La norma “ASTM D5470-12 Método de prueba estándar para propiedades de conductividad térmica de materiales aislantes eléctricos térmicamente conductores” desarrollada por la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) describe un método de prueba para medir la impedancia térmica y calcular la conductividad térmica aparente para materiales aislantes eléctricos térmicamente conductores que van desde compuestos líquidos hasta materiales sólidos rígidos.
El término conductividad térmica sólo es válido para materiales homogéneos. Los materiales aislantes eléctricos térmicamente conductores suelen ser heterogéneos y, para evitar confusiones, este método de prueba utiliza la conductividad térmica aparente para determinar las propiedades de conducción térmica de materiales homogéneos y heterogéneos.
Para los efectos de esta norma, se aplican los siguientes términos y definiciones:
El método de prueba descrito aquí se basa en la conducción de calor idealizada entre dos superficies paralelas e isotérmicas separadas por una muestra de prueba de espesor uniforme. El gradiente térmico impuesto a la muestra por la diferencia de temperatura entre dos superficies en contacto provoca un flujo de calor a través de la muestra. Este flujo de calor es perpendicular a las superficies de prueba y es homogéneo en todas ellas, sin propagación lateral del calor.
Cuando se utilizan dos varillas de medición, las medidas requeridas por esta norma son:
A partir de la configuración de prueba idealizada, se realizan mediciones para calcular los siguientes parámetros:
Existe una resistencia térmica de interfaz entre la muestra y las superficies de prueba. Estas resistencias de contacto se incluyen en el cálculo de impedancia térmica de muestra. La resistencia de contacto varía en gran medida según la naturaleza de la superficie de la muestra y la presión mecánica ejercida sobre la muestra por las superficies de prueba. Por lo tanto, la presión de compresión aplicada a la muestra debe medirse y registrarse como una medición secundaria requerida para el método, excepto para muestras de fluido donde la presión aplicada es insignificante. El cálculo de la impedancia térmica consiste en la suma de la resistencia térmica de la muestra y la resistencia térmica de la interfaz.
El cálculo de la conductividad térmica aparente requiere una determinación precisa del espesor de la muestra que se está probando. Dependiendo del tipo de material, se pueden utilizar diferentes herramientas para controlar, monitorear y medir el espesor de la muestra de prueba. Si el tamaño de la muestra puede cambiar durante la prueba, el espesor de la muestra analizada se puede controlar con cuñas o topes mecánicos. Si el tamaño de la muestra puede cambiar durante la prueba, el espesor de la muestra de prueba se puede monitorear durante la prueba mediante medición de espesor in situ. El espesor de la muestra de prueba se puede medir como fabricada a temperatura ambiente de acuerdo con el Método de prueba C de la norma ASTM D374 si muestra una deflexión de compresión insignificante.
Esta norma mide la impedancia térmica en estado estable de los materiales aislantes eléctricos utilizados para mejorar la transferencia de calor en aplicaciones eléctricas y electrónicas. Esta norma es particularmente útil para medir las propiedades de conducción térmica de muestras que son muy delgadas o no tienen suficiente estabilidad mecánica para permitir que se coloquen sensores de temperatura en la muestra como en ASTM E1225.
Esta norma aplica un patrón de flujo de calor idealizado y especifica una temperatura de prueba de muestra promedio. Las impedancias térmicas medidas de esta manera no son directamente aplicables a la mayoría de las aplicaciones prácticas donde no están presentes estas condiciones necesarias de conducción de calor uniforme y paralela.
Esta norma es útil para medir la impedancia térmica de los siguientes tipos de materiales.
La conductividad térmica aparente de una muestra se puede calcular a partir de la impedancia térmica medida y el espesor de la muestra medido si la resistencia térmica de la interfaz es insignificantemente pequeña (nominalmente menos del 1 por ciento) en comparación con la resistencia térmica de la muestra. La conductividad térmica aparente de un material de muestra se puede determinar con precisión excluyendo la resistencia térmica de la interfaz. Esto se logra midiendo la impedancia térmica de diferentes espesores del material bajo prueba y graficando la impedancia térmica en función del espesor. La inversa de la pendiente de la recta resultante es la conductividad térmica aparente. La intersección en espesor cero es la suma de las resistencias de contacto en las dos superficies. La resistencia de contacto se puede reducir aplicando grasa o aceite térmico a las superficies de prueba de muestras duras (Tipo III).
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