La norma “EN ISO 8990 Aislamiento térmico - Determinación de las propiedades de conductividad térmica en estado estacionario - Caja caliente calibrada y protegida”, que tiene su base en una norma europea y fue publicada posteriormente por la Organización Internacional de Normalización (ISO), describe los principios de diseño de aparatos y los requisitos mínimos que se deben cumplir para la determinación de las propiedades de conductividad térmica en estado estacionario en laboratorio de componentes de construcción y componentes similares para uso industrial. Sin embargo, no especifica un diseño específico, ya que los requisitos varían, especialmente en cuanto a tamaño y también en menor medida en cuanto a condiciones de operación.
Esta norma también describe el dispositivo, la técnica de medición y los informes de datos requeridos. Los componentes especiales, como las ventanas, requieren procedimientos adicionales no incluidos en esta norma. También se excluyen las mediciones del efecto de la transferencia o redistribución de humedad en el flujo de calor, pero el posible efecto de la transferencia de humedad en la precisión y relevancia de los resultados de las pruebas debe tenerse en cuenta en el diseño y funcionamiento del equipo. Las propiedades que se pueden medir son la conductividad térmica y la resistencia térmica.
Esta norma incluye dos métodos alternativos: el método de caja caliente calibrada y el método de caja caliente protegida. Ambos métodos son adecuados para muestras verticales como paredes y muestras horizontales como techos y pisos. El dispositivo puede ser lo suficientemente grande como para examinar componentes a escala real. Estos métodos están diseñados principalmente para mediciones de laboratorio de muestras grandes y no homogéneas, pero, por supuesto, también se pueden analizar muestras homogéneas y son necesarias para la calibración y la validación.
Al probar muestras homogéneas de acuerdo con esta norma, la experiencia ha demostrado que generalmente se puede lograr una precisión de más/menos el 5 por ciento. Sin embargo, la precisión de cada instrumento se estima haciendo referencia a muestras homogéneas con conductividad térmica que se extiende más allá del rango que se medirá utilizando el instrumento. La estimación de la precisión para muestras no homogéneas es más compleja e implica el análisis del mecanismo de flujo de calor en el tipo particular de muestra no homogénea que se está probando. Estos análisis quedan fuera del alcance de esta norma.
Esta norma no proporciona pautas para mediciones que involucran transferencia de masa de la muestra durante la prueba.
Para los efectos de esta norma, se aplican las siguientes definiciones:
Ambos tipos de dispositivos, es decir, la caja caliente protegida y la caja caliente calibrada, están diseñados generalmente para reproducir las condiciones límite convencionales de una muestra entre dos fluidos atmosféricos, cada uno de temperatura uniforme. La muestra se coloca entre una cámara caliente y otra fría a temperaturas ambiente conocidas. Las mediciones se realizan en estado estable de temperatura del aire y de la superficie y se suministra potencia a la cámara del lado caliente. A partir de estas mediciones, se calculan las propiedades de transferencia térmica de la muestra. El intercambio de calor en las superficies de los componentes de la muestra de prueba es tanto convectivo como radiativo. El primero depende de la temperatura y la velocidad del aire, y el segundo depende de las temperaturas de las superficies de la muestra y de las superficies vistas por la superficie de la muestra de prueba y de la emisividad hemisférica total. Los efectos de la transferencia de calor por convección y radiación se combinan en el concepto de temperatura ambiente y coeficiente de transferencia de calor superficial.
La transmitancia térmica se define entre dos temperaturas ambiente y, por lo tanto, se requieren mediciones de temperatura adecuadas para permitir su determinación. Esto es especialmente importante para probetas con baja resistencia térmica, donde los coeficientes de transferencia de calor de la superficie representan una parte significativa de la resistencia total. En el caso de muestras de prueba con resistencia térmica moderada a alta, puede ser suficiente registrar solo las temperaturas del aire durante la prueba si se puede demostrar que la diferencia entre las temperaturas del aire y la temperatura radiante a cada lado de la muestra de prueba es lo suficientemente pequeña para cumplir con los requisitos de precisión.
Un caso especial ocurre cuando la caja caliente tiene un panel radiante cerca del lado caliente de la muestra como fuente de calor. En este caso, el componente radiante se vuelve más dominante en la transferencia de calor a la superficie de la muestra. Este método con un panel radiante se puede utilizar para medir la resistencia térmica de la muestra, pero no es adecuado para mediciones directas de transmitancia térmica en coeficientes de superficie convencionales.
En la caja caliente protegida, la caja de medición está rodeada por una caja de protección en la que se controla el entorno para minimizar el flujo de calor lateral hacia la muestra y el flujo de calor a través de las paredes de la caja de medición. Idealmente, cuando se monta una muestra homogénea en el dispositivo y las temperaturas son uniformes tanto dentro como fuera de la caja de medición, y también cuando las temperaturas del lado frío y los coeficientes de transferencia de calor de la superficie son uniformes, un equilibrio de temperatura para el aire tanto dentro como fuera de la caja de medición implica un equilibrio en la superficie de la muestra y viceversa. El flujo de calor total a través de la muestra es igual a la entrada de calor en la caja de medición.
La caja caliente calibrada está rodeada por un área de temperatura controlada que no tiene la misma temperatura que la temperatura del aire dentro de la caja de medición. Las pérdidas de calor a través de las paredes de la caja se mantienen bajas gracias al uso de una estructura con alta resistencia térmica. La entrada de potencia total debe corregirse por pérdidas en la pared y pérdidas laterales. La trayectoria del flujo de calor lateral se muestra en la figura que muestra detalles de la muestra y el marco de muestra con paredes laterales frías y calientes adyacentes de la caja. La corrección de las pérdidas en las paredes de la caja y las pérdidas laterales se determina mediante pruebas en muestras de calibración de resistencia térmica conocida. Para la calibración de pérdida lateral, las muestras de calibración deben cubrir el mismo espesor y rango de resistencia térmica que las muestras que se van a medir y el rango de temperatura de uso previsto.
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