Métodos transientes de troca de calor na determinação das propriedades térmicas de materiais cerâmicos: II - o método do fio quente

Abstract

A condutividade térmica, a difusividade térmica e o calor específico, conhecidos como propriedades térmicas são as três propriedades físicas de um material mais importantes do ponto de vista de cálculos térmicos. Elas são essenciais na determinação dos parâmetros de resistência ao choque térmico em refratários e na determinação dos fatores de dissipação de calor em fornos e fornalhas. A condutividade térmica é um parâmetro importante em problemas envolvendo transferência de calor em regime estacionário, enquanto que a difusividade térmica é importante em estados não estacionários de troca de calor. O calor específico, propriedade importante em altas temperaturas, está associado ao consumo de energia durante o aquecimento. Normalmente essas três propriedades são determinadas separadamente por técnicas e equipamentos individuais. Hoje são conhecidos vários métodos para a determinação da condutividade térmica e difusividade térmica. Recentemente, os métodos transientes de troca de calor têm sido os métodos preferidos na determinação das propriedades térmicas de materiais. Neste trabalho é feita uma descrição e uma análise crítica de um dos métodos mais utilizados na determinação das propriedades térmicas de materiais cerâmicos: o método do fio quente. Com este método é possível determinar simultaneamente, a partir do mesmo transiente térmico experimental, as três propriedades térmicas. Resultados numéricos são também apresentados.

Advances on the hot wire technique

“…Concerning the first limitation, 16,20,21 as higher is the thermal conductivity, as smaller is the time interval to be considered in the calculations, what may compromise the reliability of the results obtained. This limitation may be partially solved with the surface technique, since the time interval available for the calculations becomes bigger.…”

Design, Construction and Commissioning of an Apparatus for Measuring the Thermal Conductivity of Geothermal Grouting Materials Based on the Transient Hot Wire Method

“…To solve this partial differential equation, two boundary conditions are needed: Equations (2) and (3). An initial condition is also needed: Equation (4).…”

“…where, ∆ , is the increase in temperature at a point placed at a radial distance "r" of the hot wire and at a time "t" measured from the start of heating, q is the heating power per unit length and α is the thermal diffusivity of the medium. The solution of Equation (1) can be approximated to the following expression [2,4]:…”

“…The transient hot wire method has the following advantages: It is a fast, precise and economical method, with an extensive use and it allows obtaining the thermal conductivity at room temperature [2]. However, it has the following limitations: Heterogeneous materials, anisotropic materials, semitransparent materials, materials that can conduct electricity and materials with high thermal conductivity [1,3].…”

Caracterização da espuma rígida de poliuretano (PU) derivada de óleo de mamona para isolamento térmico na construção civil

“…Por meio da utilização da técnica Dinâmico-Mecânica (DMA) foi possível determinar a temperatura de transição vítrea da espuma e os módulos viscoelásticos de armazenamento (E') e de perda (E‖) assim como os valores de Tan Delta. O Método do Fio Quente Paralelo proporcionou a determinação do valor da condutividade térmica da espuma, que a classificou como um material muito isolante (1).A espuma rígida de poliuretano apresentou propriedades termomecânicas compatíveis para utilização como isolante térmico em temperaturas abaixo da ambiente, e em temperaturas acima de 100 o C. O estudo comparativo entre quatro células de teste para análise do comportamento térmico do forro foi feito com a coleta de dados em canteiro experimental. Os resultados obtidos comprovaram a eficiência da espuma rígida de poliuretano derivada do óleo de mamona na redução da entrada de calor durante o período de radiação solar global máxima e a atenuação da perda de calor no período sem influência da radiação solar.…”