O padrão “ASTM D5334-22 Método de teste padrão para determinar a condutividade térmica do solo e da rocha pelo procedimento de sonda de agulha térmica” publicado pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) descreve um método de teste para determinar a condutividade térmica do solo e da rocha usando um método de calor transiente. Este método de teste é aplicável tanto a amostras de solo e rocha intactas quanto a amostras de solo reconstituído e é eficaz em laboratório e em campo. Este método de teste é mais adequado para materiais homogêneos, mas também pode fornecer um valor médio representativo para materiais não homogêneos.
Este método de teste pode ser aplicado a materiais secos, insaturados ou saturados que podem acomodar um furo para o sensor. A sonda de agulha térmica é válida em temperaturas entre 0 e 100 graus, dependendo da adequação de sua estrutura aos extremos de temperatura. No entanto, é preciso ter cuidado para evitar erros graves resultantes de:
Todos os valores observados e calculados devem estar em conformidade com os dígitos significativos e as instruções de arredondamento especificadas na norma ASTM D6026. Os procedimentos usados nesta norma para especificar como os dados são coletados, registrados ou calculados são considerados padrões da indústria. Geralmente também representa dígitos significativos que precisam ser armazenados. Os procedimentos utilizados não levam em consideração nenhuma alteração material, a finalidade para a qual os dados foram obtidos, estudos de propósito específico ou quaisquer considerações relacionadas aos objetivos do usuário, e é prática comum aumentar ou diminuir os dígitos significativos dos dados relatados de acordo com essas considerações. Está além do escopo desta norma considerar dígitos significativos usados em métodos analíticos para projetos de engenharia.
Este método de teste também é aplicável e amplamente utilizado para determinar a condutividade térmica de vários materiais porosos de engenharia de origem geológica, incluindo concreto, aterro térmico fluidizado e argamassa térmica.
Para os fins desta norma, além dos termos e definições fornecidos na ASTM D653, aplicam-se as seguintes definições:
A condutividade térmica é determinada por uma variação do método de teste de fonte de linha usando uma sonda de agulha com uma grande relação comprimento-diâmetro para simular condições para uma fonte de aquecimento infinitamente longa e infinitamente fina. A sonda consiste em um elemento de aquecimento e um elemento de medição de temperatura e é colocada na amostra. Uma corrente e voltagem conhecidas são aplicadas ao elemento de aquecimento da sonda por um período de tempo especificado e o aumento de temperatura é registrado. A queda de temperatura ao longo do tempo após a interrupção do aquecimento também pode ser incluída na análise. A condutividade térmica é obtida a partir da análise de dados de séries temporais de temperatura durante o ciclo de aquecimento e, opcionalmente, o ciclo de resfriamento, comparando-os com uma curva teórica usando a técnica de inversão de mínimos quadrados não linear.
A condutividade térmica de amostras de solo intacto, amostras de solo reconstituído e amostras de rocha é usada para analisar e projetar sistemas como linhas de transmissão subterrâneas, oleodutos e gasodutos, descarte de resíduos radioativos, aplicações geotérmicas e instalações de armazenamento de energia solar. As medições podem ser feitas no local ou as amostras podem ser testadas em um laboratório.
Ao realizar o teste, a massa da amostra é ajustada para o 0,01 grama mais próximo e registrada. O comprimento e o diâmetro da amostra são definidos em 0,1 mm e registrados. Pelo menos três medições de comprimento são feitas em intervalos de 120 graus e pelo menos três medições de diâmetro são feitas em pontos de um quarto da altura. O comprimento e o diâmetro médios da amostra são determinados. A sonda de agulha térmica é colocada no eixo da amostra, empurrando a sonda para dentro da amostra. Se a amostra for densa, a agulha é inserida em um furo pré-perfurado a uma profundidade igual ao comprimento da sonda. É necessário garantir que o eixo da sonda térmica esteja completamente embutido na amostra e não fique parcialmente exposto.
Se for necessário fazer um furo na amostra, o furo será feito após a medição da massa. O diâmetro do furo deve ser igual ao diâmetro da sonda da agulha para garantir um encaixe firme. Para garantir melhor contato térmico entre a amostra e a sonda, a sonda pode ser revestida com uma fina camada de graxa térmica. Um dispositivo como uma furadeira de coluna pode ser usado para perfurar o furo e posicionar a sonda em linha reta, aumentando o contato entre a amostra e a sonda e reduzindo as folgas. A amostra é fixada na temperatura de teste selecionada e a sonda pode se equilibrar dentro da amostra. A estabilidade e o equilíbrio podem ser estimados observando a temperatura ao longo de um período de tempo. O fio de aquecimento da sonda térmica é conectado a uma fonte de corrente constante.
As extremidades do elemento de medição de temperatura são conectadas à unidade de leitura. Uma corrente constante conhecida é aplicada ao fio do aquecedor. A corrente e a tensão no aquecedor são registradas conforme necessário para calcular a potência. Durante o período de aquecimento, as leituras de cal e temperatura são registradas por pelo menos 20 a 30 etapas. A fonte de corrente constante é desligada. Se os dados de resfriamento forem incluídos na análise, as leituras de tempo e temperatura serão registradas por pelo menos 20 a 30 etapas por um período equivalente ao ciclo de aquecimento. Um método adequado é usado para determinar a condutividade térmica. O teor gravimétrico inicial de água é determinado e registrado de acordo com o método de teste padrão ASTM D2216, e a densidade seca (ou peso unitário) de uma amostra representativa da amostra é calculada.
Teoricamente, se uma quantidade constante de calor for aplicada a um aquecedor de massa zero por um certo período de tempo, a resposta de temperatura será calculada de acordo com a fórmula fornecida na norma. Após a entrada de calor ser desligada, a mudança de temperatura é calculada de acordo com a fórmula fornecida na norma.
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 D5334-22 para determinar a condutividade térmica do solo e da rocha por procedimento de sonda térmica por agulha”.
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