O padrão “Método de teste padrão ASTM C177-19 para medições de fluxo de calor em estado estacionário e condutividade térmica por meio de aparelho de placa quente protegida” desenvolvido pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) descreve critérios para medição laboratorial de fluxo de calor em estado estacionário através de espécimes planos e homogêneos quando em contato com limites sólidos e paralelos cujas superfícies são mantidas em temperaturas constantes.
O aparelho de teste projetado para essa finalidade é conhecido como aparelho de placa quente protegida e é um método primário (ou absoluto). Este método de teste é comparável, mas não idêntico, ao método de teste padrão ISO 8302.
Este método de teste estabelece os requisitos gerais de projeto necessários para fabricar e operar um dispositivo de placa quente protegida satisfatório. Abrange uma ampla gama de estruturas de dispositivos, condições de teste e condições operacionais. Projetos detalhados adequados para este método de teste não são fornecidos, mas devem ser desenvolvidos dentro das restrições dos requisitos gerais. Exemplos de ferramentas de análise, conceitos e procedimentos usados no projeto, construção, calibração e operação de um dispositivo de placa quente protegida estão incluídos no padrão (Recursos).
Este método de teste abrange modos de medição unilaterais e bilaterais. São permitidos projetos de placas quentes blindadas distribuídas e de fonte de linha. O usuário deve consultar as normas ASTM C1044 e ASTM C1043 para obter mais detalhes sobre esses projetos de aquecedores.
O aparelho de placa de aquecimento blindada pode ser operado com fluxo de calor vertical ou horizontal. Entretanto, o usuário é avisado de que, se ocorrer fluxo de calor convectivo dentro das amostras, os resultados dos testes obtidos nas duas orientações podem ser diferentes.
Embora nenhum limite superior absoluto possa ser fornecido para a magnitude da condutividade da amostra que pode ser medida na placa quente protegida, por razões práticas, a condutividade da amostra deve ser menor que o valor fornecido no padrão.
Este método de teste é aplicável à medição de uma ampla variedade de amostras, de sólidos opacos a materiais porosos ou transparentes, e a uma ampla gama de condições ambientais, incluindo medições em temperaturas extremas e com uma variedade de gases e pressões.
Inomogeneidades perpendiculares à direção do fluxo de calor, como estruturas em camadas, podem ser avaliadas com sucesso usando este método de teste. Entretanto, testar amostras com heterogeneidades na direção do fluxo de calor, como um sistema de isolamento com ponte térmica, pode produzir resultados específicos do local e não deve ser tentado com tal dispositivo. A norma ASTM C1363 é válida para testar esses sistemas.
O cálculo das propriedades de transferência de calor com base em medições feitas usando este método deve ser feito de acordo com a norma ASTM C1045.
Para garantir o nível esperado de precisão e exatidão, aqueles que aplicam esta norma devem ter conhecimento sobre os requisitos para práticas de medição e teste térmico e a aplicação prática da teoria de transferência de calor no que se refere a materiais e sistemas de isolamento térmico. Procedimentos operacionais detalhados, incluindo diagramas de projeto e desenhos elétricos, devem estar disponíveis para cada dispositivo para garantir que os testes estejam em conformidade com este método de teste. Além disso, os sistemas automatizados de coleta e processamento de dados conectados ao dispositivo devem ser validados quanto à sua precisão. Isso pode ser feito inserindo conjuntos de dados associados à calibração e resultados conhecidos em programas de computador.
É impraticável que tal método de teste especifique detalhes e procedimentos de projeto e construção para cobrir todas as contingências, o que pode representar um desafio para uma pessoa sem conhecimento técnico de teoria de fluxo de calor, medições de temperatura e práticas gerais de teste. O usuário também pode achar necessário ser um designer ou um fabricante, ou ambos, ao reparar ou substituir o dispositivo, onde as demandas de compreensão fundamental e técnica experimental cuidadosa são maiores. A padronização deste método de teste não pretende restringir de forma alguma o desenvolvimento futuro de dispositivos ou procedimentos novos ou aprimorados.
Este método de teste não especifica todos os detalhes necessários para o funcionamento do dispositivo. As decisões referentes à amostragem, seleção de amostras, pré-condicionamento, montagem e posicionamento de amostras, seleção de condições de teste e avaliação de dados de teste devem seguir os métodos de teste, diretrizes, práticas ou especificações de produtos ou regulamentações regulatórias aplicáveis da ASTM. Se nenhuma norma aplicável estiver disponível, um bom julgamento de engenharia que reflita os princípios aceitos de transferência de calor deve ser usado e documentado.
Este método de teste permite que uma ampla gama de projetos de instrumentos e precisões de projeto sejam usados para atender aos requisitos de problemas específicos de medição. A conformidade com este método de teste exige uma declaração da incerteza de cada variável relatada no relatório.
A figura apresentada na norma mostra os principais componentes do sistema idealizado: dois conjuntos isotérmicos de superfície fria e uma placa protegida-quente. É possível que alguns dispositivos tenham mais de uma proteção. A placa quente protegida consiste em uma seção medida isolada termicamente da proteção primária concêntrica por uma separação ou abertura especificada. Alguns dispositivos podem ter mais de uma proteção. O espécime de teste é intercalado entre essas três unidades. No modo de medição dupla face, a amostra na verdade consiste em duas partes. Neste caso a medição produz um resultado que é a média das duas partes e por isso é importante que as duas partes estejam bem próximas uma da outra. Ao utilizar o modo de medição unilateral, aplica-se a norma ASTM C1044. Para o uso de uma placa de aquecimento protegida que inclui o uso de um aquecedor de alimentação de linha, aplica-se a norma ASTM C1043.
A placa de aquecimento blindada fornece a potência (fluxo de calor por unidade de tempo) para a medição e define o volume de teste real, ou seja, a porção da amostra que é realmente medida. A função da blindagem primária do aparelho de placa quente blindada e de qualquer blindagem coplanar adicional, se presente, é fornecer condições térmicas apropriadas dentro do volume de teste para reduzir o fluxo de calor lateral dentro do aparelho. As condições idealizadas são mostradas na figura pela configuração de superfícies isotérmicas e linhas de fluxo de calor constante dentro da amostra.
Desvios da configuração idealizada são causados por: heterogeneidades da amostra, diferenças de temperatura entre a seção medida e a proteção (desequilíbrio de folga) e diferenças de temperatura entre a borda externa do conjunto e o ambiente controlado circundante (desequilíbrio de borda).
Três dispositivos de aquecimento/resfriamento são projetados para criar superfícies isotérmicas nas superfícies das amostras dentro da seção transversal medida. As duas superfícies designadas como conjuntos de superfícies frias são ajustadas para a mesma temperatura para o modo de operação de dupla face. Na prática, ocorre algum fluxo de calor lateral porque as placas e amostras são de tamanho finito e o ambiente externo controlado geralmente está em uma temperatura diferente da borda da seção medida. A proteção primária da placa de aquecimento blindada limita a magnitude do fluxo de calor lateral na seção transversal medida. A eficácia da proteção primária é determinada, em parte, pela relação entre sua dimensão lateral, o tamanho da seção medida e a espessura da amostra.
A conformidade com este método de teste requer: estabelecer condições de estado estável e medir o fluxo de calor unidirecional através da seção medida, a área da seção medida, o gradiente de temperatura através da amostra em termos da temperatura da superfície quente e da temperatura da superfície fria (ou equivalentemente, a temperatura entre as duas superfícies), a espessura de cada amostra e o equilíbrio de proteção entre a seção medida e a proteção primária.
Nossa organização, que vem tentando dar suporte a empresas de todos os setores com uma ampla gama de estudos de testes, medições, análises e avaliações realizados há anos, conta com uma equipe forte que acompanha de perto os desenvolvimentos no mundo no campo da ciência e tecnologia e se aprimora constantemente. Neste contexto, também são fornecidos serviços de teste às empresas de acordo com a norma “Método de teste padrão ASTM C177-19 para medições de fluxo de calor em estado estacionário e propriedades de condutividade térmica por meio de um aparelho de placa quente protegida”.
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