NORME ISO INTERNATIONALE 8497

NORME INTERNATIONALE

ISO 8497

Premiere édition 1994-04-l 5

Isolation thermique - Détermination des propriétés relatives au transfert de chaleur en régime stationnaire dans les isolants thermiques pour conduites

Thermal insula tion - Determination of steady-state thermal transmission properties of thermal insulation for circular pipes

Numéro de référence ISO 84979 994(F)

ISO 8497: 1994(F)

Sommaire Page

1 Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 Références normatives .,................................................................. 1

3 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

4 Symboles et unités ................................................................... 3

5 Spécifications ............................................................................ 3

6 Considérations générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

7 Appareil ...................................................................................... 5

8 Éprouvettes d’essai ................................................................... 9

9 Mode opératoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

10 Corrections pour les calottes d’extremite ............................. 13

11 Calculs ................................................................................... 15

12 Reproductibilité et précision de l’essai ................................. 15

13 Rapport d’essai ...................................................................... 15

Annexe

A Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

0 60 1994 Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro- cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de I’editeur.

Organisation internationale de normalisation Case Postale 56 l CH-l 211 Genève 20 l Suisse

Imprimé en Suisse

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6 ISO

Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une féderation mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’elaboration des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comite membre interesse par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla- bore etroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comites membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comites membres votants.

La Norme internationale ISO 8497 a été élaboree par le comité technique lSO/TC 163, Isolatibn thermique, sous-comité SC 1, M&hodes d’essais et de mesurage.

L’annexe A de la présente à titre d’information.

Norme internationale est donnee uniquement

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Introduction

Les propriétés relatives au transfert de chaleur a travers une isolation pour conduites doivent être déterminées en utilisant des appareils d’essais a symétrie cylindrique plutôt que des appareils prévus pour des éprouvettes planes tels que plaque chaude gardée ou fluxmètre, si l’on veut que les resultats soient représentatifs des performances wtilew. Le materiau d’isolation sous sa forme de plaques a souvent une géométrie interne différente de celle du même materiau sous forme de cylindres (coquilles). De plus, ces propriétés dépendent souvent fortement de la direction du flux thermique. Ce dernier est relie a des caractéristiques intrinsèques telles que les plans d’orientation des fibres ou l’allongement des alvéoles, de sorte que les mesures du flux thermique unidimensionnel sur une éprouvette plane peuvent ne pas être nécessairement représentatives du flux thermique radial bi-dimensionne1 intervenant dans l’isolation des conduites.

Un autre aspect a prendre en consideration est que les isolations pour conduites commercialisées ont souvent un diametre intérieur legerement supérieur au diametre extérieur du tube, ou que les tolérances de fabrication conduisent a un ajustement incorrect sur les conduites, ce qui a pour effet de créer un espace d’air d’épaisseur variable entre les deux parois. Lorsqu’il s’agit de déterminer non pas les propriétés intrinsèques du matériau mais les performances de l’isolant en service, celui-ci est installe sur la conduite d’essai de manier-e à prendre en compte dans les mesures l’effet de l’espace d’air qui doit être pris en compte dans les mesures. Ce ne serait pas le cas si les propriétés étaient déterminées a l’aide d’un appareil a plaque où un bon contact entre surfaces est requis.

On doit également prendre en considération la convection naturelle de l’air autour de l’isolant qui entraîne une non-uniformité de la température de surface. De telles conditions ne peuvent être reproduites avec un appareil a plaque où les températures des surfaces des plaques sont uniformes.

NOTE 1 Des essais comparatifs sur des matériaux similaires utilisant un appareil en symétrie cylindrique et un appareil à plaque, ont montre différents degrés d’accord entre les résultats. II apparaît que l’on obtient souvent un meilleur accord dans le cas de produits à forte densité qui tendent à être plus uniformes, plus homogènes et parfois plus isotropes. Pour les matériaux ayant montre de façon répétée à peu prés le même comportement lors des essais comparatifs, il peut être justifie de se servir des données obtenues à l’aide de l’appareil à plaque pour caractériser l’isolation des conduites. En régie générale, si un tel accord n’a pas été trouve, il convient d’utiliser un appareil en symétrie cylindrique pour caracté- riser des isolants pour conduites.

NORME INTERNATIONALE 0 BO ISO 8497:1994(F)

Isolation thermique - Détermination des propriétés relatives au transfert de chaleur en régime stationnaire dans les isolants thermiques pour conduites

1 Domaine d’application

La présente Norme internationale prescrit une mé- thode de mesure des propriétés thermiques relatives au transfert de chaleur en régime stationnaire à travers des isolants pour conduites, pour des tempéra- tures supérieures à la temperature ambiante. Elle normalise la methode de mesure, y compris les mo- des opératoires et le fonctionnement de I’appareillage, mais elle ne normalise pas la conception de l’appareillage.

Les types d’éprouvettes, les temperatures et les conditions d’essai auxquels s’applique la prbsente Norme internationale sont décrits en detail aux articles 5 et 6.

2 Références normatives

Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par suite de la reference qui en est faite, consti- tuent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Au moment de la publication, les editions indiquées etaient en vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les editions les plus recentes des normes indiquées ci-aprés. Les membres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur à un moment donne.

I SO 7345: 1987, Isolation thermique - Grandeurs physiques et definitions.

ISO 8301 :1991, Isolation thermique - Détermination

de la resistance thermique et des proprie tes connexes en régime stationnaire - Méthode fluxmétrique.

ISO 8302: 1991, Isolation thermique - Détermination de la resistance thermique et des propriétés connexes en regime stationnaire - Méthode de la plaque chaude gardée.

3 Définitions

NOTE 2 L’isolation thermique des conduites requiert des termes spéciaux qui ne s’appliquent pas aux éprouvettes planes. Le mot «linéique)) est utilisé dans le cas de pro- priétés associées à une longueur unitaire (dans le sens de l’axe de la conduite) et à une taille spécifiée d’isolation. Ces propriétés linéiques notées avec l’indice ((1)) sont utiles en ce sens que la déperdition de chaleur totale peut être cal- culée à partir de la longueur de la conduite et de la tempé- rature d’utilisation.

Le mot ((linéique)) n’implique pas un flux thermique dans le sens axial. Dans le contexte de la présente Norme internationale, le flux thermique est principalement radial.

Pour les besoins de la présente Norme internationale, les definitions suivantes s’appliquent.

À l’exception du coefficient linéique de transmission thermique (voir 3.1), les definitions et les symboles utilises dans les articles suivants sont bases sur I’ISO 7345.

3.1 coefficient IMique de transmission thermique, K,: Densite linéique de flux thermique divisee par la différence de température entre la surface de la conduite et l’air ambiant, en régime stationnaire. Elle se rapporte à une isolation thermique de dimension

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donnee et mesure la quantité de chaleur transmise a travers l’isolant a l’environnement ambiant.

(1)

3.2 résistance thermique linéique, RI: Différence de température entre la surface de la conduite et la surface exterieure de l’isolation, divisée par la densité linéique du flux thermique, en régime stationnaire. Elle se rapporte à une isolation thermique de dimension donnee et est l’inverse de la conductance thermique linéique, A,.

R, = TO - T2

@IL 1 =-

Al . . . (2)

3.3 conductance thermique linéique, A,: Inverse de la resistance thermique linéique, R,, entre la surface de la conduite et lation. Elle se rapporte dimension donnée.

la surface exterieure de I’iso- a une isolation thermique de

ni 1 @IL =- =- RI TO - T2

. . . (3)

3.4 coefficient de transfert thermique surfacique, Iz+ Densite surfacique de flux thermique à la surface, divisée par la différence de température entre la surface et l’air ambiant environnant en régime stationnaire. Pour une isolation de conduite, la relation suivante s’applique:

h2 @ - -

xDL(T2 - TJ . . . (4)

3.5 conductivité thermique, A: Definie par la relation suivante, spécifiquement applicable a la symétrie cylindrique. Elle est applicable à un materiau homo- gène en régime stationnaire et est l’inverse de la re- sistivité thermique, r.

;1 @ W2/D,) 1 = 2n;L(To - T2) = 7 . . . (5)

NOTES

3 Dans I’ISO 7345, la conductivité thermique est définie par la relation plus générale: 4 = - A grad T.

4 Étant donne que l’on utilise la température de surface de la conduite, TO, la conductivité thermique tient compte de l’effet de tout espace existant entre l’isolation et la conduite (voir 6.1).

3.6 rbsistivitd thermique, r: Inverse de la conductivite thermique, 1, pour un materiau homogène en régime stationnaire.

r wq) - 72 1 = # In(D2/Do) = T

. . .

3.7 résistance thermique surfacique, R: Différence de température entre la surface de la conduite et la surface exterieure de l’isolation, divisee par la densité surfacique de flux thermique en régime stationnaire. C’est l’inverse de la conductance thermique surfacique A.

R TO - T2 1 z-z--- @IA A

. . . (7)

où la surface, A, doit être spécifiée (c’est habituellement la surface de la conduite, parfois la surface exterieure de l’isolation ou toute autre surface choisie; voir la note en 3.8).

NOTE 5 Les propriétés «surfaciques» plus communes, définies par unité de surface, prêtent souvent a confusion dans le cas d’isolation thermique de conduites car la surface doit être choisie arbitrairement et peut aller de la surface de la conduite jusqu’à celle de la surface extérieure de l’isolation. Si l’on calcule des propriétés surfaciques, la surface et son emplacement utilises doivent être précisés.

3.8 conductance thermique surfacique, A: Inverse de la résistance thermique surfacique R.

A : @IA E---C

T T . . . o- 2

(8)

où l’emplacement de la surface, A, doit être spécifié (c’est habituellement la surface de la conduite, parfois la surface exterieure de l’isolation ou toute autre surface choisie).

NOTE 6 La valeur de la conductance thermique surfacique, A, est arbitraire puisqu’elle dépend du choix arbitraire de la surface A. Dans le cas d’un matériau homo- géne dont la conductivité thermique est définie comme en 3.5, la conductance surfacique, A, est donnée par la relation

27tLit n = A In(D,&)

. . . (9)

Si la surface est choisie de façon à être égale a la «surface logarithmique moyenne», c’est-a-dire rcuD2 - D,)/ln(D,/D,), alors A = 21,/(D2 -Do). Comme (Dz - Do)/2 est égal a l’épaisseur de l’isolation, mesurée a partir de la surface de la conduite, la relation est analogue a celle existant entre la conductance et la conductivité dans le cas d’une plaque plane. Des relations similaires existent également pour la résistance thermique surfacique, R, définie en 3.7. Comme ces coefficients surfaciques sont arbitraires et comme la surface utilisée n’est souvent pas précisée, ce qui entraîne une possibilité de confusion, il est recommande d’introduire ces coefficients seulement si cela est spécifié.

2

0 ISO

4 Symboles et unités

Dans le cadre de la présente Norme internationale, les symboles et unit& suivants sont applicables. (Voir également article 3.)

flux thermique

densité lineique de flux thermique (flux thermique par unite de longueur axiale)

densité surfacique de flux thermique (flux thermique par unit6 de surface)

température de la surface de la conduite

temperature de la surface exterieure de l’isolation

température de l’air ou du gaz ambiant

diametre exterieur de la conduite circulaire

diametre exterieur de l’isolation thermique circulaire

longueur de la zone centrale (dans le sens axial)

aire d’une surface

conductance thermique lineique

resistance thermique lineique

coefficient lineique de transmission thermique

conductivite thermique

resistivite thermique

coefficient de transfert thermique surfacique par rapport à la surface externe de l’éprouvette

conductance thermique surfacique

resistance thermique surfacique

épaisseur de la calotte d’extremite de la conduite (dans le sens axial)

facteur utilise dans les calculs de Nukiyama

NOTES

7 L’indice ((1)) est utilise pour rendre compte linéiques (par unité de longueur axiale).

Unit6

W

Wlm

W/m2

K

K

K

m

m

m

de propriétés

8 L’indice «C~I» doit Qtre ajoute aux symboles énumérés quand il est important de préciser que les propriétés dé- coulent de mesures sur un appareil d’essai en symétrie cylindrique.

9 Quand les deux indices « I» et «cyl)) sont utilises en- semble, ils doivent être écrits ((1, cyl».

10 Dans I’ISO 7345, la densité lineique de flux thermique et la densité surfacique de flux thermique sont respec- tivement représentées par les symboles ql et q* Les sym-

boles mentionnés ci-dessus plus exp dans la présente Norme internationale.

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5 Spécifications

5.1 Éprouvettes d’essai

licites sont utilises

Les éprouvettes peuvent être rigides, semi-rigides, flexibles (du type matelas) ou en vrac, pour remplis- sage. Elles peuvent être homogénes ou non homo- génes, isotropes ou anisotropes et peuvent inclure des discontinuités (fentes), des joints ou des 616 ments métalliques de même que des chemises ou autres recouvrements. Les éprouvettes doivent avoir des dimensions et un profil uniformes sur toute leur longueur (sauf pour des irrégularités introduites in- tentionnellement dans la zone de mesure) et être adaptées à l’appareil d’essai utilisé. De façon géne- rale, I’eprouvette doit être delimitée par deux surfaces cylindriques concentriques; d’autres formes exterieu- res sont admises mais on ne determinera dans ce cas que le coefficient linéique de transmission thermique.

5.2 Température de fonctionnement

La conduite peut être utilisée à des températures allant jusqu’à la température maximale d’emploi de l’éprouvette ou des materiaux utilises dans la construction de l’appareil. La limite inférieure de la température de la conduite est determinee par la restriction selon laquelle elle doit être suffisamment élevee par rapport à la température de la surface ex- térieure de l’éprouvette, afin d’obtenir l’exactitude de mesure desirée. Normalement, l’appareil est utilise dans un environnement d’air ambiant calme, soigneusement contrôle, à une température de 15 “C a 35 OC, mais on peut étendre cette plage à d’autres températures, d’autres gaz et d’autres vitesses. La température de la surface extérieure de l’éprouvette peut aussi être fixée en utilisant une gaine exterieure chauffée ou refroidie ou en ajoutant une couche sup- plémentaire de matériau isolant. Si une gaine exterieure froide est utilisée, le fonctionnement à basse température est possible à condition que la conduite soit maintenue à une température plus elevée.

5.3 Dimensions et forme des conduites

Les conduites doivent présenter une section transversale circulaire.

5.4 Orientation de la conduite

Les conduites présentent normalement un axe horizontal. D’autres orientations sont possibles, mais on devra alors prendre en consideration les effets de la

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convection pouvant intervenir à l’intérieur et autour de la conduite et de l’éprouvette.

5.5 Types d’appareil

La présente Norme internationale traite de deux types distincts d’appareils en symétrie cylindrique: le type «gardé» et le type ((calibré» ou à «correction calculée)); ils different au niveau du traitement du transfert de chaleur axial aux deux extremites de la zone d’essai. Des éprouvettes contenant des elements à conductance axiale élevée, telles que des chemises métalliques, ne doivent être essayées que sur l’appareil de type garde.

5.6 Propriétés considérées

Le coefficient linéique de transmission thermique (défini en 3.1) est applicable à toutes les éprouvettes et constitue la propriété la plus utile dans le calcul des performances d’une isolation pour conduites. Connaissant cette valeur et les températures moyennes de la conduite et de l’air ambiant environnant, on peut calculer directement les pertes de chaleur d’une longueur donnee de conduite isolée, pourvu que les conditions d’utilisation soient comparables à celles de l’essai.

La conductivité thermique (voir 3.5) est souvent mentionnee dans les spécifications. Théoriquement, elle n’est applicable qu’aux éprouvettes homogénes de forme cylindrique concentrique qui s’adapte parfaitement à la conduite, sans espace d’air. Dans la pratique, il est souvent nécessaire de devier de ces conditions idéales si les erreurs introduites sont ju- gées acceptables. La conductivite thermique est utili- sée pour déduire le coefficient linéique de transmission thermique ou d’autres propriétés relatives à des isolations de dimensions differentes de celles mesurées (voir 6.2). Les autres propriétés défi- nies à l’article 3 peuvent également être utilisees lorsque cela est spécifié ou approprie.

6 Considérations générales

6.1 Objectifs

On peut répondre à deux objectifs, décrits en détail en 6.1.1 et 6.1.2, nettement differents et qui dépen- dent de la préparation de l’éprouvette et de son montage d’essai. Les méthodes possibles pour at- teindre ces deux objectifs dépendent du choix de l’utilisateur; il convient de décrire en détail la méthode choisie.

6.1 .l Performance «utile»

Si l’on désire obtenir la performance ((utile)), I’éprou- vette ne doit subir aucune altération et doit être mise en place comme dans une application normale. Dans ce cas, les caractéristiques mesurées tiendront compte des effets introduits par des joints ou des fentes, de même que la resistance thermique de tout espace d’air dû à un contact imparfait entre la conduite et l’éprouvette.

6.1.2 Propribtbs du matériau

Si l’on recherche les propriétés du matériau, l’eprouvette doit être choisie ou modifiée de manière que tous ses elements s’assemblent parfaitement sans joints ouverts ni fentes et qu’elle adhere parfaitement à la conduite, sans aucun espace d’air.

6.2 Calcul pour d’autres tailles de conduites

II est impossible de fournir un appareil d’essai convenant à toutes les dimensions des isolants de conduites fabriquées. II est donc nécessaire de calculer les propriétés concernant d’autres dimensions commercialisées d’isolants à partir des données obtenues pour un nombre limite d’isolants similaires. Les methodes de calcul peuvent différer selon que le materiau de l’éprouvette et les conditions d’essais sont ideals ou non.

Dans le cas où la mesure de la performance utile doit tenir compte de tout espace d’air et/ou tout ajustement incorrect, le calcul des propriétés pour d’autres tailles de conduites n’est pas autorise.

6.2.1 Matériaux homogènes et conditions idéales

Pour les matériaux homogènes et à conductivite thermique constante ou fonction lineaire de la tem- pérature, qui sont essayes dans des conditions de température uniformes, il est possible de déterminer la conductivité à partir d’un essai unique à une tem- pérature moyenne donnée, en utilisant la relation donnée en 3.5. La valeur de cette conductivite peut être ensuite utilisee pour calculer le flux thermique et d’autres propriétés de transmission thermique relatives à d’autres dimensions de conduites d’autres d’épaisseurs d’isolation et d’autres différences de température pour le même matériau utilise à la même température moyenne.

6.2.2 Matbriaux hétérogènes et conditions non idéales

Dans la pratique, beaucoup de materiaux ne sont pas strictement homogénes; leur conductivite est une

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fonction complexe de la température, la température superficielle de I’eprouvette, au cours des mesures, n’est pas uniforme en raison des transferts de chaleur par convection et par rayonnement, et, enfin, un espace d’air peut exister entre l’appareil et l’éprouvette. La conséquence pratique de ces facteurs doit faire l’objet d’un examen critique chaque fois que les don- nées de l’essai doivent être interpolees pour s’appliquer à d’autres tailles et d’autres conditions que celles utilisées pour les mesures.

De façon générale, les mesures doivent être exécu- tées pour un produit ou un matériau particulier sur un minimum de deux dimensions de conduites délimitant le domaine des dimensions considérees. Si les valeurs de conductivite thermique obtenues concordent entre elles dans des limites acceptables, on peut utiliser leur valeur moyenne pour calculer d’autres ca- ractéristiques thermiques associees au transfert de chaleur, pour d’autres dimensions appartenant au domaine considéré, et pour d’autres conditions, mais sur le même type de produit et la même température moyenne d’essai. Si les conductivites thermiques mesurees ne concordent pas dans des limites acceptables, on doit employer des techniques d’analyse pour déterminer les valeurs convenables de conductivite thermique s’appliquant aux dimensions de conduites pour lesquelles on veut définir les proprié- tes de transmission thermique. Si les conductivités thermiques mesurees sont trés différentes, on doit procéder à des essais sur d’autres dimensions de conduites. Une autre solution est d’interpoler entre des valeurs d’une caractéristique thermique (par exemple le coefficient de transmission thermique) obtenues sur des dimensions différentes de conduite mais sur la même épaisseur d’isolation et à la même température.

6.3 Connaissances nécessaires

Comme il est pratiquement impossible de rappeler en détail tout ce qui concerne les différents types d’appareils et méthodes auxquels s’applique la présente Norme internationale, les utilisateurs doivent connaî- tre le domaine des mesures thermiques et avoir une certaine expérience.

6.4 Instructions détaillées

Les utilisateurs doivent préparer des instructions de- taillées relatives à la construction et au fonctionnement des appareils afin d’aider les fabricants et les opérateurs de ces appareils à répondre aux exigences genérales et aux objectifs de la présente norme.

7 Appareil

7.1 Exigences générales

L’appareil doit comprendre une conduite chauffante et des dispositifs permettant de contrôler et de mesurer les températures de la conduite et de l’air ambiant ainsi que la puissance moyenne dissipée dans la zone centrale de mesure. II doit également inclure des dispositifs pour mesurer la température de la surface extérieure de l’isolation, sauf dans le cas où le coefficient de transmission thermique seul doit être determine. La conduite doit être uniformement chauffée par un chauffage électrique interne, une ré- sistance électrique enroulée sur une conduite interne indépendante par exemple. Sur les gros appareils, il peut être necessaire de prévoir des ventilateurs internes ou de remplir la conduite d’un liquide caloporteur afin d’obtenir des températures uniformes. Le flux thermique axial, aux extrémites de la zone centrale doit être minimise en utilisant soit des gardes thermiques chauffées séparément (voir 7.3 et figure l), soit des calottes isolantes aux extrémites et dans ce cas en effectuant les corrections necessaires sur la quantité de chaleur mesurée (voir 7.4 et figure2). Une enceinte, ou une salle dotée d’un équi- pement permettant de contrôler la température de l’air entourant l’appareil doit être également prévue.

L’appareil doit être conforme aux principes et aux restrictions fixes par la présente Norme internationale mais la présente méthode n’a pas pour objet de donner des exigences précises quant à la construction ou au fonctionnement d’un appareil particulier. Des instructions detaillées doivent être préparées spécifi- quement pour chaque appareil.

7.2 Dimensions

II n’est pas impose de limites au diamètre de la conduite équipant l’appareil mais la longueur de la zone centrale de mesure doit être suffisante pour que le flux thermique mesure soit suffisamment élevé, par rapport aux pertes de chaleur par les extrémités de la conduite et à la précision des mesures de puissance, pour que les resultats de l’essai atteignent I’exactitude désirée.

NOTE 11 Pour un appareil de type «gardé» (voir 7.3) ayant un diamètre extérieur de 88,9 mm, une zone centrale d’une longueur de 0,6 m pour une longueur totale de l’éprouvette de 1 m environ s’est révélée satisfaisante. Pour les appareils de type «calibré» ou à «correction calculée» (voir 7.41, on utilise, pour un diamètre similaire, des longueurs d’éprouvette de 2 m ou plus. Ces longueurs ne conviennent pas forcément à toutes les dimensions d’appareils et pour toutes les conditions d’essai; une estimation

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de la longueur la plus appropriée doit être effectuée à partir d’une analyse d’erreur adéquate.

Pour plus de commodité, l’appareil doit être construit de sorte qu’il puisse accepter plusieurs longueurs normalisées d’isolation.

7.3 Appareil de type «gardé»

L’appareil de type «gardé» (voir figure 1) utilise des sections de conduite chauffées séparément, appelées «gardes», situees à chaque extrémite de la zone centrale de mesure et qui sont contrôlees de manière à avoir la même température que la zone centrale de mesure, afin d’éliminer un flux thermique axial dans l’appareil et d’aboutir à des températures uniformes de sorte que le flux thermique total dans la zone centrale de l’eprouvette s’effectue dans le sens radial. Les dispositifs de chauffage de la zone centrale et des gardes doivent être conçus pour assurer des tempé- ratures uniformes sur toute leur longueur à moins qu’il ait ete demontré que l’écart prévu par rapport à une température uniforme ne provoque pas des erreurs inacceptables dans les résultats de l’essai. Des dispositifs de chauffage auxiliaires aux extrémités de chaque garde ou une seconde garde doivent être utilises, si necessaire. La longueur de chaque garde (ou

la longueur de la double garde) doit être suffisante pour limiter, à chaque extremite de la zone centrale de mesure, le flux thermique axial total dans l’appareil et dans l’éprouvette, à une valeur faible, acceptable par rapport au flux thermique mesure dans la zone centrale.

NOTES

12 On ne connaît pas d’analyse permettant de prédire la longueur exacte des gardes ou le degré d’uniformité de temperature nécessaires pour assurer la précision désirée des résultats de l’essai. Une telle analyse pourrait être dis- ponible dans l’avenir; en attendant, les appareils devraient être conçus selon les mêmes rapports géométriques ap- proximatifs que ceux des appareils déjà existants ayant fait leurs preuves, étant entendu que l’on doit s’efforcer d’arri- ver à des températures uniformes sur toute la longueur des gardes.

13 Une longueur de garde d’environ 200 mm s’est révélée satisfaisante pour les appareils de 88,9 mm de diamètre extérieur quand on effectue des essais sur des éprouvettes pratiquement homogènes, modérément anisotropes et d’une épaisseur inférieure au diamètre de la conduite. Des gardes plus longues peuvent être requises quand on sou- met à l’essai des éprouvettes plus épaisses ou ayant une conductance axiale élevée.

I A-A

a) b)

Légende

1 Thermocouples de contrôle autour du déjoint de la conduite chauffante a) Garde de la conduite d’essai

2 Thermocouple de mesure des gardes b) Zone centrale de la conduite d’essai

3 Thermocouples de contrôle autour du déjoint de la conduite d’essai c) Garde de la conduite chauffante

4 Thermocouple de mesure au centre de la conduite c) Zone centrale de la conduite chauffante

Figure 1 - Appareil de type «gardé»

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Un déjoint, d’une largeur normalement inferieure à 4 mm, doit être prévu entre les gardes et la zone centrale, et entre chaque garde dans le cas d’une double garde, à la fois dans la conduite chauffante et dans la conduite d’essai (a l’exception des petites liaisons nécessaires pour supporter la structure). Ces déjoints peuvent être remplis de materiau ayant une conductivité beaucoup plus basse que celle de la conduite.

Des barrieres thermiques internes doivent être instal- lees à chaque fente pour minimiser le flux thermique par convection ou par rayonnement entre les zones. Des thermocouples, relies de façon à former des thermopiles différentielles, doivent être installes dans la conduite des deux côtés de chaque fente, et à moins de 25 mm de la fente, afin de contrôler l’ecart de température au voisinage de chaque fente. Des thermocouples doivent également être installes sur chacune des conduites chauffantes ou des supports,

Calotte d’extremite

Essai

créant un milieu fortement conducteur entre la zone centrale et les gardes.

7.4 Appareil de type «calibré» ou «à correction calculée»

L’appareil de type ((calibré)) ou ((à correction calculee)) (voir figure 2) utilise des calottes isolantes à chaque extrémite de la zone centrale afin de minimiser le flux thermique axial. Les corrections à introduire pour les pertes par les calottes doivent être determinees soit par étalonnage direct dans les conditions de l’essai (appareil de type ((calibré»), soit par un calcul base sur les propriétés du materiau (appareil c<à correction calculée»). Les systemes de chauffage électrique doivent être conçus pour chauf- fer uniformément toute la longueur de la zone centrale. Si des dispositifs de chauffage supplémentaires sont utilises à l’intérieur de la longueur de la zone de mesure, la puissance de ces dispositifs doit être ajoutée à la puissance mesurée de la zone centrale.

Tube d’etalonnage

Calottes d’extremite

Etalonnage

a) Appareil h extremit& calibrees


\ Eprouvette


\ Eprouvette

b) Configurations possibles de l’appareil “h correction calculee”

Figure 2 - Appareil de type «calibré» ou «à correction calculée»

7

7.4.1 Calottes calibrées et conduite d’étalonnage

Pour l’appareil de type «calibré», les calottes doivent avoir la même section transversale que celle de l’éprouvette et posséder approximativement les mê- mes propriétés de transfert thermique. Chaque calotte doit avoir une cavité d’une profondeur minimale égale à la moitie du diametre de la conduite et d’une taille convenant à I’extremite de la conduite. La conduite d’étalonnage doit être constituée d’une courte section d’une même conduite d’une longueur égale à la somme des profondeurs des cavites des deux calottes d’extremité. Cette conduite doit incor- porer des systèmes de chauffage internes, similaires à ceux utilises dans la conduite d’essai, y compris tout dispositif supplémentaire de chauffage d’extrémité. Un minimum de quatre thermocouples, décales de 9Oo, doivent être installes sur la surface de la conduite d’étalonnage afin de mesurer sa température. Les fils des thermocouples doivent être aussi fins que possible, et en tout cas de diametre inferieur à 0,64 mm.

7.4.2 Calottes corrigées par calcul

Pour l’appareil à correction calculée, le diametre ex- térieur des calottes doit être aussi grand ou plus grand que celui de l’éprouvette (voir figure 2). Les calottes doivent être constituées d’un materiau isolant homo- gène de faible conductivité thermique et peuvent comporter ou non une cavité pour admettre I’extremite de la conduite [voir toutefois la restriction mentionnee dans le paragraphe 10.2.3.1 d)]. La conductivite du materiau des calottes doit être déter- mince par des essais sur un appareil à plaque chaude gardée ou à fluxmètre, sur tout le domaine des tem- pératures envisagées. Si le matériau n’est pas isotrope, la conductivite doit être déterminee dans différentes directions, comme requis par les métho- des de calcul utilisees (voir 10.2.3).

7.5 Mesure de la température de surface de la conduite

La température de surface de la zone centrale de mesure doit être mesurée à l’aide d’au moins quatre thermocouples, ou un thermocouple tous les 150 mm de longueur de conduite, en prenant la plus grande de ces deux valeurs. Ces thermocouples doivent être places longitudinalement au centre de chacune des parties de longueur égale de la zone centrale de mesure et doivent être situes de façon équidistante sur la circonférence selon un trace heli- coïdal.

7.6 Capteurs de température

Des thermocouples isoles devront généralement être utilises comme capteurs de température, comme spécifié dans la présente Norme internationale. Ces thermocouples doivent être étalonnés individuellement ou prélevés sur la même bobine de fil de première qualité, déjà etalonne. En général, le diametre du fil doit être aussi petit que possible et, dans tous les cas, doit être inférieur à 0,63 mm pour les mesures des surfaces métalliques ou à 0,40 mm pour les mesures sur des surfaces non métalliques. Des thermocouples sous gaine métallique à isolation mi- nérale, des thermometres à résistance, ou d’autres capteurs de température peuvent également être utilises si les températures indiquées sont égales à celles indiquées par un thermocouple isole. Les températures moyennes peuvent être calculées en prenant la moyenne des lectures individuelles sur plusieurs thermocouples ou peuvent être lues directement en reliant les thermocouples en parallèle, à condition que les jonctions soient isolées electri- quement et que les résistances électriques totales soient égales. Pour la mesure différentielle des tem- pératures du déjoint entre les gardes thermiques et la zone centrale, les thermocouples doivent être relies en serie pour former une thermopile.

7.7 Système de mesure de la température

Le système de mesure de la température, habituellement un potentiométre à courant continu ou un microvoltmetre numérique, doit avoir une précision suffisante pour limiter l’erreur dans la determination de la différence de température à une valeur acceptable.

NOTE 14 Un pourcentage d’erreur dans la mesure des différences de températures provoquera un pourcentage d’erreur équivalent dans l’évaluation des propriétés de transmission thermique calculées par les relations données à l’article 3. De ce fait, pour une différence de température spécifiée et une limite acceptable d’erreur admise, les exigences concernant la mesure des températures peuvent être définies d’après une analyse d’erreurs normalisée (voir 12.1). Comme exemple extrême sont considérés les essais où la différence de température est seulement de 20 K. Si une erreur dans la mesure de la différence de température de 1 % est estimée acceptable, cette différence doit être mesurée a 0,2 K près. Si les températures sont mesurées individuellement et que les erreurs sont aléatoires, les mesures individuelles doivent alors être effectuées a 0,14 K près (les erreurs systématiques dans les mesures individuelles s’annuleront lors de la détermination des différences de température). II est évident que les exigences concernant la précision absolue des mesures sont beaucoup moins sévères dans le cas de différences de température beaucoup plus grandes.

0 ISO ISO 8497:1994(F)

7.8 Alimentation électrique

L’alimentation électrique des cléments chauffant la zone centrale de mesure peut être faite en courant continu ou alternatif et doit être soigneusement régulée. Les alimentations des Alements chauffant les gardes, le cas échéant, doivent faire l’objet d’une ré- gulation à moins que l’on utilise des dispositifs de contrôle automatiques.

7.9 Système de mesure de puissance

Un systéme de mesure de la puissance moyenne fournie aux éléments chauffants de la zone centrale permettant une précision de & 0,5 % doit être utilise.

Si l’alimentation est stabilisée, le systéme peut être un wattmètre étalonne ou un appareil de mesure de la tension et de I’intensite (utilisant une resistance normalisée). Si l’alimentation est variable ou sujette à des fluctuations, on doit utiliser un instrument d’inte- gration comme, par exemple, un joulemétre.

Dans tous les cas, on doit s’assurer que la puissance mesuree est uniquement celle dissipée dans la zone centrale de mesure. Des corrections doivent être ap- pliquées pour tenir compte de la puissance dissipée dans les conducteurs, dans les résistances variables ou dans les wattmetres non compenses.

7.10 Contrôles et mesures de la température ambiante

Une enceinte ou une salle à température contrôlée doit être prévue, capable de maintenir la température désirée de l’air ambiant à & 1 K dans le cas de diffé- rences de température entre la zone centrale et l’air ambiant allant jusqu’à 200 K, et à & 2 K pour des dif- ferences de température supérieures à 200 K. L’enceinte ou la salle peut être conçue de manière à maintenir la température ambiante à n’importe quelle valeur, supérieure ou inferieure à la valeur normale. L’appareil doit être place dans un endroit où l’air est calme et ne doit pas être trop proche d’autres objets pouvant alterer les effets de la convection naturelle autour de l’éprouvette chauffée. Toutes les surfaces ou tous les objets pouvant donner lieu à des échanges par rayonnement avec l’éprouvette doivent avoir une emittance hémisphérique totale supérieure à 0,85 et doivent être approximativement à la même tempéra- ture que l’air ambiant. En option, un équipement peut être prévu permettant d’utiliser des gaz autres que l’air et de simuler les effets du vent en imposant un courant d’air force de direction et d’amplitude desi- rees.

Des capteurs de température d’air doivent être conçus et positionnes de sorte qu’ils ne soient pas directement affectes par la conduite ou par d’autres sources de chaleur. Des emplacements appropries doivent être détermines par expérience et en utilisant, si nécessaire, des ecrans protecteurs. Les capteurs ne doivent jamais être places directement au-dessus de l’appareil.

7.11 Chemise ou isolation supplémentaire

En option, une chemise ayant une température contrôlee peut être utilisee pour porter la surface exterieure de l’éprouvette à une température désirée, differente de la température de l’air ambiant. Une autre solution pour élever la température de la surface extérieure de l’éprouvette est d’entourer cette der- niére d’une couche supplémentaire d’isolation thermique. Dans les deux cas, les thermocouples spécifiés en 8.6 pour la mesure de la température de la surface exterieure de l’éprouvette, doivent être installes avant de poser la chemise ou l’isolation sup- plémentaire. L’émittance de la surface intérieure (en contact avec l’éprouvette) de la chemise ou de I’isolation supplémentaire doit être supérieure à 0,8, de maniere à ne pas reduire tout transfert de rayonnement dans l’éprouvette. Dans de tels cas, il n’est pas possible de determiner le coefficient de transmission thermique.

8 Éprouvettes d’essai


Pour les exigences générales, voir 5.1 et 6.1.

8.2 Échantillonnage

Pour que les resultats de l’essai soient considerés comme représentatifs d’un type de produit ou d’un lot de production particulier, etc., ou encore d’un materiau donne (dans le cas de matériaux homogènes), on doit suivre un plan d’échantillonnage approprie. En l’absence d’un tel plan, les résultats de l’essai doivent être considerés comme ne s’appliquant qu’à I’éprou- vette essayée.

8.3 Mise en place

On doit tenir compte de l’objet de l’essai lorsqu’on determine la mise en place de l’éprouvette. Cette évaluation doit tenir compte des moyens employés pour fixer l’éprouvette sur la conduite, des produits d’etancheite ou des materiaux employés pour les joints, des gaines, bandes, revêtements, feuilles r& fléchissantes, etc., pouvant être inclus dans I’iso-

lation. À moins que d’autres paramètres soient spécifiés ou doivent être étudiés, l’éprouvette doit être fixee sur la conduite comme en application normale, et doit comporter les gaines, revêtements ex- térieurs ou autres accessoires normalement utilises pour l’application envisagée (voir 6.1 .l).

8.4 Conditionnement

Les éprouvettes doivent être sechees ou condition- nées de façon qu’elles soient stabilisees juste avant l’essai, à moins qu’il ne soit demontré qu’un conditionnement n’est pas necessaire pour obtenir des resultats reproductibles pour le materiau soumis à l’essai. Les méthodes de conditionnement spécifiées pour le materiau en question doivent être observées chaque fois que possible; à défaut, la methode normale consiste à secher l’éprouvette jusqu’à un poids constant, à une température de 102 “C à 120 “C, à moins que ces températures soient nuisibles à l’éprouvette. Par exemple, une température maximale de séchage de 40 OC pour le gypse et de 55 “C à 60 “C pour les plastiques cellulaires est habituellement recommandee. Dans certains cas, des températures encore plus basses peuvent être sou- haitables.

On peut noter, si on le désire, les variations de masse résultant du conditionnement mais, aprés le conditionnement, la masse et la masse volumique de l’éprouvette doivent être determinees.

8.5 Conditionnement

Une fois que l’éprouvette est montee sur la conduite, la mesure des dimensions extérieures necessaires à sa description doit être faite à & 0,5 % près (avant et après l’essai). Pour les formes circulaires, les mesures doivent être effectuees à l’aide d’une bande d’acier flexible permettant de determiner la circonference qui, divisée par K, donnera le diamètre 4. L’autre méthode permettant de mesurer le diamètre extérieur à l’aide d’un pied à coulisse ne peut être utilisée que si les mesures sont prises en nombre suffisant et qu’on en déduit la moyenne afin de tenir compte des irrégularités par rapport à une forme circulaire parfaite.

La longueur de la zone centrale de mesure doit être divisée en au moins quatre parties égales et les mesures des dimensions doivent être prises au centre de chacune des parties, ceci en dehors de toute irré- gularité constatée qui doit être Rvitée. Dans le cas des appareils de type «gardé)), d’autres mesures doivent être effectuees au centre de chaque garde.

Les éprouvettes supposées avoir une section transversale uniforme sur toute leur longueur doivent être

rejetées si une seule mesure individuelle (zone centrale de mesure ou garde) conduit à un resultat qui diffère de plus de 5 % de la moyenne.

NOTE 15 Des mesures supplémentaires des dimensions, telles que les mesures du diamètre interne ou de I’épais- seur, peuvent être requises par des spécifications de produits particuliéres. Ces mesures doivent être faites comme indiqué dans ces spécifications.

8.6 Mesure de la température à la surface de l’éprouvette

Les thermocouples permettant de mesurer la tempé- rature moyenne de la surface extérieure, TZ, doivent être fixes sur la surface de l’éprouvette comme indique ci-après.

8.6.1 Emplacement des thermocouples

La longueur de la zone centrale doit être divisee en au moins quatre parties égales et les thermocouples de mesure doivent être places longitudinalement au centre de chacune des parties. Des appareils de grandes dimensions requièrent un plus grand nombre de thermocouples. Dans le cas de formes circulaires, les thermocouples doivent également être disposes de façon équidistante et selon un trace helicoi’dal autour de la conduite, effectuant un nombre entier de révolutions, l’espace angulaire entre les emplacements adjacents devant varier de 45” à 90”. Chacun des emplacements spécifiés doit être, si possible, décalé d’une distance égale à l’épaisseur de l’eprouvette à l’endroit des joints où d’autres irrégularités et des thermocouples supplementaires doivent être utilises, si nécessaire, pour enregistrer la température de la surface. Dans ce cas, les températures individuelles et les emplacements des mesures doivent être signales (voir 13.6).

8.6.2 Fixation des thermocouples

Les thermocouples doivent être fixes sur la surface de façon que leur jonction et la longueur requise de fil adjacent soient en contact thermique parfait avec la surface, tout en n’altérant pas les caractéristiques d’émissivité de la surface adjacente.

8.6.2.1 Surfaces non métalliques

Dans le cas de surfaces non métalliques, un minimum de 100 mm de fil adjacent doit être maintenu en contact étroit avec la surface. Une methode satisfaisante de fixation consiste à utiliser un ruban adhesif collant sur la surface de l’éprouvette ou enroule autour de l’éprouvette et collant sur lui-même. Des petites plaquettes métalliques (d’environ 20 mm x

10

fa ISO ISO 8497:1994(F)

20 mm ou de dimensions inferieures correspondant au rayon de la surface de l’éprouvette) sur lesquelles sont fixes les thermocouples, doivent être utilisees quand la surface de l’éprouvette est lisse, mais à une température non uniforme. La surface de ces plaquettes métalliques doit être peinte ou revêtue de façon que leur émissivité soit approximativement la même que celle de la surface de l’éprouvette.

8.6.2.2 Surfaces mbtalliques

Dans les cas de surfaces metalliques, un minimum de 10 mm de fil adjacent à la soudure doit être maintenu en contact avec la surface. Des moyens acceptables pour la fixation des jonctions des thermocouples sont le martelage, la soudure, le brasage ou le brasage tendre, ou encore l’emploi d’un ruban métallique de même émissivité que celle de la surface. La soudure à arc est particuliérement recommandee. De minces bandes de métal, similaire au metal de la surface, peuvent être soudees sur cette surface pour maintenir les fils des thermocouples en contact avec la surface.

8.7 Éléments à conductance élevée

Les thermocouples doivent être installes sur des elements ayant une conductance thermique axiale, tels que des gaines ou des revêtements métalliques (les éprouvettes comportant de tels élements doivent être essayées sur un appareil de type «gardé»), de maniere à mesurer les gradients de température axiaux nécessaires au calcul du transfert de chaleur axial. Ces thermocouples doivent être installés à la fois sur la partie inférieure et sur la partie supérieure de I’isolation et doivent être placés à une distance égale d’environ 45 mm, de part et d’autre du déjoint entre la zone centrale et chacune des gardes.

9 Mode opératoire

9.1 Mesures dimensionnelles

Mesurer la longueur de la zone centrale, L, et la cir- conférence exterieure de l’éprouvette ou toute autre dimension requise pour definir sa forme. Nor- malement, les dimensions à prendre en compte sont celles mesurées à des températures ambiantes de 10 OC à 35 OC. Si on veut connaître les propriétés thermiques pour des dimensions correspondant à la température de service, ces dimensions peuvent être determinées a partir des dimensions mesurées à température ambiante et en effectuant un calcul base sur les coefficients de dilatation thermique, connus ou mesures précédemment, ou peuvent être determinees à partir de mesures directes effectuées à la

température de service. Les propriétés decoulant de dimensions mesurees à la température de service doivent être identifiees.

9.1 .l Longueur d’essai

Pour les tubes de type «gardé», la longueur d’essai, L, est égale à la distance entre les axes des déjoints existant à chaque extremite de la zone centrale d’essai. En ce qui concerne les extrémites étalonnées ou corrigées par le calcul, la longueur d’essai, L, est égale à la distance entre chacune des calottes.

9.1.2 Diamhtre

Les dimensions extérieures de l’éprouvette doivent être mesurées comme decrit en 8.5.

9.2 Température ambiante

L’appareil doit être enferme dans une enceinte ou dans une salle à la température ambiante désiree qui ne doit pas varier, au cours de l’essai, de plus de + 1 K ou de plus de & 1 % de la difference entre la température du tube et la température ambiante (T, - Ta), selon celle de ces deux valeurs qui est la plus grande. L’essai doit se dérouler à l’air (ou autre gaz désiré) calme à moins qu’une certaine vitesse de l’air ne soit necessaire pour obtenir des températures uniformes ou que l’effet de la vitesse de l’air ne soit inclus dans les conditions de l’essai. La vitesse d’un courant d’air force doit être mesurée et on doit indi- quer son amplitude et sa direction.

9.3 Température de la conduite en essai

Régler la temperature de la conduite en essai (la zone centrale de mesure pour un appareil de type «gardé))) à la temperature desirée. Si les essais doivent être menes sur un domaine de températures, on doit procéder à un minimum de trois ou quatre essais à des températures espacées approximativement de façon égale et choisies pour être représentatives du domaine. Si l’on ne recherche des données qu’à une seule température, les essais doivent se derouler à cette température; on peut aussi déterminer les valeurs souhaitees à partir d’une interpolation des ré- sultats d’essai à des températures Iégérement supérieures ou inférieures à la température spécifiée.

NOTE 16 Les essais sont habituellement effectues avec la surface extérieure de l’isolation exposée à des tempéra- tures ambiantes normales. Ces conditions rendent compte de la majorité des applications où la différence de tempéra- ture augmente en même temps que la temperature de la conduite et la température moyenne correspondante. Si l’on désire refléter d’autres applications ou maintenir une petite différence de température, la température de la surface ex-

11

ISO 8497:1994(F) 42 ISO

térieure peut être élevée en augmentant la température de l’air ambiant ou en utilisant une couche isolante supplé- mentaire ou une chemise extérieure dont la température est contrôlée. Le cas échéant, une description de telles conditions d’essai doit être incluse dans le procès-verbal de I’essai.

9.4 Équilibre des gardes

Si l’on utilise l’appareil du type «gardé», régler la température de chaque garde de manière que la dif- férence de température de part et d’autre de chaque déjoint entre la zone centrale et la garde (mesurée à la surface de la conduite) soit nulle ou inferieure a la valeur qui introduirait une erreur de 1 % dans la mesure du flux thermique. II est souvent souhaitable de procéder à deux essais, l’un avec des températures de gardes legèrement plus élevees que celles de la zone centrale, et l’autre avec des températures le- gèrement plus faibles. Une interpolation entre les resultats de ces deux essais donnera une valeur précise de l’équilibrage à zero du flux thermique dans les ponts thermiques internes ainsi que la puissance alimentant la zone centrale. Elle fournira des informations sur la valeur maximale de déséquilibre permettant de satisfaire le critere de 1 %. On a souvent admis que le déséquilibre thermique ne doit pas être supérieur à 0,5 % de la chute de température à travers l’éprouvette (T2 - TO). Ce critere n’est pas né- cessairement valable dans toutes les conditions.

Dans le cas idéal, le gradient de température axial à travers les déjoints entre la conduite et les gardes, tant pour la conduite en essai que pour la conduite chauffante interne, de même que pour tous les supports structurels internes, doit être nul afin d’eliminer tout flux thermique axial au sein de la conduite. Dans certaines conceptions, il est impossible d’équilibrer simultanement la surface et les cléments internes; il sera alors nécessaire de faire une correction pour les pertes axiales internes de l’appareil. Quand les ponts thermiques sont places uniquement sur la conduite extérieure, il suffit d’obtenir un équilibre à zero au niveau des déjoints de surface de la conduite (entre la zone centrale et les gardes), et aucune correction n’est nécessaire. Quand l’appareil utilise des supports internes constituant des ponts thermiques, il est né- cessaire de noter les lectures des thermocouples

- internes spécifiés en 7.3, de même que les dimensions et les propriétés des ponts thermiques, pour estimer les pertes axiales internes qui doivent être ajoutées à (ou soustraites de) la puissance initiale mesurée, alimentant la zone centrale de mesure.

9.5 Mesures thermiques ;

9.51 Données nécessaires

Le régime stationnaire étant valeurs suivantes:

atteint, determiner les

a) la température moyenne de la zone centrale, TO;

b) l’équilibre thermique entre la zone centrale et les gardes (pour les appareils de type «gardé»);

c) la température moyenne de la surface exterieure de l’éprouvette, T2 (cette valeur peut être omise si on ne desire connaître que le coefficient de transmission thermique);

d) la température moyenne de l’air ambiant, Ta et, si un courant d’air et utilise, la vitesse de l’air;

e) la puissance électrique moyenne alimentant les elements chauffants de la zone centrale (la valeur instantanee fournie par le wattmetre ou le voltampèremètre, si elle est stable, ou l’énergie totale divisée par la période de mesure).

9.5.2 Flux thermique axial

9.5.2.1 Dans l’appareil

Mesurer les gradients de température axiaux, aux frontières de la zone centrale de mesure et des gardes, pour chaque conduite interne chauffante ou chaque pont thermique (voir 7.3 et 9.4).

9.5.2.2 Dans l‘éprouvette

Pour les éprouvettes comportant des éléments à haute conductance axiale, enregistrer les lectures des thermocouples spécifiés en 8.7, pour determiner les gradients axiaux. En se servant de la moyenne de ces gradients, des dimensions et des propriétés de conductance thermique connues de ces éléments, calculer la conduction thermique axiale totale. Rejeter tous les essais où le flux thermique axial dans l’eprouvette est supérieur à 1 % de la quantité moyenne de chaleur alimentant la zone centrale de mesure.

9.5.3 Durée de l’essai et stabilité

Poursuivre les observations jusqu’à ce qu’au moins trois séries de mesures successives (effectuées à in- tervalle de 30 min. au moins entre chaque série) ne s’écartent pas de plus de 1 % de la moyenne des valeurs obtenues pour les trois périodes, et ne montrent pas une tendance anormale. A noter que si les me-

12

0 ISO ISO 8497:1994(F)

sures de puissance sont effectuées à l’aide d’un instrument d’intégration, chaque série de mesures doit avoir une durée minimale de 30 min. Dans certains cas, des exigences encore plus sévères peuvent être requises.

10 Corrections pour les calottes d’extrémité

Des corrections sont necessaires pour tenir compte des pertes de chaleur par les calottes d’extrémite des appareils de type ((calibré)) ou (4 correction calculée)), mais ne sont pas requises pour les appareils de type ((gardé».

10.1 Calottes d’extrémité calibrées

10.1 .l Domaine de températures

Les appareils de type ((calibre)) exigent un calibrage des calottes d’extremite pour un domaine de tempé- ratures correspondant aux conditions d’utilisation pré- vues. II est souhaitable de procéder à trois ou quatre calibrages au moins à des températures de la conduite à peu près également espacées et de tracer une courbe de la puissance électrique fournie en fonction de la difference de température entre la conduite et l’air ambiant. Des courbes d’étalonnage indépendantes doivent être obtenues pour chaque température ambiante. Si l’appareil ne doit être utilise que dans certaines conditions, il peut être souhaitable de procéder à une interpolation entre deux essais conduits à la même température ambiante, la conduite étalon Atant porte legèrement au-dessus et légèrement en dessous de la température désirée.

10.1.2 Assemblage

Assembler les calottes d’extrémite sur la conduite d’étalonnage et colmater l’interstice avec de la fibre de verre ou un autre produit d’étancheité approprie. Connecter l’alimentation en énergie et les conducteurs des thermocouples.

10.1.3 Méthode d’étalonnage

Régler la puissance d’alimentation du système de chauffage de manier-e à obtenir la température desi- rée. Une fois que le régime ,stationnaire est atteint, procéder aux observations permettant de déterminer la température de la conduite d’étalonnage et celle de l’air ambiant, ainsi que la puissance électrique moyenne alimentant les éléments chauffants, pen- dant une période d’au moins 0,5 h.

Poursuivre trois series

les de

observations jusqu’à mesures successives

ce qu’au moins (effectuees à in-

tervalle de 30 min. au moins entre chaque série) ne s’ecartent pas de plus de 1 % de la moyenne des valeurs obtenues pour les trois périodes, et ne montrent pas une tendance anormale. A noter que si les mesures de puissance sont effectuées à l’aide d’un instrument d’intégration, chaque série de mesures doit avoir une durée minimale de 30 min. Dans certains cas, des exigences encore plus sévères peuvent être requises.

10.2 Calottes à correction calculée

10.2.1 M6thodes de calcul

L’utilisation des appareils «à correction calculee)) implique des calculs mathématiques pour corriger l’effet des pertes de chaleur par les calottes. Toute méthode qui s’est révelee satisfaisante peut être utilisee.

10.2.2 Méthode de van Rinsum

10.2.2.1 Résumé de la méthode

Les pertes de chaleur axiales provoquent une chute de température vers les extremités de la surface de la conduite, qui dépend des conductivités des elé- ments constituant la conduite (et de la conduite chauffante intérieure) ainsi que de l’éprouvette. Si cette chute de température est mesurée et si l’on connaît les conductivités de la conduite et des éle- ments chauffants, il est possible de calculer la con- ductivité thermique de l’éprouvette à partir du flux thermique mesure. Selon la méthode de van Rinsum (voir[sl) on calcule la température qui doit être ajoutée à la température mesurée au centre de la surface de la conduite. Cette température ainsi corrigée est celle qui est introduite dans l’équation de conductivite nor- malisee (voir 3.5). La methode à suivre est décrite ci- apres.

10.2.2.2 Mesures

Quatre thermocouples, places réguliérement sur la circonference de la conduite, doivent être disposes au centre de la conduite. Deux autres séries similaires de quatre thermocouples doivent être disposes chacune à une distance X du centre, vers l’une et l’autre extrémité de la conduite. La distance X doit être de 200 mm ou plus. Ces thermocouples doivent être introduits dans des rainures et fixes comme indique en 7.5. On effectue ensuite la moyenne des lectures fournies par chaque série de quatre thermocouples.

10.2.2.3 Calculs

Calculer une valeur approximative de la conductivite thermique, ;1’, à partir de l’équation:

13

ISO 8497:1994(F) 0 ISO

Â. 1 @ 1 W&)

= 27cL(T,, - T2) . . .

où tous les termes ont eté précédemment définis à l’article 4, sauf TO, qui est la température de la surface de la conduite en son centre (moyenne des lectures de quatre thermocouples).

Calculer un facteur de correction, c, à partir de l’équation: ,

2x2’ ’ = (A,& + A,~,)~W&)

. . . (11)

où A& est le produit de la surface de la section

transversale par la conductivité thermique de la conduite;

A,1, le m&me produit relatif à la conduite chauffante intérieure.

Calculer la correction à appliquer à la température de la surface de la conduite en son milieu, ATo,, au moyen de l’equation:

T ATom = Om - Tox

cosh(X&) . . . (12)

où Tox est la température moyenne de la surface de la conduite à la distance X de son milieu (moyenne des lectures de huit thermocouples, quatre de part et d’autre du point central, vers chacune des extrémi- tés) .

Calculer la conductivité thermique corrigée, A, à partir de l’équation:

R =

10.2.3

10.2.3.1

0 1 n(o,/o,) 2nL(Tom + AT,, - T2)

Méthode de Nukiyama

. . . (13)

Résumé de la méthode

La perte de chaleur à travers les calottes isolantes d’extrémité a le même effet sur la puissance electri- que totale fournie mesuree que si l’on ajoutait une certaine longueur à la zone centrale de la conduite. Selon la méthode de Nukiyama (voir[Jl) on calcule la correction de la longueur qui devrait être apportée à la longueur de la zone centrale de mesure. Cette longueur corrigée est alors introduite dans l’équation de conductivite thermique indiquée en 3.5. Pour appliquer cette méthode, les conditions suivantes doivent être remplies:

a)

b)

cl

dl

le matériau des calottes d’extremite et le materiau de l’éprouvette doivent être homogénes et isotropes;

la conductivité thermique du materiau des calottes doit être la même que celle de l’eprouvette;

le diamétre extérieur des calottes d’extremite doit être le même que celui de l’éprouvette;

la conduite doit avoir la même longueur que l’éprouvette et doit être uniformement chauffée sur toute sa longueur.

10.2.3.2 Calculs

La conductivite thermique doit être calculée par la relation:

A @ 1 W,Po) = 2n;(L + nDo)(To - T2)

. . . (14)

Le facteur n doit être tire de la figure3, à partir du rapport des diametres (D2/Do) appoprié et du rapport entre l’epaisseur de la calotte et le diametre du tube w,).

2

A,8

la6

IA

12

1

03

Oa6

W

02

0 0,2 0,3 0,4 0,s 0,6 0,7 0,8 0,9 1

(S/D01

Figure 3 - Correction de Nu kiyama

10.2.4 Méthode des différences finies

Une autre methode consiste à utiliser l’analyse des différences finies à partir des propriétés thermiques determinées sur une éprouvette plane prélevée dans

14

ISO 8497: 1994(F)

le même lot de matériau que celui employé pour réa- liser les calottes, ou des donnees obtenues pour un autre matériau similaire, s’il est estimé que l’erreur pouvant être introduite de ce fait reste dans les limites admises de l’incertitude de l’essai. Les mesures des propriétés thermiques du matériau peuvent être effectuees soit par la méthode de la plaque chaude gardée (voir ISO 8302), soit par la methode du fluxmétre (voir ISO 8301), et doivent être prises dans toutes les directions appropriées, si le matériau n’est pas isotrope (habituellement dans le sens axial et dans le sens radial).

11 Calculs

Les propriétés de transmission thermique desirées doivent être calculees pour chacune des trois skies de mesures, ou plus, requises en 9.5.3, et la moyenne de ces valeurs doit être notée dans le procés-verbal d’essai (voir 13.9). Les calculs doivent être effectues en utilisant les équations de l’article 3 ou, pour les calottes corrigées par calcul, les équations appro- priées en 10.2. Si il y a lieu, des corrections doivent être apportées aux pertes de puissance mesurées pour rendre compte des pertes de chaleur axiales dues aux liaisons internes, en utilisant les gradients mesures, les dimensions et les propriétés du materiau (voir 9.4). Pour les appareils de type «calibré», appliquer les corrections de calibrage determinees en 10.1.

NOTE 17 Un programme de comparaisons interlaboratoires comprenant neuf laboratoires (voir [a]) a montre que les essais sur la même éprouvette ne doivent pas varier de plus de f 3 % de la valeur moyenne obtenue. II s’agissait d’une isolation thermique en fibres de verre, essayée à une tem- pérature ambiante contrôlée de 20 OC à 25 OC environ, le domaine de temperatures de l’essai étant compris entre 60 “C et 160 “C. Toutefois, la précision de la méthode, en dehors des conditions d’essai signalées, n’est encore pas prouvée et des comparaisons supplémentaires sont pré- vues dans le cadre de I’ISO/R163.

13 Rapport d’essai

Le rapport d’essai doit contenir les informations spé- cifiees dans les paragraphes suivants.


Le rapport d’essai doit decrire les éprouvettes d’essai, la methode d’echantillonnage, la procédure de dérou- lement de l’essai, l’appareil d’essai utilise et les ré- sultats obtenus et, le cas échéant, une représentation graphique des propriétés mesurées en fonction de la température pour le domaine d’application considére. Les valeurs numériques doivent être accompagnées des unit& employées. Les paramétres concernes, parmi ceux enumérés en 13.2 à 13.12, doivent être notes.

13.2 Description de l’éprouvette

12 Reproductibilité et précision de l’essai

12.1 Estimations

La reproductibilité et la précision de l’essai dépendent de l’appareil et de son fonctionnement, des propriétés de l’eprouvette et des conditions d’essai choisies, si bien qu’on ne peut définir une relation quantitative simple applicable à tous les essais. Pour chaque série de conditions d’essai, il est possible d’estimer les erreurs propres à chaque paramètre entrant dans le calcul des propriétés de transmission thermique, puis de combiner les erreurs individuelles, en faisant appel à la théorie statistique de propagation d’erreurs, afin de parvenir à une estimation de l’incertitude sur le resultat final.

La description de l’éprouvette doit comporter tout ce qui permet de l’identifier de façon détaillée, y compris le nom et le domaine d’activite du fabricant, le type générique du matériau, la date de fabrication, la date et la source de la livraison, les dimensions nominales et la forme de même que, si requis, la masse nomi- nale et la masse volumique. Toute caractéristique particuliére inhabituelle de l’éprouvette observée, avant et après l’essai, doit également être signalée.

13.3 Dimensions et masse volumique

Ce sont les dimensions mesurees et, si on les connaît, la masse et la masse volumique avant et apres l’essai. Si les dimensions sont prises à une température differente de l’ambiante, celle-ci et la méthode appliquée pour determiner ces dimensions, doivent être indiquées.

12.2 Comparaisons interlaboratoires 13.4 Mise en place de l’éprouvette

Des programmes d’essais de comparaisons interlaboratoires peuvent être utilisés pour obtenir une estimation de la précision de la methode.

Description de l’application envisagée et moyens de fixation, y compris le nombre, le type et les emplacements de toute bande ou autres fixations, le type de gaine, chemise ou revêtement s’il y a lieu, ainsi

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que le type et les emplacements des produits d’etancheite employés, l’ajustement parfait de l’éprouvette sur la conduite ou l’existence d’un espace d’air entre la conduite et l’éprouvette. Noter, si possible, l’épaisseur de l’espace d’air.

13.5 Conditionnement

Description de toute méthode de conditionnement ou de séchage utilisee et, s’ils sont connus, la masse, la masse volumique et les changements de dimensions consecutifs au conditionnement ou au séchage.

13.6 Températures

Les températures suivantes doivent être indiquées:

a) la température moyenne de la zone centrale de mesure, T,;

b) la température moyenne de la surface exterieure de l’éprouvette, 7’*, et dans le cas d’éprouvettes irrégulières, les lectures et emplacements des thermocouples utilises pour rendre compte des températures de surface non uniformes (voir 8.6.1).

13.9 Propriétés de transfert thermique

Propriétés désirées, de transfert thermique, comprenant chaque fois que nécessaire, toutes celles citées ci-dessous, ainsi que les températures moyennes correspondantes, (T, + T,)/2. II s’agit des moyennes calculees selon l’article 11.

d

d)

e)

f 1

9)

h) 13.7 Conditions ambiantes

Type de gaz ambiant, température moyenne de ce gaz, Ta, et s’il y a lieu, la vitesse du courant de venti- lation forcee (amplitude et direction) ainsi que tout détail sur les autres moyens de contrôler la tempéra- ture extérieure, tels que revêtement isolant supplé- mentaire, gaine ou chemisage à température contrôlee.

13.8 Puissance électrique

La puissance électrique moyenne fournie à la zone centrale de mesure et toute correction appliquée à celle-ci.

coefficient linéique de transmission thermique, K,, température ambiante correspondante, Ta, et coefficient de transfert thermique surfacique par rapport à la surface externe de l’éprouvette b;

conductance thermique linéique, A,;

resistance thermique linéique, RI;

conductivite thermique, ;1;

resistivite thermique, r;

coefficient superficiel de transfert thermique de l’isolation, b;

conductance thermique surfacique, A, et la surface de réference considérée;

résistance thermique surfacique, R, et la surface de reference consideree.

13.10 Estimation de l’erreur

Erreur estimée dans les résultats de l’essai.

13.11 Exceptions

Reference de la présente Norme internationale et mention de toute exception faite par rapport a celle-ci.

13.12 Calculs particuliers

Principaux Rléments ou références concernant les calculs particuliers effectues.

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ISO 8497:1994(F)

Annexe A (informative)

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Page blanche

ISO 8497:1994(F)

ICS 27.220.00 Descripteurs: isolation thermique, tuyau, essai, détermination, propriété thermique, conductivité thermique, résistance thermique, mesurage thermique.

Prix bas& sur 16 pages

NORME ISO INTERNATIONALE 8497

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