Sensor de fluxo de calor

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Um sensor de fluxo de calor (inglês: Heat Flux Sensor; alemão: Wärmeflusssensor) é um transdutor que gera um sinal elétrico proporcional ao fluxo de calor aplicado à sua superfície. O fluxo de calor medido é dividido pela área de superfície fixa do sensor para determinar a densidade do fluxo de calor.

Exemplo de um sensor de fluxo de calor. A imagem corresponde ao modelo gSKIN XO 67 7C[1]. Este sensor é utilizado para medições do fluxo de calor, ou quando usado em combinação com sensores de temperatura para efetuar medições do valor U

O fluxo de calor pode ter diferentes origens; em princípio calor convectivo, assim como calor radioativo como condutivo pode ser medido. Sensores de fluxo de calor são conhecidos sob diferentes nomes, tais como transdutores de fluxo de calor, calibradores de fluxo de calor, placas de fluxo de calor.

Alguns instrumentos que realmente são de uso único como sensores de fluxo de calor. Um instrumento que tem como único propósito a medição da radiação solar é o piranômetros. Outros sensores de fluxo de calor incluem Gardon gauges[2] (também conhecido como um gauge de folha circular), termopilhas de filme fino,[3] e Schmidt Boelter gauges.[4] Em unidades SI o fluxo de calor é medido em watts, e a densidade do fluxo de calor é medida em watts por metro quadrado.[5]

Aplicações[editar | editar código-fonte]

Os sensores de fluxo de calor podem ser usados numa variedade de aplicações. Duas áreas promissoras são a análise da qualidade de isolamento térmico de edifícios e as propriedades de isolamento térmico de matérias têxteis. Esta funciona através da medição do coeficiente de transferência de calor do edifícios ou do objeto de têxtil de estudo. Além disso, as aplicações possíveis incluem a medição da velocidade de um fluxo de líquido e/ou gás[6], a determinação da temperatura por meio de métodos não invasivos[7] e a medição da potência de um feixe de laser[8].

Aplicações em edifícios[editar | editar código-fonte]

Muita energia é consumida diariamente para aquecimento e arrefecimento de edifícios, e estes geralmente não cumprem com a legislação[9] padrões atuais referentes ao isolamento de edifícios[10]. A este respeito, uma das aplicações mais importantes de sensores de fluxo de calor é o de controlar a qualidade do isolamento térmico no edifício através da medição da transmissão térmica do invólucro[11].

De acordo com a lei de transferência de calor, a densidade de fluxo de calor transmitido através da superfície de um invólucro, é diretamente proporcional à diferença de temperatura entre a superfície exterior e interior do objecto (por exemplo, uma parede). Este fator de proporcionalidade que é chamado de transmissão térmica ou valor U do invólucro. Neste caso, a relação entre a densidade de fluxo de calor medido pelo sensor de fluxo de calor e a diferença de temperatura em ambos os lados do compartimento fornece a informação necessária para calcular o coeficiente de transmissão térmica. Portanto, um valor de transmitância inferior térmica ou valor U indica um maior nível de isolamento[12].

Aplicações na indústria têxtil[editar | editar código-fonte]

A magnitude da densidade do fluxo de calor também é um parâmetro importante para o design de roupa desportiva, roupa de proteção para bombeiros, roupa para trabalhadores da indústria metalúrgica ou trabalhadores expostos a baixas temperaturas, como por exemplo, trabalhos em câmaras frigorificas.

Aqui, a relação entre a densidade de fluxo de calor medido usando um sensor de fluxo de calor e a diferença de temperatura entre a superfície interior e exterior da peça de vestuário permite determinar o coeficiente de transferência de calor do tecido[13], necessário para o desenvolvimento de vestuário de proteção térmica[14][15].

Referências

  1. «gSKIN Heat Flux Sensor» (em inglês). Consultado em 2016-09-04. 
  2. R.Gardon, "An instrument for the direct measurement of intense thermal radiation", Rev. Sci. Instrum., 24, 366-370, 1953.
  3. T.E. Diller, Advances in Heat Transfer, Vol. 23, p.297-298, Academic Press, 1993.
  4. C.T. Kidd and C.G. Nelson, "How the Schmidt-Boelter gage really works," Proc. 41st Int. Instrum. Symp., Research Triangle Park, NC: ISA, 1995, 347-368
  5. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty - physics.nist.gov (em inglês)
  6. ZhengYu Hu, MSc. thesis. http://www.collectionscanada.gc.ca/obj/thesescanada/vol2/OKQ/TC-OKQ-5128.pdf [S.l.: s.n.]  Ligação externa em |title= (Ajuda)
  7. Prediction of human core body temperature using non-invasive measurement methods. http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00484-013-0687-2 [S.l.: s.n.]  Ligação externa em |title= (Ajuda)
  8. «High-precision thermal sensors for laser power detection and heat flux measurements». www.waldytech.com. Consultado em 2016-09-04. 
  9. Código Técnico de la Edificación, Documento de Apoyo al Documento Básico (DB-HE Ahorro de energía). http://www.codigotecnico.org/images/stories/pdf/ahorroEnergia/DA-DB-HE-1-Calculo_de_parametros_caracteristicos.pdf [S.l.: s.n.]  Ligação externa em |title= (Ajuda)
  10. Carrington, Damian. (2013-11-29). "Britain's damp, leaky homes among Europe's most costly to heat" (em en-GB). The Guardian. ISSN 0261-3077.
  11. «U-Value Measurement instead of U-Value Calculation». U-Value and Building Physics (em alemão). Consultado em 2016-09-04. 
  12.  
  13. Zeinab S. Abdel-Rehim , M. M. Saad , M. El-Shakankery and I. Hanafy. «Textile fabrics as thermal insulators». http://www.autexrj.com/cms/zalaczone_pliki/5-06-3.pdf [S.l.: s.n.]  Ligação externa em |title= (Ajuda)
  14. «NTP 867- Ropa de protección para bomberos forestales». http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros/856a890/867w.pdf [S.l.: s.n.]  Ligação externa em |title= (Ajuda)
  15. «NTP 940- Ropa y guantes de protección contra el frío». http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/NTP/NTP/Ficheros/926a937/ntp-940%20w.pdf [S.l.: s.n.]  Ligação externa em |title= (Ajuda)