Métodos de prueba estándar ASTM E424 para transmisión y reflexión solar (terrestre) de materiales laminares

La norma "ASTM E424 Métodos de prueba estándar para transmitancia y reflectancia de energía solar (terrestre) de materiales en láminas" desarrollada por la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM) describe métodos de prueba que incluyen la medición de la transmitancia y reflectancia de energía solar (terrestre) de materiales en láminas.

El procedimiento de prueba ASTM E424 incluye dos técnicas de prueba para medir la transmitancia y la reflectancia de la energía solar en láminas. Ambas técnicas producen esencialmente los mismos resultados para los materiales investigados por el grupo de trabajo encargado de la redacción:

• Método A: Las mediciones de transmitancia o reflectancia espectral frente a un estándar de óxido de magnesio se realizan con un espectrofotómetro de esfera integradora en el rango espectral de 350 a 2500 nm. El modo de iluminación y captura de imágenes debe ser normal-difuso o difuso-normal. La energía solar transmitida o reflejada se obtiene integrando sobre una curva de distribución de energía solar estándar utilizando ordenadas ponderadas o seleccionadas para la distribución de energía solar adecuada. Se utiliza la distribución a nivel del mar, con una masa de aire de 2. El método A, con un espectrofotómetro, es válido tanto para la transmitancia como para la reflectancia y es el método de referencia.
• Método B: Se utiliza el sol como fuente y un piranómetro como detector. La muestra se coloca sobre la tapa de un recipiente con su plano perpendicular a la radiación incidente. La transmitancia se mide como la relación entre la energía transmitida y la energía incidente. Se han utilizado instrumentos que utilizan este método para medir la reflectancia de la energía solar, pero actualmente no se dispone de suficiente experiencia para estandarizarla.

En el Método A, el tamaño de las muestras está limitado por la geometría del espectrofotómetro, mientras que en el Método B se requieren 0,61 m² de muestra. Para los materiales examinados por el grupo de trabajo de dibujo, ambos métodos de prueba arrojan resultados prácticamente equivalentes.

La transmitancia y la reflectancia solares son factores importantes en la transmisión de calor a través de ventanas, principalmente a través de vidrio o plástico. Estos métodos permiten medir estos factores en condiciones constantes de incidencia y visibilidad. Si bien estos datos pueden ayudar a los diseñadores a seleccionar y especificar materiales de acristalamiento, la transmitancia y la reflectancia solares por sí solas son insuficientes para definir las tasas de transferencia de calor sin información sobre otros factores importantes. Estos métodos han demostrado ser prácticos tanto para materiales transparentes como translúcidos, así como para materiales cuya transmitancia se ve reducida por recubrimientos altamente reflectantes. El método B es especialmente adecuado para medir la transmitancia de materiales no homogéneos, estampados o corrugados, ya que la transmitancia se promedia sobre un área extensa.

Para los efectos de esta norma, se aplican los siguientes términos y definiciones:

• Absorbancia solar: Es la relación entre la energía radiante absorbida y la energía radiante incidente (igual al valor obtenido al restar la reflectancia y la transmitancia a la unidad).
• Admisión solar: Transferencia de calor solar que tiene en cuenta la energía reirradiada y transportada.
• Energía solar: Para estos métodos, se refiere a la intensidad de la radiación solar directa a nivel del mar a lo largo del espectro solar. Se expresa en vatios por unidad de área.
• Reflectancia solar: porcentaje de radiación solar reflejada por un material (vatios/unidad de área).
• Espectro solar: A los efectos de estos métodos, se trata del espectro solar que se extiende desde 350 a 2500 nm al nivel del mar.
• Transmitancia solar: Porcentaje de radiación solar transmitida por un material (vatios/unidad de área).

En resumen, la norma ASTM E424 es especialmente valiosa en campos como la arquitectura, la ciencia de los materiales y el diseño de eficiencia energética, donde comprender cómo interactúan los materiales con la radiación solar es crucial. El objetivo principal de esta norma es proporcionar un método consistente y repetible para medir:

• Transmitancia solar: La fracción de radiación solar que pasa a través de un material.
• Reflectancia solar: Fracción de radiación solar reflejada por la superficie de un material.

Estas mediciones se realizan utilizando un espectrofotómetro de esfera integradora, que garantiza la precisión al capturar la luz dispersa, algo que las herramientas de medición tradicionales podrían pasar por alto.

Esta norma está diseñada para aplicaciones terrestres, lo que significa que se aplica a las condiciones experimentadas en la superficie de la Tierra, no en el espacio.

Las principales características de esta norma son:

• Uso de una esfera integradora: La esfera integradora es fundamental en la prueba. Proporciona una medición completa de las propiedades ópticas de un material mediante la recolección precisa de radiación especular y dispersa.
• Rango de longitud de onda: El método se centra en el espectro solar, típicamente en el rango de aproximadamente 300 a 2500 nanómetros (nm), que abarca la radiación ultravioleta (UV), visible (VIS) e infrarroja cercana (NIR). Esto concuerda con la norma ASTM G173 de espectro solar de referencia, que modela la radiación solar que llega a la Tierra.
• Tipos de materiales: La norma ASTM E424 es aplicable a una amplia variedad de materiales en láminas transparentes, translúcidas u opacas, como:
  • Vidrio arquitectónico
  • Láminas de policarbonato
  • Películas de control solar
  • Superficies revestidas utilizadas en aplicaciones de construcción o automoción.

Los resultados de las pruebas estándar ASTM E424 son fundamentales para muchas industrias:

• Construcción y estructura: Selección de materiales que permitan el paso de la luz natural reduciendo la ganancia de calor solar.
• Automotriz: Evaluación de películas y recubrimientos para ventanas para mejorar el confort térmico y la eficiencia energética.
• Energía solar: Diseño de materiales para colectores solares o sistemas fotovoltaicos.
• Certificación de edificios ecológicos: respaldar el cumplimiento de estándares como LEED mediante la documentación de elecciones de materiales energéticamente eficientes.

Las ventajas de cumplir con la norma ASTM E424 incluyen:

• Proporciona precisión y confiabilidad gracias a la metodología estandarizada.
• Los conocimientos mejorados sobre el rendimiento de los materiales ayudan a los desarrolladores a seleccionar o diseñar mejores productos.
• El soporte regulatorio y de certificación proporciona datos de pruebas que cumplen con los códigos internacionales de construcción y energía.

Por otro lado, aunque es una norma completa, esta norma también tiene algunas limitaciones:

• No tiene en cuenta la degradación a largo plazo de los materiales ni la exposición a la intemperie.
• Está diseñado principalmente para materiales de láminas planas, no para geometrías complejas o conjuntos multicapa.
• Su uso adecuado requiere de equipos especializados y personal capacitado.

Como resultado, la norma ASTM E424 es fundamental para evaluar la interacción de los materiales laminados con la radiación solar y tomar decisiones informadas sobre el rendimiento energético y el impacto ambiental. Su uso en ensayos de materiales impulsa innovaciones en arquitectura sostenible, diseño automotriz y tecnologías de energías renovables. Para los diseñadores, comprender e implementar esta norma no solo garantiza que los productos rindan como se espera bajo la luz solar, sino que también contribuye a un futuro más sostenible y energéticamente eficiente.

Nuestra organización, que lleva años apoyando a empresas de todos los sectores mediante una amplia gama de actividades de prueba, medición, análisis y evaluación, cuenta con un sólido equipo de empleados que siguen de cerca los avances científicos y tecnológicos globales y se mejoran constantemente. En este contexto, también ofrecemos servicios de prueba de acuerdo con la norma ASTM E424, Métodos de prueba para la transmitancia y reflectancia de la energía solar (terrestre) de materiales laminados.