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.

Thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat, namely as the thermal properties, are the three most important physical properties of a material that are needed for heat transfer calculations. They are essential in thermal shock parameters determination or in calculations of heat dissipation factors in furnaces and kilns. Thermal conductivity is an important parameter in problems involving steady state heat transfer, while the thermal diffusivity is important in non-steady heat transfer calculations. The specific heat is also a decisive property of ceramic materials in high temperature applications, and it is associated with heat consumption during the heating process. Normally these properties are determined separately by individual techniques and apparatus. Nowadays, several different techniques for the determination of the thermal diffusivity and thermal conductivity may be found in the literature. Recently, transient techniques have become the preferable way for measuring thermal properties of materials. In this work it is presented a description as well as a critical analysis of one experimental technique employed worldwide for thermal properties measurements of ceramic materials: the hot wire technique. With this technique it is possible to determine simultaneously from the same temperature transient the three thermal properties. Numerical results are also presented.

A condutividade térmica, a difusividade térmica e o calor específico, conhecidas como propriedades térmicas são as três propriedades físicas mais importantes de um material do ponto de vista de cálculos térmicos. Essas propriedades são observadas quando calor é adicionado ou removido do material, e se tornam importantes em qualquer projeto que precise funcionar em qualquer ambiente térmico. A condutividade térmica é uma das propriedades físicas mais importantes de um material. A sua determinação experimental apresenta algumas dificuldades e requer alta precisão na determinação dos fatores necessários para o seu cálculo. A difusividade térmica pode ser medida mais facilmente e com maior precisão do que a condutividade térmica. Por essa razão, muitos pesquisadores preferem medir a difusividade, e a partir dela calcular a condutividade térmica do material. Hoje são conhecidos vários métodos para a determinação da condutividade térmica e difusividade térmica de um material. 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 de pulso de energia. Resultados numéricos são também apresentados.

Thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat, namely as the thermal properties, are the three most important physical properties of a material that are needed for heat transfer calculations. Those properties are observed when heat is added or removed from a material, and they become important in any design that must function in any thermal environment. Thermal conductivity is one of the most important physical properties of a material. However, its experimental evaluation may presents some specific troubles, and high precision in the determination of the factors involved in its calculation is required. The thermal diffusivity can be measured more easily and accurately than the thermal conductivity. For this reason, many researchers prefer to measure the thermal diffusivity and then to derive the thermal conductivity. Nowadays, several different techniques for the determination of the thermal diffusivity and thermal conductivity may be found in the literature. Recently, transient techniques have become the preferable way for measuring thermal properties of materials. In this work it is presented a description as well as a critical analysis of one experimental technique employed worldwide for thermal properties measurements of ceramic materials: the laser flash technique. Numerical results are also presented.

O método do fio quente é considerado como uma técnica precisa na determinação da condutividade térmica de materiais cerâmicos. Todavia, especificamente para materiais de alta difusividade térmica, o intervalo de tempo apropriado a ser considerado nos cálculos é um fator decisivo na obtenção de resultados precisos e consistentes. Neste trabalho, um modelo de simulação numérica é proposto com o objetivo de se determinar os tempos mínimo e máximo de medida na técnica de fio quente paralelo. O perfil de temperatura gerado por este modelo está em excelente concordância com aquele determinado experimentalmente por esta técnica, onde a condutividade térmica, a difusividade térmica e o calor específico são simultaneamente determinados a partir do mesmo transiente experimental de temperatura. Dezoito amostras diferentes de refratários e polímeros, com difusividades térmicas variando de 1x10-7 a 70x10-7 m²/s, na forma de paralelepípedos retangulares, e com diferentes dimensões foram utilizadas no programa experimental. Uma equação empírica relacionando os tempos mínimo e máximo de medida com a difusividade térmica da amostra é também obtida.

The hot wire technique is considered to be an effective and accurate means of determining the thermal conductivity of ceramic materials. However, specifically for materials of high thermal diffusivity, the appropriate time interval to be considered in calculations is a decisive factor for getting accurate and consistent results. In this work, a numerical simulation model is proposed with the aim of determining the minimum and maximum measuring time for the hot wire parallel technique. The temperature profile generated by this model is in excellent agreement with that one experimentally obtained by this technique, where thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat are simultaneously determined from the same experimental temperature transient. Eighteen different specimens of refractory materials and polymers, with thermal diffusivities ranging from 1x10-7 to 70x10-7 m²/s, in shape of rectangular parallelepipeds, and with different dimensions were employed in the experimental programme. An empirical equation relating minimum and maximum measuring times and the thermal diffusivity of the sample is also obtained.

A difusividade térmica é uma propriedade física do material importante em todos os problemas envolvendo cálculos de transferência de calor no estado não estacionário, sendo um parâmetro decisivo na resposta de materiais sujeitos a choques térmicos. Neste trabalho é feito um estudo relacionando a influência das transições de fase no comportamento da difusividade térmica em função da temperatura, nas transformações de fase do SiO2. A técnica experimental empregada foi a técnica de pulso de energia, e as medidas foram feitas desde 100 ºC até aproximadamente 1200 ºC. Verificou-se uma forte dependência da difusividade térmica com as formas em alta e baixa temperaturas das fases quartzo e cristobalita.

Thermal diffusivity is a material physical property important in all problems involving non-steady state heat transfer calculations, being a decisive parameter in the response of materials subjected to thermal shock. In this work it is presented a fundamental study related to how the phase transitions may influence the thermal diffusivity behaviour as a function of temperature in the phase transforming SiO2. The experimental technique employed was the flash thermal diffusivity technique, and measurements were carried out from 100 ºC up to approximately 1200 ºC. It was found a strong dependence on the thermal diffusivity with the high and low temperature forms of the quartz and cristobalite phases.

A condutividade térmica é uma das propriedades físicas mais importantes de um material. A sua determinação experimental apresenta algumas dificuldades e requer alta precisão na determinação dos fatores necessários para o seu cálculo. O método de medida de condutividade térmica para materiais refratários mais usado hoje em todo o mundo, tanto nos centros de pesquisa, quanto nos laboratórios industriais, é o Método do Fio Quente, onde a condutividade térmica é calculada a partir do transiente de temperatura gerado por uma fonte de calor ideal, infinitamente longa e fina num meio material infinito. Neste trabalho são comparados os resultados obtidos utilizando-se duas técnicas diferentes para a detecção do transiente térmico: numa delas, a temperatura é medida na superfície do fio quente, (técnica de fio quente de superfície), e na outra, a temperatura é medida a uma certa distância do fio quente (técnica de fio quente paralelo). Os resultados experimentais mostram uma grande vantagem da técnica de fio quente de superfície em relação a técnica de fio quente paralelo para materiais com condutividade térmica superior a 10 W/mK. O intervalo de tempo considerado no cálculo é bem maior que aquele que seria utilizado na técnica de fio quente paralelo, obtendo-se assim resultados mais precisos e confiáveis.

Thermal conductivity is one of the most important physical properties of a material. However, its experimental evaluation may presents some specific troubles, and high precision in the determination of the factors involved in its calculation is required. Specifically for refractory materials, the experimental technique employed worldwide for thermal conductivity calculations is the hot wire technique, in which the thermal conductivity is calculated starting from the temperature transient generated by an ideal, infinitely thin and long heat source embedded in an infinite surrounding material. In this work comparisons are made when two different techniques for the transient temperature detection are employed: in one of them, the temperature is detected and recorded at the surface of the hot wire (hot wire surface technique), while in the other, the measuring point is located at a fixed distance from the hot wire (hot wire parallel technique). Experimental results show a great advantage when using the hot wire surface technique for materials with thermal conductivity higher than 10 W/mK. The time interval which is taken into account in calculations is bigger than that one that would be employed in the hot wire parallel technique in the same experimental conditions, proportioning in this case higher accuracy and reliability in the experimental results obtained.

O objetivo deste trabalho foi recuperar dois resíduos inorgânicos provenientes da industria cerâmica para serem utilizados como aditivos em argamassas. A evolução estrutural e química resultante do tratamento térmico dos resíduos, avaliada através de ensaios específicos das amostras de argamassas aditivadas, revelou que suas propriedades melhoraram através da presença das fases alumina e metacaulinita presentes nos resíduos. A caracterização morfológica e mineralógica em diferentes situações de ensaios revelou que em alguns casos eles poderiam ser tratados através de processos de conformação específicos. A presença dessas fases contribuiu para um bom comportamento físico e químico dos materiais que apresentaram características pozolânicas e cementantes. Ensaios por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, resistência à compressão e condutividade térmica foram correlacionados e mostraram que esses resíduos podem ser utilizados em argamassas melhorando o seu desempenho.

The aim of this work was to recover two inorganic wastes from ceramic industries by use in the mortar material. Tests regarding the chemical and structural evolution with temperature were performed with specific test samples, which revealed that both residues improved their properties by presence of alumina and metakaolinite phases. The morphological, chemical and mineralogical characterizations of different waste disposal batches revealed that in some cases they should be treated by those conformation processes. The presence of these phases contributes to a good physical and chemical behavior of the waste materials, which presented pozzolanic and cementitious characteristics. Moreover, the tests performed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, compression resistance, and heat conductivity were correlated, and showed a good performance of these wastes to be used in the mortar material.