Metodologia Hot Disc (determinazione della conduttività termica e della capacità termica)
Le caratteristiche termofisiche delle sostanze costituiscono la base per calcoli e modelli e sono indispensabili per determinare ulteriori dati rilevanti dal punto di vista della sicurezza, come ad esempio la produzione di calore o una quantità specifica di calore da temperature misurate. Un metodo per individuare alcuni di questi dati termofisici è il metodo Transient Plane Source (Hot Disc) secondo la norma ISO 22007-2.
Con l’ausilio di una tale misurazione a disco caldo, è possibile rilevare da una serie di misurazioni la conduttività termica λ, la diffusività termica a e la capacità termica specifica per unità di volume s. La capacità termica specifica per unità di volume è convertita in capacità termica specifica cp mediante la densità apparente precedentemente determinata.
Per effettuare una misurazione, l’oggetto di prova viene posto in una forma speciale con volumi variabili e la massa del campione viene determinata per calcolare la densità apparente del campione con il volume corrispondente. Infine, il sensore hot disk viene inserito orizzontalmente e centralmente nel campione riempito. Il sensore funge da un lato da fonte di calore e dall’altro da sensore dinamico della temperatura. Con un’energia di riscaldamento elettrica (mW) predeterminata e una durata della misurazione definita (s), il sensore immette al centro del campione una quantità di energia definita e contemporaneamente misura la variazione di temperatura dell’oggetto di prova.
I dati individuati, come la capacità termica, possono essere utilizzati ad esempio per l’analisi di un esperimento adiabatico in un cestello metallico o per la valutazione di un esperimento di scambio termico per compressione adiabatica. La conoscenza della capacità termica esatta di un campione consente anche di determinare parametri di sicurezza più precisi.
Il parametro della diffusività termica a offre un’ulteriore applicazione particolare; essa può essere utilizzata insieme ai parametri cinetici determinati (approccio di Arrhenius, cinetica di ordine 0) da un esperimento di scambio termico per compressione adiabatica, per calcolare, applicando la teoria dell’esplosione termica secondo Frank-Kamenetskii, i valori della SADT (self accelarating decomposition temperature) in funzione di diverse dimensioni dei contenitori.
[1] ISO 22007-2 (2015-08-01): Plastics – Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity, Part 2: Transient plane heat source (hot disc) method
[2] Kotoyori, Takashi: Diffusion and Heat Transfer in Chemical Kinetics. 1st
Edition. Elsevier Science, 2005
[3] Frank-Kamenetskii, David A. ; Appleton, John P. (Hrsg.): Diffusion and
Heat Transfer in Chemical Kinetics. 2nd Enlarged and Revised Edition. Plenum Press, 1969