EN ISO 8990 Isolamento Térmico - Determinação das Propriedades de Transferência de Calor em Estado Estacionário - Caixa Quente Calibrada e Protegida

A norma “EN ISO 8990 Isolamento térmico - Determinação das propriedades de condutividade térmica em estado estacionário - Caixa quente calibrada e protegida”, que tem sua base em uma norma europeia e foi posteriormente publicada pela Organização Internacional de Normalização (ISO), descreve os princípios de projeto de aparelhos e os requisitos mínimos que devem ser atendidos para a determinação das propriedades de condutividade térmica em estado estacionário de laboratório de componentes de construção e componentes similares para uso industrial. Entretanto, não especifica um projeto específico, pois os requisitos variam, especialmente em termos de tamanho e também, em menor grau, em termos de condições operacionais.

Esta norma também descreve o dispositivo, a técnica de medição e os relatórios de dados necessários. Componentes especiais, como janelas, exigem procedimentos adicionais não incluídos nesta norma. Também são excluídas as medições do efeito da transferência ou redistribuição de umidade no fluxo de calor, mas o possível efeito da transferência de umidade na precisão e relevância dos resultados dos testes deve ser levado em consideração no projeto e na operação do equipamento. As propriedades que podem ser medidas são condutividade térmica e resistência térmica.

Esta norma inclui dois métodos alternativos: o método da caixa quente calibrada e o método da caixa quente protegida. Ambos os métodos são adequados para amostras verticais, como paredes, e amostras horizontais, como tetos e pisos. O dispositivo pode ser grande o suficiente para examinar componentes em escala real. Esses métodos são projetados principalmente para medições laboratoriais de amostras grandes e não homogêneas, mas amostras homogêneas também podem ser testadas e são necessárias para calibração e validação.

Ao testar amostras homogêneas de acordo com esta norma, a experiência mostrou que geralmente é possível obter uma precisão de mais/menos 5 por cento. Entretanto, a precisão de cada instrumento é estimada referenciando amostras homogêneas com condutividade térmica que se estende além do intervalo a ser medido usando o instrumento. A estimativa de precisão para amostras não homogêneas é mais complexa e envolve a análise do mecanismo de fluxo de calor no tipo específico de amostra não homogênea que está sendo testada. Tais análises estão fora do escopo desta norma.

Esta norma não fornece diretrizes para medições envolvendo transferência de massa da amostra durante o teste.

Para os fins desta norma, aplicam-se as seguintes definições:

• A temperatura radiante média se refere à ponderação apropriada das temperaturas das superfícies visualizadas pela amostra com a finalidade de determinar a taxa de fluxo de calor radiante para a superfície da amostra.
• A ponderação ambiental da temperatura refere-se ao cálculo das temperaturas adequadas do ar e da radiação com a finalidade de determinar a taxa de fluxo de calor radiante para a superfície da amostra.

Ambos os tipos de dispositivos, ou seja, a caixa quente blindada e a caixa quente calibrada, são geralmente projetados para reproduzir as condições de contorno convencionais de uma amostra entre dois fluidos atmosféricos, cada um com temperatura uniforme. A amostra é colocada entre uma câmara quente e uma fria em temperaturas ambientes conhecidas. As medições são feitas em condições estáveis ​​de temperatura do ar e da superfície e de energia fornecida à câmara do lado quente. A partir dessas medições, as propriedades de transferência térmica da amostra são calculadas. A troca de calor nas superfícies dos componentes da amostra de teste é tanto convectiva quanto radiativa. O primeiro depende da temperatura e da velocidade do ar, e o último depende das temperaturas das superfícies da amostra e das superfícies vistas pela superfície da amostra de teste e da emissividade hemisférica total. Os efeitos da transferência de calor por convecção e radiação são combinados no conceito de temperatura ambiente e coeficiente de transferência de calor de superfície.

A transmitância térmica é definida entre duas temperaturas ambientes e, portanto, medições de temperatura apropriadas são necessárias para permitir sua determinação. Isso é particularmente importante para corpos de prova com baixa resistência térmica, onde os coeficientes superficiais de transferência de calor são responsáveis ​​por uma parcela significativa da resistência total. No caso de espécimes de teste com resistência térmica moderada a alta, pode ser suficiente registrar apenas as temperaturas do ar durante o teste se a diferença entre as temperaturas do ar e radiante em ambos os lados do espécime de teste puder ser pequena o suficiente para atender aos requisitos de precisão.

Um caso especial ocorre quando a caixa quente tem um painel radiante próximo ao lado quente da amostra como fonte de calor. Neste caso, o componente radiante se torna mais dominante na transferência de calor para a superfície da amostra. Este método com um painel radiante pode ser usado para medir a resistência térmica da amostra, mas não é adequado para medições diretas de transmitância térmica em coeficientes de superfície convencionais.

Na caixa quente blindada, a caixa de medição é cercada por uma caixa de proteção na qual o ambiente é controlado para minimizar o fluxo de calor lateral para a amostra e o fluxo de calor através das paredes da caixa de medição. Idealmente, quando uma amostra homogênea é montada no dispositivo e as temperaturas são uniformes tanto dentro quanto fora da caixa de medição, e também quando as temperaturas do lado frio e os coeficientes de transferência de calor da superfície são uniformes, um equilíbrio de temperatura para o ar tanto dentro quanto fora da caixa de medição implica um equilíbrio na superfície da amostra e vice-versa. O fluxo total de calor através da amostra é igual à entrada de calor na caixa de medição.

A caixa quente calibrada é cercada por uma área com temperatura controlada que não tem a mesma temperatura do ar dentro da caixa de medição. As perdas de calor através das paredes da caixa são mantidas baixas pelo uso de uma estrutura com alta resistência térmica. A entrada de energia total deve ser corrigida para perdas na parede e perdas laterais. O caminho do fluxo de calor lateral é mostrado na figura que mostra detalhes da amostra e da estrutura da amostra com paredes de caixa laterais quentes e frias adjacentes. A correção para perdas na parede da caixa e perdas laterais é determinada por testes em amostras de calibração de resistência térmica conhecida. Para calibração de perda lateral, as amostras de calibração devem cobrir a mesma espessura e faixa de resistência térmica das amostras a serem medidas e a faixa de temperatura de uso pretendida.

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