ES2939137B2 - Aparato de ensayo para la medida dinamica de las propiedades de transporte y almacenamiento de la humedad en materiales porosos - Google Patents

Aparato de ensayo para la medida dinamica de las propiedades de transporte y almacenamiento de la humedad en materiales porosos Download PDF

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Description

DESCRIPCIÓN
APARATO DE ENSAYO PARA LA MEDIDA DINÁMICA DE LA PROPIEDADES DE
TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE LA HUMEDAD EN MATERIALES POROSOS
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se encuadra en el campo técnico de los sistemas de ensayo para materiales porosos, para determinar las propiedades de transporte y almacenamiento de humedad en materiales porosos, y especialmente materiales porosos monolíticos de construcción.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La humedad juega un papel fundamental en el deterioro estético y/o funcional de los materiales porosos de construcción. En el ambiente interior de los edificios, el exceso de humedad en los cerramientos puede provocar patologías relacionadas con el desarrollo de microorganismos, mohos y hongos responsables también de enfermedades respiratorias. Los problemas de humedad pueden surgir por condensaciones superficiales o intersticiales, la penetración del agua de lluvia en la envolvente del edificio, el aumento de la humedad o las fugas de los sistemas de suministro de agua y drenaje además de fenómenos meteorológicos catastróficos. Las causas de la mayoría de estos problemas pueden estar relacionadas con el diseño o mantenimiento inadecuado. Por otra parte, el origen principal de la humedad del material que causa el biodeterioro en el ambiente interior es el vapor de agua, la mayor parte en el caso de viviendas y oficinas la humedad generada por las actividades domésticas normales de los ocupantes. y/o por los mismos ocupantes.
Se requiere una comprensión completa del transporte combinado de calor y humedad para hacer frente a los problemas de durabilidad y de salubridad en los materiales. En particular, el transporte de humedad a bajo contenido de humedad en el régimen higroscópico es de interés para los problemas de biodeterioro, por ejemplo, el crecimiento de hongos. Aunque el deterioro por hongos de los materiales de acabado a menudo se relaciona con la condensación de la superficie, la evidencia experimental muestra que prácticamente todos los hongos de interior crecen de manera óptima en humedades relativas por debajo de la saturación.
Generalmente se reconoce que el transporte macroscópico de humedad en materiales porosos monolíticos se puede describir utilizando una ecuación de difusión no lineal. En tales modelos, todos los mecanismos para el transporte de humedad, es decir, el flujo de líquido y la difusión de vapor con mecanismos de mejora asociados, se asimilan en una única difusividad de la humedad que depende del contenido de humedad real. Las ecuaciones básicas para la transferencia combinada de calor y humedad fueron establecidas por primera vez por PHILIP, J .R. and D.A. DE VRIES (1957), Moisture Movement in Porous Materials under Temperature Gradients, Trans. Amer. Geophys. Union 38: 222-232. Durante las últimas décadas, los trabajos de WITHAKER, S. (1977), Simultaneous heat, mass and momentum transfer in porous media. A theory of drying porous media, Adv. Heat Transfer 13: 119-200, y BEAR, J. and Y. BACHMAT (1990), Introduction to modeling of transport phenomena in porous media, Vol. 4, Kluwer, Dordrecht, proporcionaron las estructuras para entender sus ecuaciones fundamentales. PEL, L., A.A.J. KETELAARS, O.C.G. ADA N and A.A. VAN WELL (1993), Determination of moisture diffusivity in porous media using scanning neutron radiography, Int. J. Heat Mass Transfer 36:1261-1267, muestran una recopilación general del método.
El material se somete a secado, absorción y a humedades relativas transitorias. En la respuesta del material a humedades relativas transitorias en el rango higroscópico, la difusividad real resultante de las mediciones se basa en la difusividad aparente, estimada sobre la base de la sorción higroscópica.
Generalmente se reconoce que el transporte de agua en materiales porosos de construcción se puede describir utilizando una ecuación de difusión macroscópica. La determinación de la difusión y los coeficientes de esta ecuación es un problema importante por tener características "no lineales”. No hay una técnica de ensayo que proporcione el valor de los coeficientes en todo el espectro útil, por lo que los tiempos de ensayo son extremadamente largos, y por lo tanto, costosos. Además, para que estadísticamente sean representativos, se necesitan gran número de muestras para ensayos, que en general quedan inservibles por ser técnicas destructivas, lo que dificulta enormemente el contraste interlaboratorios o su reproductibilidad.
Para la determinación dinámica de la difusividad de la humedad, se han aplicado técnicas de medición no destructivas basadas en la atenuación del haz de neutrones y la resonancia magnética nuclear, para determinar la difusividad de la humedad de forma isotérmica, directamente a partir de perfiles de contenido de humedad transitorios. Estas técnicas requieren del uso de equipamiento de ensayo sofisticado y de alto coste. según se describe por CARMELIET J. et al. (1993), Determination of the Liquid Water Diffusivity from Transient Moisture TransferExperiments, Journal of THERMAL ENV. & BLDG. SCI., Vol.27, No.41097-1963/04/04 0277-29 DOI: 10.1177/1097196304042324.
La difusividad de la humedad que se utilizará en el modelado de la transferencia de masa en edificios y materiales de construcción depende en gran medida de las condiciones iniciales del material, lo que subraya la compleja interacción de las fases líquidas y de vapor en el sistema poroso. Como consecuencia, los resultados experimentales rebaten las estimaciones comunes de los efectos de higroscopicidad sobre la base de valores de difusividad aparente con la isoterma de sorción y la permeabilidad al vapor de agua.
Cuando el contenido de humedad en equilibrio de un material poroso a una humedad relativa determinada se expresa respecto a la presión capilar correspondiente a dicha humedad relativa, se obtiene la curva de retención de humedad. La mayoría de los materiales porosos utilizados en la construcción presentan un amplio rango de radio de poro, entre 10-5 y 10-12 m. Como resultado, la curva de retención de humedad es altamente no lineal.
Dicha curva de retención se puede dividir en dos partes, correspondientes a dos regímenes de almacenamiento de masa:
• Régimen higroscópico
• Régimen sobre-higroscópico
En el régimen higroscópico se produce la adsorción monocapa y luego multicapa en las paredes de los poros, seguida de la condensación capilar en los poros. La transición de régimen higroscópico a sobre-higroscópico, se produce cuando el contenido de humedad es igual al contenido crítico. En ese momento, se produce la transición de flujo de vapor de agua a flujo dominante de agua en estado líquido.
A su vez, el régimen sobre-higroscópico se divide en dos zonas:
• Régimen capilar
• Régimen sobre-capilar
La zona capilar es la correspondiente al contenido de humedad entre la humedad crítica y la humedad de saturación capilar. La zona sobre-capilar se produce entre el contenido de humedad de saturación capilar y el contenido de humedad saturada en vacío. En condiciones normales, los materiales de construcción porosos generalmente desempeñan su función en el régimen higroscópico y en el régimen capilar. El régimen sobre-capilar es importante en materiales que inician su vida en condiciones de saturación total como los morteros de cemento y hormigones.
La curva de retención de humedad se ve sometida a histéresis entre los procesos de secado y humedecimiento. El secado de un material totalmente saturado se describe mediante la "curva de secado”, mientras que el humedecimiento de un material inicialmente seco se describe mediante la "curva de mojado”. En la física de los edificios, el contenido de humedad capilar define el límite superior de la curva de mojado, siendo este contenido de humedad menor que el contenido de humedad de saturación total o en vacío, debido al aire atrapado en los poros.
De lo anterior, se deduce que los mecanismos de transporte y almacenamiento de humedad en materiales porosos de construcción es un fenómeno complejo agravado por la presencia de cambio de fase y la transmisión combinada de agua en estado de vapor y en estado líquido.
Esta complejidad hace que no haya un método de ensayo único que pueda caracterizar adecuadamente todos los tramos de transferencia desde material seco a material colmatado de humedad en estado líquido. Además, las condiciones de ensayo son válidas para un estado isotérmico, y para representar las condiciones reales del funcionamiento en los edificios, es necesaria la caracterización de la propiedad a temperaturas diferentes, teniendo en cuenta el efecto combinado del transporte de calor y humedad simultáneamente.
En PENG RENA et al. (2019), Hygric properties of porous building materials (V): Comparison of different methods to determine moisture diffusivity, Building and Environment 164 106344, se analizan diferentes métodos para obtener la difusividad de humedad obtenidas por diferentes métodos durante el proceso de absorción capilar para diferentes materiales de construcción porosos, llegando a las siguientes conclusiones:
a) El método de atenuación de rayos X es confiable para determinar el perfil w-A y la difusividad de la humedad. Pero requiere instalaciones caras, habilidades experimentales especiales y procesamiento de datos complicado, que dificultan su estandarización y popularización;
b) El método de la regla generalmente proporciona resultados cercanos al método de atenuación de rayos X, pero es más simple, pero sólo es utilizable en el rango capilar para materiales con un frente de agua visible y claro;
c) El método de varios pasos es fácil en experimentar, pero complicado en el procesamiento de los datos. Está abierto a discusión si la concatenación de varios pasos es lo suficientemente precisa para representar la difusividad de la humedad;
d) El método Kie&l-Künzel es el más simple de todos, pero no siempre es exacto.
Estos métodos sólo cumplen con el ensayo en régimen capilar líquido.
El estudio de estas diferentes y complejas teorías del transporte de humedad en los medios porosos es una indicación para entender por qué uno de los procesos industriales más antiguos empleado por el hombre, sigue siendo hasta hoy en día tan poco comprendido. Por lo tanto, se requiere de equipamiento o técnicas sofisticadas que presentan inconvenientes ya que son difíciles de aplicar en los ensayos convencionales o rutinarios/normativos de materiales.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Uno o varios de los problemas del estado de la técnica son resueltos con el presente aparato de ensayo. Aparato de ensayo para la medida dinámica de propiedades de transporte y almacenamiento de la humedad en materiales porosos, que comprende una carcasa, una estructura de armazón, un soporte de muestras y un sistema de climatización.
La carcasa está sostenida por la estructura de armazón y presenta un interior que forma una cámara principal de medición estanca para alojar una barra de muestras que tiene una sección constante, y que presenta caras selladas de forma estanca, estando selladas todas sus caras a excepción de una de sus caras extremas, El soporte de muestras está dispuesto en la cámara principal,
El sistema de climatización sirve para obtener condiciones reguladas de humedad relativa y temperatura de aire interior de la cámara principal que comprende un sistema humidificador, un sistema de regulación térmica, un sistema de recirculación de aire y un sistema de control,
El sistema humidificador tiene la función de humidificar aire en el interior de la cámara principal para obtener aire humidificado en el interior de la cámara principal, el sistema de regulación térmica está destinado o establecer temperaturas del de trabajo predeterminadas del aire humidificado en el interior de la cámara principal, para obtener aire humidificado térmicamente acondicionado, mientras que el sistema de recirculación de aire humidificado provee una recirculación de aire humidificado térmicamente acondicionado en el interior de la cámara principal. El sistema de control controla los sistemas de humidificación, de regulación térmica y de recirculación de aire para establecer una pluralidad de combinaciones de las condiciones reguladas de humedad relativa y temperatura. El sistema de control puede estar programado en un ordenador que opera en base a un software con base PID (Proporcional, integral y derivativo).
En el aparato de ensayo conforme a la invención, el soporte de muestras comprende primeros elementos de apoyo inferiores para apoyar una primera parte extrema de la barra de muestra y segundos elementos de apoyo inferiores para apoyar una segunda parte extrema de la barra de muestra correspondiente a la cara extrema no sellada de la barra de muestra;
un primer y un segundo brazo de suspensión articulados cada uno por su extremo inferior a uno los elementos de apoyo inferiores.
El primer brazo de suspensión está articulado a una parte superior de la estructura de armazón, y estando segundo brazo de suspensión articulado, conectado a un medidor de fuerza (dinamómetro) dispuesto en la cámara principal, y los elementos de apoyo inferiores están suspendidos en los brazos de suspensión de forma que mantienen la barra de muestras suspendida axialmente en un plano horizontal sin causar esfuerzos axiales en la barra.
El primer brazo de suspensión está articulado, mediante una primera articulación superior, a una parte superior de la estructura de armazón, mientras que el segundo brazo de suspensión está articulado, mediante una segunda articulación superior, a un medidor de fuerza dispuesto en una parte superior de la cámara principal. El segundo brazo de suspensión está unido al segundo elemento de apoyo inferior mediante una segunda articulación inferior.
El acoplamiento mecánico de medición de fuerza descentrada sobre una muestra tipo barra, para poder determinar mediante transitorio la variación de masa que se produce al absorber la humedad a través de sólo uno de los extremos de la muestra, sobre el que se produce el registro de peso, a condiciones reguladas en la cámara de principal de climatización a valores de humedad y temperatura controladas.
Los brazos de suspensión de suspensión que transmiten la fuerza descentrada están diseñados de modo que se anule totalmente la componente axial en la barra de muestra, para no introducir esfuerzos parásitos producidos por la posible expansión por humedad o térmica de la barra de muestra. Preferentemente los brazos de suspensión, las articulaciones y los elementos de apoyo conforman un sistema geométrico de trapecio ajustable para adaptarse a las dimensiones de la muestra.
Preferentemente, la variación de peso detectada por el medidor de fuerza se traslada a un programa de cálculo del sistema de control que es capaz de obtener la pendiente (diferencial) instantánea sobre una gráfica de evolución de la masa descentrada. El software programado en el sistema de control, también mediante protocolo de comunicación está diseñado para determinar si las condiciones de humedad y temperatura en la cámara principal son estables, y puede cambiar la climatización de la cámara a un nuevo punto de medición.
Al menos uno de los elementos de apoyo puede presentar forma de estribo con una base de apoyo para la barra de muestra. Preferentemente, los elementos de apoyo son simétricos
El sistema de regulación térmica puede comprender una sonda de termoresistencia de coeficiente de temperatura negativo para medir la temperatura en la cámara principal y para transmitir señales identificativas de la temperatura medida al sistema de control, y un sistema termoeléctrico de efecto Peltier para regular la temperatura en la cámara principal para establecer las temperaturas del de trabajo predeterminadas del aire humidificado en el interior de la cámara principal en respuesta a temperaturas medidas en la cámara principal. La temperatura en la cámara principal también queda regulada por un sistema termoeléctrico de efecto Peltier que proporciona el valor adecuado de temperatura y poder hacer así ensayos en condiciones isotérmicas. La referencia se compara con una sonda termoresistencia de coeficiente de temperatura negativo NTC.
El sistema humidificador puede comprender una sonda de humedad de tipo capacitativo dispuesta en la cámara principal, para medir la humedad del aire humidificado en el interior de la cámara principal y para transmitir señales identificativas de la humedad medida al sistema de control, así como una primera y una segunda cámara de equilibrio de humedad. La primera cámara de equilibrio de humedad comprende una bandeja inferior contiene una solución de una primera sal hidratada, mientras que la segunda cámara de equilibrio de humedad comprende una bandeja que contiene una solución de una segunda sal hidratada, presentando cada cámara de equilibrio al menos una entrada de aire comunicada con la cámara principal y una salida de aire comunicada con la cámara principal.
Preferentemente las salidas de aire de las cámaras de equilibrio disponen de respectivos dispositivos obturadores que actúan como válvulas de salida, como por ejemplo láminas elásticas
La primera solución de sal hidratada es susceptible de liberar un valor constante de humedad al aire en la primera cámara de equilibrio hasta o desde una temperatura a partir de o hasta la que la segunda solución de sal hidratada es susceptible de liberar humedad al aire en la segunda cámara de equilibrio. Por ejemplo, la primera solución de sal hidratada puede ser una solución de potasio sulfato, K2SO4 que a unos 23°C es susceptible una humedad relativa al aire a un valor constante en la primera cámara del 97,42% ± 0,47, y la segunda solución de sal hidratada en la segunda cámara de equilibrio puede ser una solución de cloruro cálcico, CaCh, que liberar una humedad relativa de 0% a unos 23°C. De este modo, se consigue proporcionar humedades relativas al aire que pasa por las cámaras de equilibrio y que se recircula a la cámara principal dentro de un amplio rango de temperaturas.
El sistema el sistema de recirculación de aire humidificado puede comprender un primer ventilador axial para hacer pasar aire proveniente de la cámara principal desde la entrada de aire a través de la primera cámara de equilibrio y expulsar el aire a la cámara principal por la salida de aire, y un segundo ventilador axial para hacer pasar aire proveniente de la cámara principal desde la entrada de aire a través de la segunda cámara de equilibrio y expulsar el aire a la cámara principal por la salida de aire. En este caso, el sistema de control regula el caudal del aire que cada ventilador hace pasar por cada una de las cámaras de equilibrio en función de la humedad dl aire medida por la sonda de humedad controlando la velocidad de cada ventilador.
Los valores deseados en la cámara principal se obtienen por la regulación del régimen de giro de los respectivos ventiladores axiales, que renuevan las cámaras de equilibrio de humedad haciendo una recirculación del aire de la cámara principal.
La combinación de aire insuflado por ambas cámaras proporciona el equilibrio de los diferentes valores de humedad relativa necesario. La regulación se realiza en base a la medición de la sonda de humedad de tipo capacitivo y el sistema de control con base PID (Proporcional, integral y derivativo) genera las condiciones de humedad en la cámara de medición. El sistema de control puede implementarse, por ejemplo, bajo protocolo de software y hardware libre ARDUINO NANO. Para evitar corrientes de aire dentro de la cámara provocada por los ventiladores, durante el tiempo de registro de la pesada, se detienen los mismos.
La información fluye entre el sistema físico de medición de valores de humedad, temperatura y fuerza medida por el medidor de peso, y el software de control de ensayo, que obtiene la comunicación, por ejemplo, a través de un puerto serie de PC del ordenador en el que está implementado el software de control del sistema de control.
Mediante el dispositivo de ensayo se pueden obtener medidas de la difusividad Dw (Coeficiente de Difusión de humedad) aplicando la teoría de la difusión a una muestra en forma de barra de sección constante en la que se crean desequilibrios relativos en su contenido de humedad, y por métodos gravimétricos descentrados se deduce el coeficiente de difusión que corresponde a la fórmula
Figure imgf000010_0001
en la que
g = flujo de humedad total en el transporte, correspondiente a la fase líquida y a la fase vapor kg/(sm2)
Dw = Difusividad a la humedad en m2/s
dw/dx es la derivada parcial del contenido de humedad (w en [kghum/kg)] en cada sección de la muestra respecto a una distancia de referencia desde el punto de apoyo (x en [m]) se puede identificar por medio de la pesada descentrada en suspensión.
El procedimiento puede automatizarse para poder obtener sin intervención del operario de medida, todo el recorrido de valores de difusión tanto en la fase vapor como en la fase líquida, para lo que se necesita una regulación de la temperatura y humedad en la cámara. Para la temperatura se puede utilizar un sistema PID convencional, pero para los valores de humedad relativa, se ha ideado un sistema novedoso conformado por cámaras con ventilación forzada estratificada que se encargan de la regulación de la humedad de la cámara de medida principal.
La utilización del mecanismo de medida gravimétrica en suspensión permite anular los esfuerzos axiales que se generarían entre apoyos puntuales o deslizantes de la muestra, y elimina la histéresis atribuible al sistema de medición.
El sistema permite también el control simultáneo de temperatura (por sistema Peltier forzado preferentemente) y humedad en el ensayo para permitir en una pequeña cámara climática obtener el punto de equilibrio y el escalado necesario.
La barra de muestra de sección constante (muestra de material), se acondiciona previamente a un valor de contenido de humedad especificado, y se sella en todas sus caras excepto por uno de sus extremos de la barra (la que se apoya en el sistema de medición de peso) y el otro extremo se apoya en un punto fijo articulado. En ese momento se comienza el registro en el mecanismo de medida descentrado y se obtiene la curva de variación de masa en el tiempo (en el que la cámara climática se ha mantenido un valor de humedad y temperatura constante asegurando que en los registros de peso no influya la turbulencia del aire dentro de la cámara y la medición sea precisa.
La variación del paso de cada pesada está relacionada con el flujo de humedad en las condiciones que se consideran de equilibrio estacionario, obteniendo para esa condición el valor buscado por diferenciación de una curva establecida con las siguientes fórmulas:
Figure imgf000011_0001
M Contenido de humedad [kghumedad/kgsolido seco]
t Tiempo [s]
T Temperatura [°C ó K]
Kl Coeficiente de difusión líquida [m2/s]
Jl Flujo de líquido [kg/m2 s]
KH Permeabilidad [m3/m]
Kv Coeficiente de difusión de vapor [m2/s]
Mv Concentración de vapor en los poros [kgvap/kgsseco]
k Coeficiente de conductividad térmica del sólido seco [W/m K]
keff Conductividad térmica efectiva [W/m K]
L Calor latente de evaporación [J/kg]
Cm Capacidad isotérmica de humedad [kghum/kgsseco oM]
c’ Calor específico del cuerpo húmedo [J/kg K]
U Potencial de humedad [adimensional]
D’ Coeficiente de difusión en función del potencial de humedad [m2/s]
p Presión [N/m2]
g Aceleración de la gravedad [m/s2]
DPM Coeficiente de transporte de humedad global [m2/s]
DPI Coeficiente de transporte de líquido [m2/s]
Dbl Coeficiente efectivo de difusión de líquido ligado [m2/s]
Dva Coeficiente de difusión efectivo de vapor en aire [m2/s]
Dpg Coeficiente de transporte de gas [m2/s]
ml Generación de líquido [kg/m3 s]
mb Generación de humedad ligada [kg/m3 s]
hs Calor de adsorción [J/kg]
s Generación de energía [W/m3]
Cpg Calor específico de gas [J/kg K]
Cpl Calor específico de líquido [J/kg K]
a Coeficiente de difusividad térmica en función del potencial de humedad [m2/s] Pv Densidad de vapor [kg/m3]
p Densidad de líquido [kg/m3]
De acuerdo con lo anteriormente descrito, el aparato de ensayo conforme a la presente invención presenta las ventajas de
- por ser compacto, las dimensiones de la muestra son reducidas.
- por requerir muestras de poco volumen, se reduce el tiempo de ensayo
- permitir un ensayo dinámico continuo isotérmico sin intervención externa.
- ser adecuado para el ensayo en todo el rango de uso de humedad, desde la saturación a muestra seca en régimen higroscópico y sobre-higroscópico capilar.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con ejemplos de realizaciones prácticas de la misma, se acompaña como parte integrante de la descripción, un juego de dibujos en el que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 es una vista esquemática de una realización del aparato de ensayo conforme a la invención,
la figura 2 es una vista lateral muestra con más detalle las características una realización práctica del aparato de ensayo conforme a la invención,
la figura 3 es una vista lateral parcial del aparato de ensayo mostrado en la figura 2. la figura 4 es una vista en planta superior del aparato de ensayo mostrado en la figura 2, la figura 5 es una vista en alzado frontal del aparato de ensayo mostrado en la figura 2,
En estas figuras aparecen signos de referencia que identifican los siguientes elementos: 1 aparato de ensayo
2 carcasa
2a puerta
3 cámara principal
4 barra de muestra
4a cara extrema no sellada
5 recubrimiento
6 estructura de armazón
7 primeros elementos de apoyo inferiores
8 primeros elementos de apoyo inferiores
9 primer brazo de suspensión
10 segundo brazo de suspensión
11 primera articulación superior
12 segunda articulación superior
13 primera articulación inferior
14 segunda articulación inferior
15 medidor de fuerza
16 bastidor
16a extensión lateral
17 sistema de control
18 sonda de termoresistencia
19 sistema termoeléctrico tipo Peltier
20 sonda de humedad
21 primera cámara de equilibrio
22 segunda cámara de equilibrio
23 primera solución de sal hidratada
23a primera bandeja
24 segunda solución de sal hidratada
24a segunda bandeja
25 entrada de aire
26 entrada de aire
27 salida de aire
28 salida de aire
29 primer ventilador
30 segundo ventilador
31 dispositivo obturador
32 dispositivo obturador de salida
33 sistema geométrico de trapecio ajustable
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES DE LA INVENCIÓN
La figura 1 muestra un aparato de ensayo -1- para la medida dinámica de propiedades de transporte y almacenamiento de la humedad en materiales porosos, que comprende una carcasa -2- con un interior que forma una cámara principal -3- de medición estanca para alojar una barra -4- de muestras que tiene una sección constante, y que presenta caras selladas de forma estanca, estando selladas todas sus caras a excepción de una -4a- de sus caras extremas. La barra de muestras tiene una sección constante circular, cuadrada o rectangular de longitud L, ± 0,5 mm.
El aparato de ensayo comprende además una estructura -6- de armazón que sostiene la carcasa -2-, un soporte de muestras dispuesto en la cámara principal -3-, y un sistema de climatización para obtener condiciones reguladas de humedad relativa y temperatura de aire interior de la cámara principal -3-.
El sistema humidificador comprende un sistema humidificador para humidificar aire en el interior de la cámara principal -3- para obtener aire humidificado en el interior de la cámara principal -3-, un sistema de regulación térmica para establecer temperaturas del de trabajo predeterminadas del aire humidificado en el interior de la cámara principal -3, para obtener aire humidificado térmicamente acondicionado, un sistema de recirculación de aire humidificado para proveer una recirculación de aire humidificado térmicamente acondicionado en el interior de la cámara principal -3-, y un sistema de control -17- que controla los sistemas humidificador, de regulación térmica y de recirculación de aire para establecer una pluralidad de combinaciones de las condiciones reguladas de humedad relativa y temperatura,
El soporte de muestras comprende primeros elementos de apoyo inferiores -7- para apoyar una primera parte extrema de la barra -4- de muestra y segundos elementos de apoyo inferiores -8- para apoyar una segunda parte extrema de la barra -4- de muestra correspondiente a la cara extrema no sellada -4a- de la barra -4- de muestra, así como un primer y un segundo brazo de suspensión -9,10- articulados cada uno por su extremo inferior a uno los elementos de apoyo inferiores -7, 8-. Los elementos de apoyo -7, 8- son simétricos y en la realización ilustrada en las figuras 2 a 5, presentan, como se puede apreciar especialmente en las figuras 2, 3 y 5, forma de estribo con sendas bases de apoyo para la barra -4- de muestra.
El primer brazo de suspensión -9- está articulado a una parte superior de la estructura de armazón -6-, y el segundo brazo de suspensión -10- está articulado a un medidor de fuerza -15- dispuesto en una parte superior de la cámara principal -3-, de manera que los elementos de apoyo inferiores -7, 8- quedan suspendidos en los brazos de suspensión -9, 10- de forma que mantienen la barra -4- de muestras suspendida axialmente en un plano horizontal sin causar esfuerzos axiales en la barra -4-.
El primer brazo de suspensión -9- está articulado, mediante una primera articulación superior -11-, a una parte superior de la estructura de armazón -6-, y mediante una primera articulación inferior -13- al elemento de apoyo inferior -7-, mientras que el segundo brazo de suspensión -10- está articulado, mediante una segunda articulación superior -12-, a un medidor de fuerza -14- dispuesto en una parte superior de la cámara principal -3-. El segundo brazo de suspensión -10- está unido al segundo elemento de apoyo inferior -8- mediante una segunda articulación inferior -14-. El medidor de fuerza -15- está inmovilizado en una extensión lateral -16a- de un bastidor -16- fijado al fondo de la estructura -6- de armazón. De esta manera, los brazos de suspensión -9, 10-, las articulaciones -11, 12, 13, 14- y los elementos de apoyo -7, 8- conforman un sistema geométrico de trapecio ajustable -33- que se muestra con trazos de líneas y puntos en la figura 1.
El sistema de regulación térmica está integrado en el sistema de control principal, y comprende una sonda de termoresistencia -18- de coeficiente de temperatura negativo para medir la temperatura en la cámara principal -3- y para transmitir las señales identificativas de la temperatura medida al sistema de control -17-, así como un sistema termoeléctrico -19- de efecto Peltier para regular la temperatura en la cámara principal -3- para establecer las temperaturas de trabajo predeterminadas del aire humidificado en el interior de la cámara principal -3- en respuesta a temperaturas medidas en la cámara principal -3-.
A su vez, el sistema humidificador comprende una sonda de humedad -20- del aire humidificado en el interior de la cámara principal -3- y para transmitir señales identificativas de la humedad medida al sistema de control -17- así como una primera cámara de equilibrio -21- de humedad que comprende una bandeja -23a- que contiene una solución de una primera sal hidratada -23- y una segunda cámara de equilibrio -22- de humedad que comprende una bandeja -24a- que contiene una segunda solución de sal hidratada -24-, presentando cada cámara de equilibrio -21, 22- al menos una entrada de aire -25, 26- comunicada con la cámara principal -3- y una salida de aire -27, 28- comunicada con la cámara principal -3-.
La primera solución de sal hidratada -23- es susceptible de liberar humedad relativa al aire en la primera cámara de equilibrio -3- hasta o desde una temperatura a partir o desde de la que la segunda solución de sal hidratada -24- es susceptible de captar humedad del aire en la segunda cámara de equilibrio -3-.
Como puede observarse, el sistema el sistema de recirculación de aire humidificado comprende un primer ventilador -29- axial para hacer pasar aire proveniente de la cámara principal -3- desde la entrada de aire -25- a través de la primera cámara de equilibrio -21- y expulsar el aire a la cámara principal -3- por la salida de aire -28-, y un segundo ventilador -30- axial para hacer pasar aire proveniente de la cámara principal -30- desde la entrada de aire -26- a través de la segunda cámara de equilibrio -22- y expulsar el aire a la cámara principal -3- por la salida de aire -28-. El sistema de control regula el volumen del flujo de aire que cada ventilador -29, 39- hace pasar por cada una de las cámaras de equilibrio -21, 22- en función de la humedad del aire medida por la sonda de humedad -20- controlando la velocidad de cada ventilador -29, 29- y comprende un software programado en un ordenador que opera en base a un software con base PID (Proporcional, integral y derivativo).
Como se puede apreciar en las figuras 2 a 5, la pared frontal de la carcasa -2- que delimitan la cámara principal -3- comprende ventanas cerradas por un material transparente, mientras que las otras dos paredes laterales comprenden las ventanas correderas o deslizantes -19 de acceso a la cámara principal por cualquiera de los lados, y están hechas también de un material transparente para la visualización externa.
En este texto, las palabras primer, segundo, tercer, etc. han sido usadas para describir distintos dispositivos o elementos; se debe considerar que los dispositivos o elementos no están limitados por estas palabras pues dichas palabras solo se han usado para distinguir un dispositivo o elemento de otro. Por ejemplo, el primer dispositivo podría haber sido nombrado segundo dispositivo, y el segundo dispositivo podría haber sido nombrado primer dispositivo sin salirse del alcance de la presente divulgación.
En este texto, la palabra "comprende” y sus variantes (como "comprendiendo”, etc.) no deben interpretarse de forma excluyente, es decir, no excluyen la posibilidad de que lo descrito incluya otros elementos, pasos etc.
Por otra parte, la invención no está limitada a las realizaciones concretas que se han descrito sino abarca también, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por el experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Aparato de ensayo para la medida dinámica de propiedades de transporte y almacenamiento de la humedad en materiales porosos, que comprende
una carcasa (2) con un interior que forma una cámara principal (3) de medición estanca para alojar una barra (4) de muestras que tiene una sección constante, y que presenta caras selladas de forma estanca, estando selladas todas sus caras a excepción de una (4a) de sus caras extremas,
una estructura (6) de armazón que sostiene la carcasa (2),
un soporte de muestras dispuesto en la cámara principal (3),
un sistema de climatización para obtener condiciones reguladas de humedad relativa y temperatura de aire interior de la cámara principal (3) que comprende:
un sistema humidificador para humidificar aire en el interior de la cámara principal (3) para obtener aire humidificado en el interior de la cámara principal (3),
un sistema de regulación térmica para establecer temperaturas del de trabajo predeterminadas del aire humidificado en el interior de la cámara principal (3, para obtener aire humidificado térmicamente acondicionado, un sistema de recirculación de aire humidificado para proveer una recirculación de aire humidificado térmicamente acondicionado en el interior de la cámara principal (3),
un sistema de control (17) que controla los sistemas de humidificación, de regulación térmica y de recirculación de aire para establecer una pluralidad de combinaciones de las condiciones reguladas de humedad relativa y temperatura,
caracterizado porque el soporte de muestras comprende primeros elementos de apoyo inferiores (7) para apoyar una primera parte extrema de la barra (4) de muestra y segundos elementos de apoyo inferiores (8) para apoyar una segunda parte extrema de la barra (4) de muestra correspondiente a la cara extrema no sellada (4a) de la barra (4) de muestra;
un primer y un segundo brazo de suspensión (9,10) articulados cada uno por su extremo inferior a uno los elementos de apoyo inferiores (7, 8), estando el primer brazo de suspensión (9) articulado a una parte superior de la estructura de armazón (6), y estando el segundo brazo de suspensión (10) articulado conectado a un medidor de fuerza (15) dispuesto en la cámara principal (3), estando los elementos de apoyo inferiores (7, 8) suspendidos en los brazos de suspensión (9, 10) de forma que mantienen la barra (4) de muestras suspendida axialmente en un plano horizontal sin causar esfuerzos axiales en la barra (4).
2. Aparato de ensayo, según la reivindicación 1, caracterizado porque
el primer brazo de suspensión (9) está articulado, mediante una primera articulación superior (11), a una parte superior de la estructura de armazón (6), y mediante una primera articulación inferior (13) al elemento de apoyo inferior (7);
el segundo brazo de suspensión (10) está articulado, mediante una segunda articulación superior (12), a un medidor de fuerza (14) dispuesto en una parte superior de la cámara principal (3), estando el segundo brazo de suspensión (10) unido al segundo elemento de apoyo inferior (8) mediante una segunda articulación inferior (14).
3. Aparato de ensayo, según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el medidor de fuerza (15) está inmovilizado en una extensión lateral (16a) de un bastidor (16) fijado al fondo de la estructura (6) de armazón.
4. Aparato de ensayo, según la reivindicación 3, caracterizado porque los brazos de suspensión (9, 10), las articulaciones (11, 12, 13, 14) y los elementos de apoyo (7, 8) conforman un sistema geométrico de trapecio ajustable para adaptarse a las dimensiones de la muestra (4).
5. Aparato de ensayo, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque al menos uno de los elementos de apoyo (7, 8) presenta forma de estribo con una base de apoyo para la barra (4) de muestra.
6. Aparato de ensayo, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los elementos de apoyo (7, 8) son simétricos.
7. Aparato de ensayo, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el sistema el sistema de regulación térmica comprende
una sonda de termoresistencia (18) de coeficiente de temperatura negativo para medir la temperatura en la cámara principal (3) y para transmitir señales identificativas de la temperatura medida al sistema de control (17);
un sistema termoeléctrico (19) de efecto Peltier para regular la temperatura en la cámara principal (3) para establecer las temperaturas del de trabajo predeterminadas del aire humidificado en el interior de la cámara principal (3) en respuesta a temperaturas medidas en la cámara principal (3).
8. Aparato de ensayo, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el sistema humidificador comprende
una sonda de humedad (20) del aire humidificado en el interior de la cámara principal (3) y para transmitir señales identificativas de la humedad medida al sistema de control (17);
una primera cámara de equilibrio (21) de humedad que comprende una bandeja (23a) que contiene una solución de una primera sal hidratada (23) y una segunda cámara de equilibrio (22) de humedad que comprende una bandeja (24a) que contiene una segunda solución de sal hidratada (24), presentando cada cámara de equilibrio (21, 22) al menos una entrada de aire (25, 26) comunicada con la cámara principal (3) y una salida de aire (27, 28) comunicada con la cámara principal (3);
la primera solución de sal hidratada (23) es susceptible de liberar humedad al aire en la primera cámara de equilibrio (3) hasta o desde una temperatura a partir o desde de la que la segunda solución de sal hidratada (24) es susceptible de liberar humedad al aire en la segunda cámara de equilibrio (3).
9. Aparato de ensayo, según la reivindicación 8, caracterizado porque
el sistema de recirculación de aire humidificado comprende un primer ventilador (29) axial para hacer pasar aire proveniente de la cámara principal (3) desde la entrada de aire (25) a través de la primera cámara de equilibrio (21) y expulsar el aire a la cámara principal (3) por la salida de aire (28), y un segundo ventilador (30) axial para hacer pasar aire proveniente de la cámara principal (30) desde la entrada de aire (26) a través de la segunda cámara de equilibrio (22) y expulsar el aire a la cámara principal (3) por la salida de aire (28);
y porque sistema de control regula el caudal del aire que cada ventilador (29, 39) hace pasar por cada una de las cámaras de equilibrio (21, 22) en función de la humedad del aire medida por la sonda de humedad (20) controlando la velocidad de cada ventilador (29, 29).
10. Aparato de ensayo, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema de control (17) está programado en un ordenador que opera en base a un software con base PID (Proporcional, integral y derivativo).
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