Εργαστηριακή επαλήθευση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας κυλινδρικών μονωτικών με εφαρμογή των διαθέσιμων προτύπων

Μάρκου, Ελένη; Markou, Eleni

dc.contributor.author	Μάρκου, Ελένη	el
dc.contributor.author	Markou, Eleni	en
dc.date.accessioned	2021-05-20T17:26:46Z
dc.date.available	2021-05-20T17:26:46Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53478
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21176
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Ναυτική και Θαλάσσια Τεχνολογία και Επιστήμη”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας	el
dc.subject	Επαλήθευση συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας	el
dc.subject	Πιστοποίηση συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας	el
dc.subject	Πρότυπα πιστοποίησης συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας	el
dc.subject	Θερμομονωτικά υλικά	el
dc.subject	Thermal conductivity coefficient	en
dc.subject	Verification of thermal conductivity coefficient	en
dc.subject	Certification of thermal conductivity coefficient	en
dc.subject	Thermal conductivity coefficient certification standards	en
dc.subject	Thrmal insulating materials	en
dc.title	Εργαστηριακή επαλήθευση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας κυλινδρικών μονωτικών με εφαρμογή των διαθέσιμων προτύπων	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Laboratory verification of the thermal conductivity of cylindrical insulators following available standards	en
heal.classification	Επιστήμη Μηχανολόγου Μηχανικού	el
heal.classification	Επιστήμη Ναυπηγού Μηχανολόγου Μηχανικού	el
heal.classification	Mechanical Engineering	en
heal.classification	Naval Architecture and Marine Engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-05-10
heal.abstract	Είναι γνωστό από το 2o θερμοδυναμικό αξίωμα ότι, η θερμότητα μεταφέρεται από ένα σώμα υψηλότερης θερμοκρασίας σε ένα χαμηλότερης (και ποτέ προς την αντίθετη κατεύθυνση) προκειμένου να επιτευχθεί η εξίσωση των θερμοκρασιών των δύο σωμάτων. Η μεταφορά θερμότητας σταματά όταν εξισώνονται οι θερμοκρασίες των δύο σωμάτων. Η κατάσταση αυτή ονομάζεται θερμική ισορροπία. Ανάλογα με το είδος της ύλης που υπάρχει ανάμεσα στα δύο σώματα, η μεταφορά της θερμότητας γίνεται με διαφορετικούς μηχανισμούς, που ονομάζονται μηχανισμοί μεταφοράς ή μετάδοσης ή διάδοσης της θερμότητας. Υπάρχουν, όπως είναι γνωστό τρεις τέτοιοι μηχανισμοί: η αγωγή, η συναγωγή και η ακτινοβολία. Ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας εκτός από την υπάρχουσα διαφορά θερμοκρασιών, εξαρτάται από τη φύση της ύλης των σωμάτων. Η επίδραση της φύσης της ύλης εκφράζεται με ένα συντελεστή, που λέγεται συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας και συμβολίζεται με το λ σε μονάδες θερμικής ισχύος ανά μονάδα πάχους ανά μονάδα διαφοράς θερμοκρασίας. Πιο απλά, ο συντελεστής λ ενός υλικού εκφράζει την ευκολία ή τη δυσκολία που αυτή παρουσιάζει στη μεταφορά θερμότητας. Ο συντελεστής λ αποτελεί μια θερμοφυσική ιδιότητα της ύλης. Το φυσικό φαινόμενο της μεταφοράς θερμότητας είναι χρήσιμο για τον ενεργειακό μηχανικό, ο οποίος εργάζεται για να το εντείνει ή να το περιορίσει. Όταν είναι αναγκαίο, ο μηχανικός είναι σε θέση να περιορίσει το φυσικό φαινόμενο της μεταφοράς θερμότητας, χρησιμοποιώντας θερμομονωτικά υλικά, υλικά δηλαδή με μικρό συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας λ με τιμή μικρότερη από 0.10 W/(m K) που παρουσιάζουν μεγάλη αντίσταση στη μεταφορά θερμότητας. Επομένως ο σκοπός της χρήσης των θερμομονωτικών υλικών είναι να μειώσουν το ρυθμό μεταφοράς θερμότητας μεταξύ σωμάτων ή χώρων που βρίσκονται σε διαφορετική θερμοκρασία. Ο τρόπος με τον οποίο λειτουργούν τα θερμομονωτικά για το σκοπό αυτό είναι εμποδίζοντας την αγωγή ή την ακτινοβολία. Διευκρινίζεται βεβαίως ότι σε καμία περίπτωση τα θερμομονωτικά δεν απορροφούν θερμότητα (δηλαδή δεν καταναλώνουν ενέργεια) Η ανάγκη για τη χρήση θερμομονωτικών προκύπτει για τη θερμομόνωση κτιρίων, ή τη θερμομόνωση επιφανειών και σωληνώσεων κλιματισμού ή θέρμανσης ή ψυκτικών εγκαταστάσεων. Προκύπτει επίσης σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις, για τον περιορισμό απωλειών θερμότητας κυρίως από σωληνώσεις και ασφαλώς σε μηχανοστάσια όλων των ειδών και σε εκείνα για μηχανές πλοίων. Τα θερμομονωτικά υλικά είναι πολύ σημαντικά σήμερα για την εξοικονόμηση ενέργειας σχεδόν σε όλες τις τεχνολογικές εκδηλώσεις της ανθρώπινης ζωής και άρα από αυτήν την άποψη συμβάλλουν στην πράσινη οικονομία. Το σημαντικότερο συστατικό όλων των θερμομονωτικών υλικών είναι ο στάσιμος αέρας. Για αυτό και τα διάφορα θερμομονωτικά υλικά κατασκευάζονται έτσι ώστε να περιέχουν πολύ αέρα, ο οποίος όμως ποτέ δεν είναι πραγματικά ακίνητος. Για την παραγωγή των θερμομονωτικών υλικών χρησιμοποιούνται παραδοσιακές γνωστές τεχνολογίες που οδηγούν σε προϊόντα με πολύ αέρα, όπως ο υαλοβάμβακας και ο πετροβάμβακας. Παλαιότερα, υπήρχε και παραγωγή θερμομονωτικών με βάση ίνες από αμίαντο, αλλά αυτή η τεχνολογία έχει πλέον εγκαταλειφθεί διότι οι ίνες αμιάντου, αν εισπνευσθούν ή καταπωθούν δημιουργούν σοβαρούς τραυματισμούς στους μαλακούς ιστούς που οδηγούν σε καρκίνο ή στο θάνατο. Επίσης χρησιμοποιούνται σύγχρονες τεχνολογίες επεξεργασίας συνθετικού ελαστικού (δηλ. συνθετικού καουτσούκ). Οι τεχνολογίες αυτές επέτρεψαν την παραγωγή ελαφρών μονωτικών αφρών χαμηλού κόστους με πολύ χαμηλό συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας που παρουσιάζουν κλειστό πορώδες με αέρα (δηλ. φυσαλίδες) μεγάλου όγκου, με αποτέλεσμα να μην απορροφούν υγρασία και να συμπεριφέρονται σχεδόν τόσο καλά ως θερμομονωτικά, όσο και ο αέρας. Αυτού του είδους τα θερμομονωτικά μπορούν να εφαρμόζονται με ευκολία σε μικρά πάχη και είναι πολύ ελαφρά, πράγμα που οδηγεί σε κομψές και ελαφρές κατασκευές, επιπλέον, αν χρειασθεί, αφαιρούνται το ίδιο εύκολα. Στα θερμομονωτικά αυτά, η τιμή του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας που μπορεί να επιτευχθεί εξαρτάται κυρίως από τον όγκο που καταλαμβάνουν οι πόροι στο σύνολο του όγκου του υλικού. Πρέπει να σημειωθεί ότι, παρόλο που η αντίσταση των θερμομονωτικών αυτών στη μεταφορά θερμότητας εκφράζεται με το συντελεστή αγωγιμότητας, η ίδια η μεταφορά θερμότητας σε αυτού του είδους τα υλικά πραγματοποιείται με αγωγή, μέσω των τοιχωμάτων των πόρων, με συναγωγή μέσω του παγιδευμένου αέρα στους πόρους και μέσω ακτινοβολίας από την εξωτερική επιφάνεια των πόρων. Η πυκνότητα του αφρού καθορίζεται από το μέγεθος των πόρων. Υψηλή πυκνότητα σημαίνει περισσότερους πόρους, μικρότερου όμως μεγέθους και το αντίθετο. Ο μεγάλος αριθμός των μικρών πόρων είναι συνυφασμένος με την παρουσία περισσότερου ελαστικού υλικού, με αποτέλεσμα αφρό αυξημένου συντελεστή θερμική αγωγιμότητας. Μονωτικοί αφροί με χαμηλότερες πυκνότητες έχουν μικρή ποσότητα ελαστικού υλικού, με αποτέλεσμα περισσότερη μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία και συναγωγή και λιγότερη με αγωγή. Καθώς αυξάνεται η πυκνότητα, η μεταφορά θερμότητας από την ακτινοβολία και την συναγωγή μειώνεται. Η βέλτιστη πυκνότητα του υλικού επιτυγχάνεται όταν η αυξημένη αγωγιμότητα εξισωθεί με την μείωση της ακτινοβολίας και της συναγωγής. Η βέλτιστη πυκνότητα, είναι η πυκνότητα για την οποία επιτυγχάνεται ο ελάχιστος συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας σε ένα σχετικά ανθεκτικό και συνεκτικό θερμομονωτικό υλικό. Μετά από αυτό το σημείο πυκνότητας ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητα αυξάνεται. Είναι φανερό ότι τα θερμομονωτικά υλικά και ιδιαίτερα οι αφροί από συνθετικό ελαστικό είναι προϊόντα πολύ υψηλής τεχνολογίας, οι ιδιότητες των οποίων, συμπεριλαμβανομένου του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας, πρέπει να μπορούν να πιστοποιούνται με πρότυπες μεθόδους κατά ISO ή ASTM κτλ. Στην εδώ Μεταπτυχιακή Εργασία πραγματοποιήθηκε μια ανασκόπηση των πρότυπων μεθόδων πειραματικού υπολογισμού του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας τέτοιων υλικών και οργανώθηκε σχετικό πείραμα επαλήθευσης τιμών του συντελεστή για μονωτικό αφρό από συνθετικό ελαστικό κυλινδρικής γεωμετρίας. Διαπιστώθηκε ότι τα πειράματα πιστοποίησης δεν είναι εύκολη διαδικασία, απαιτούν αρκετό εξοπλισμό και σημαντική εμπειρία μαζί με ικανότητες ανάπτυξης κάποιου βασικού λογισμικού συλλογής δεμένων θερμοκρασίας. Επιπλέον η συμμόρφωση με τις πρότυπες μεθόδους είναι αποφασιστικός παράγοντας για επιτυχημένες επαληθεύσεις και πιστοποιήσεις.	el
heal.abstract	Depending on the properties of matter between two bodies of different temperatures, there could exist heat transport from the warmer one towards the colder one. The mechanisms of heat transport are three: conduction, convection and radiation. The conduction properties of matter are mainly expressed using the thermal conductivity coefficient usually denoted by the Greek letter λ in units of power per unit length per unit temperature difference. In simpler words coefficient λ expresses the capacity of matter for heat transport with conduction. Coefficient λ is one of the thermophysical properties of matter. Heat transport is quite useful in various aspects of energy and thermal engineering. It is the task of the mechanical or the naval engineer to find the means either to enhance heat transport or contain it. I cases where containment is necessary, the engineer has to use thermal insulation materials, i.e. matter with small values of thermal conductivity coefficients, less than 0.10 W/(m K). Such materials efficiently resist heat transport. Therefore, the aim of using thermal insulation materials is to reduce the heat transport rate between bodies having different temperatures. Furthermore, the mere use of such materials could effectively reduce heat transport by radiation. Thermal insulation materials are used in buildings, in industry in HVAC channels and piping, in thermal and refrigeration plants and other installations of domestic or industrial interest, engine rooms of plants or ships included. Today, thermal insulation materials are very important in terms of energy conservation across almost all technologies and aspects of human activities. Consequently, all thermal insulations contribute to what is contemporarily called as "Green economy". Still air is the most important component of all thermal insulation materials. Therefore, thermal insulators are produced as materials containing a lot of air. Traditional production technologies give materials like glass fiber wool or stone wool. Modern production technologies process synthetic rubber towards insulating foams of low cost with a very low thermal conductivity coefficient and closed porosity containing air. These foams do not absorb humidity and their insulating performance is similar to that of air. The foams are quite light weighted and are marketed in various thicknesses and geometries. Insulation using these foams are technically elegant and can be also removed quite easily. It is obvious that these foam insulators are state-of-the-art products. Their properties and especially their thermal conductivity coefficient should be certified with standard methods after ISO, ASTΜ or others. Within this Thesis, a review of the standard methods for the experimental certification of the thermal conductivity coefficients of insulators is presented in brief. Further, an experiment was organized for the verification of the thermal conductivity coefficient of a commercial insulation with cylindrical geometry. It was found that certification experiments are not that easy, they require a lot of equipment and also significant experience along with some capability of developing the suitable data acquisition software. It was also established that compliance with the requirements of the standard methods are essential for successful thermal conductivity coefficients verifications and certifications.	en
heal.advisorName	Πετρόπουλος, Νικόλαος	el
heal.advisorName	Petropoulos, Nick	en
heal.committeeMemberName	Μαυράκος, Σπυρίδων	el
heal.committeeMemberName	Ρούνη, Παναγιώτα	en
heal.committeeMemberName	Mavrakos, Spyridon	en
heal.committeeMemberName	Rouni, Panagiota	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Πυρηνικής Τεχνολογίας. Εργαστήριο Πυρηνικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	152 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false