção do fluxo de calor
Espuma de PU
A espuma de PU é um material isolante de alto desempenho cuja condutividade térmica é significativamente influenciada por vários parâmetros, tais como a densidade, a composição do gás celular, a humidade e o envelhecimento. A condutividade térmica aumenta ligeiramente com a idade, uma vez que os gases se difundem no interior da estrutura celular (3).
Factores críticos para a espuma de PU:
- Efeitos do envelhecimento devido às trocas gasosas na estrutura celular
- A densidade e o teor de humidade influenciam significativamente os resultados da medição
- A medição em condições normalizadas (por exemplo, temperatura média de 10°C) garante a comparabilidade
- O comportamento a longo prazo é registado utilizando métodos normalizados em conformidade com a norma EN 13165
Importância para o sector da construção e para a eficiência energética
O método do medidor de fluxo de calor oferece vantagens decisivas para a indústria de construção moderna na garantia de qualidade dos materiais de isolamento. Uma aplicação no processo permite um melhor controlo da produção. Isto contribui significativamente para a garantia de qualidade dos materiais de isolamento e para a minimização das perdas de energia nos edifícios.
Vantagens para a indústria:
O método método HFM trabalha em conformidade com normas reconhecidas, como a EN 12667, EN 13165, ASTM C518 e ISO 8301. O sistema representa uma alternativa económica a métodos de medição mais complexos e caracteriza-se por uma elevada precisão com um funcionamento de baixa manutenção e tempos de paragem curtos. A conformidade da certificação apoia o acesso ao mercado e serve como prova fiável de qualidade.
Desafios específicos do método e seu controlo
A precisão do método do medidor de caudal térmico e depende em grande parte da preparação e realização corretas da amostra. As superfícies uniformes da amostra e a medição correta da espessura são cruciais, uma vez que os erros de medição na espessura da amostra têm um efeito direto na condutividade térmica medida (ver acima: equação de Fourier)
Pontos de controlo críticos:
- Preparação de amostras com paralelismo plano e densidade homogénea
- Minimiza os efeitos de borda, respeitando cuidadosamente o tamanho da amostra
- O equilíbrio do estado estacionário deve ser atingido antes da leitura dos resultados da medição
- Reduzir a resistência de contacto entre a amostra e os pratos de medição
- Assegura a homogeneidade do campo de temperatura em toda a área da amostra
Os modernos sistemas HFM utilizam a tecnologia de aquecimento e arrefecimento Peltier, que assegura tempos de paragem reduzidos e minimiza os requisitos de manutenção. Isto reduz os tempos de paragem.
Validação científica e comparabilidade
A fiabilidade e a precisão do método do medidor de caudal térmico foram comprovadas por numerosos estudos científicos. As medições comparativas sob a forma de testes round robin revelam desvios inferiores a 2 % entre diferentes laboratórios e aparelhos de medição, o que sublinha a elevada reprodutibilidade e comparabilidade do método. Os ensaios em amostras anisotrópicas e húmidas demonstram a flexibilidade do método, e os estudos comparativos com outros métodos de medição, como a placa quente protegida mostram uma boa correlação. Além disso, os estudos a longo prazo documentam a estabilidade e a repetibilidade dos resultados. A base científica do método HFM está continuamente a ser expandida através de trabalhos de investigação que lidam com desafios específicos de materiais e otimização da tecnologia de medição. O método provou ser uma ferramenta particularmente fiável para analisar os efeitos da humidade e do envelhecimento.
Conclusão
O processo do medidor de fluxo de calor é um método indispensável para o controlo moderno da qualidade dos materiais de isolamento. A combinação de um tempo de medição curto, tipicamente de 15 minutos, de uma elevada precisão com menos de 2% de desvio e de ensaios não destrutivos, torna-o na ferramenta ideal para monitorizar a produção de lã mineral e de placas de isolamento de espuma de PU, permitindo medições em conformidade com as normas para certificação e prova de qualidade e fornecendo resultados cientificamente validados e reproduzíveis. Ao mesmo tempo, oferece uma alternativa económica a métodos de teste mais complexos e pode ser utilizado para uma vasta gama de tipos e espessuras de isolamento. Numa altura em que a eficiência energética e os
Lista de fontes
(1) TEC-Science: Método do fluxómetro de calor para a determinação da condutividade térmica https://www.tec-science.com/de/thermodynamik-waermelehre/waerme/heat-flow-meter-verfahren-zur-bestimmung-der-warmeleitfahigkeit-hfm/
(2) PMC: Determinação das propriedades térmicas da lã mineral necessárias para a modelação do comportamento ao fogo e aplicações estruturais
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10488771/
(3) Isolamento de alto desempenho: Materiais de isolamento térmico feitos de espuma rígida de poliuretano https://highperformanceinsulation.eu/wp-content/uploads/2016/08/Thermal_insulation_materials_made_of_rigid_polyurethane_foam.pdf
