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Jan 07, 2024

Medição do fluxo de calor através do vidro isolante a vácuo, parte 1

Data: 1º de agosto de 2022 Autores: Cenk Kocer, Antti Aronen, Richard Collins, Osamu Asano e Yumi Ogiso Fonte: Glass Structures & Engineering | https://doi.org/10.1007/s40940-022-00182-0 Não uniformidades em

Data: 1º de agosto de 2022

Autores: Cenk Kocer, Antti Aronen, Richard Collins, Osamu Asano e Yumi Ogiso

Fonte: Estruturas e Engenharia de Vidro | https://doi.org/10.1007/s40940-022-00182-0

As não uniformidades no fluxo de calor através dos pilares de sustentação em vidros isolantes a vácuo (VIG) podem levar a erros significativos na medição das propriedades de isolamento térmico desses dispositivos. Este artigo discute esses erros em instrumentos para os quais a área de medição está em contato térmico direto com as lâminas de vidro. As não uniformidades espaciais do fluxo de calor em diferentes projetos de VIG são modeladas usando o método dos elementos finitos. Para medir áreas com grandes dimensões em comparação com a separação dos pilares de suporte, os erros são inaceitavelmente grandes para todos os projetos práticos do VIG quando se utilizam instrumentos de placa quente protegidos. Esses erros são menores para instrumentos medidores de fluxo de calor devido à construção do transdutor de fluxo de calor.

O vidro isolante a vácuo (VIG), mostrado na Fig. 1, é um vidro termicamente isolante que consiste em duas folhas de vidro que são hermeticamente seladas em torno das bordas, com um espaço interno fino e altamente evacuado (Collins e Robinson 1991; Collins e Simko 1998 ; Collins e outros 1995). A separação das folhas de vidro sob as forças devidas à pressão atmosférica é mantida por um conjunto de pequenos pilares de suporte. Os pilares são colocados em uma grade quadrada separada por λp. Definimos uma célula unitária do conjunto de pilares como uma área quadrada de dimensões λp×λp, com lados orientados paralelamente às fileiras de pilares e um único pilar no centro.

Vários processos contribuem para o fluxo de calor através de uma amostra VIG: condução térmica através dos pilares de suporte, radiação entre as superfícies internas das folhas de vidro, condução térmica através do gás residual e condução térmica ao longo das folhas de vidro nas proximidades da vedação da borda. Definimos o fluxo de calor como o fluxo de calor por unidade de área em qualquer ponto, com unidades W m⁻². O fluxo de calor altamente localizado através dos pilares e o fluxo de calor ao longo das folhas de vidro perto da vedação da borda resultam em não uniformidades espaciais significativas no fluxo de calor através das superfícies externas das folhas de vidro do VIG.

Desde 1989, a Universidade de Sydney empreendeu um programa abrangente de pesquisa e desenvolvimento em ciência e tecnologia VIG (Collins e Robinson 1991; Collins e Simko 1998; Collins et al. 1995; Ashmore et al. 2016). Uma parte essencial deste programa é a capacidade de caracterizar o fluxo de calor através de amostras VIG. Isto é feito usando instrumentos de placa quente protegidos, construídos sob medida, nos quais a dimensão da área de medição é pequena em comparação com a separação dos pilares de suporte (Collins et al. 1993; Dey et al. 1998). As contribuições separadas para o fluxo de calor devido aos pilares individuais e a radiação entre as folhas de vidro são combinadas para fornecer o fluxo de calor total. Os dados obtidos com estes instrumentos foram validados por medições em amostras de grandes áreas em instrumentos convencionais de caixa quente calibrados e protegidos (Simko et al. 1999).

Infelizmente, a placa de aquecimento protegida por pequena área não é um instrumento comercial prontamente disponível. Os instrumentos comerciais padrão de placa de aquecimento e fluxo de calor normalmente medem as contribuições de muitos pilares. Com tais instrumentos, o fluxo de calor medido através de uma amostra VIG é, em geral, dependente da posição da área de medição em relação ao conjunto de pilares.

Este é o primeiro (Parte 1) de dois artigos que discutem a medição das propriedades de isolamento térmico de amostras VIG utilizando instrumentos de grande área em regiões remotas das bordas. Este artigo trata de configurações nas quais a área de medição do instrumento está em contato térmico direto com as lâminas de vidro do VIG. Nesta situação, o calor que flui para a área de medição pode diferir significativamente do fluxo de calor médio através do VIG sobre uma área equivalente devido aos pilares, levando a erros nas medições.