La norma “ASTM E1461 Método de ensayo estándar para la difusividad térmica por destello”, desarrollada por la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM), describe un método de ensayo que consiste principalmente en la determinación de la difusividad térmica de materiales sólidos isótropos homogéneos. Mediante este método se pueden medir valores de difusividad térmica en el rango de 0,1 a 1000 (mm) ² s⁻¹ a temperaturas que oscilan entre aproximadamente 75 y 2800 K.
La norma ASTM E2585, Práctica Estándar para la Difusividad Térmica por el Método de Intensidad Instantánea, complementa este método de ensayo y proporciona información detallada sobre su uso. Ambas normas se complementan.
Este método de prueba es una forma más detallada del método de prueba estándar ASTM C714 y es aplicable a una gama mucho más amplia de materiales, aplicaciones y temperaturas, y se aumenta la precisión de la medición.
Este método de prueba está diseñado para permitir una amplia variedad de diseños de dispositivos. Resulta impráctico que un método de prueba de este tipo especifique detalles de construcción y procedimiento que cubran todas las situaciones que podrían suponer un desafío para alguien sin los conocimientos técnicos pertinentes, o que limite la investigación y el desarrollo a mejoras en la técnica básica.
Este método de ensayo es aplicable a mediciones realizadas en materiales sólidos prácticamente completamente densos (preferiblemente, aunque se acepta una baja porosidad), homogéneos e isótropos, opacos al pulso de energía aplicado. La experiencia demuestra que algunas desviaciones de estas estrictas normas pueden compensarse mediante un diseño experimental cuidadoso y adecuado, lo que puede aumentar significativamente la utilidad del método.
La difusividad térmica es una propiedad térmica transitoria importante necesaria para fines tales como aplicaciones de diseño, determinación de temperatura de operación segura, control de procesos y garantía de calidad.
El método flash se utiliza para medir la difusividad térmica de una amplia variedad de materiales sólidos. Resulta especialmente ventajoso debido a su geometría de muestra simple, los requisitos de tamaño de muestra reducido, la velocidad de medición y la facilidad de uso.
Bajo ciertas condiciones rigurosas, al utilizar el método cuantitativamente, se puede determinar el calor específico de una muestra sólida homogénea, isótropa y opaca. Los resultados de difusión térmica, junto con los valores correspondientes de calor específico y densidad, permiten obtener la conductividad térmica, en muchos casos según las relaciones establecidas en la norma.
A efectos de esta norma, la conductividad térmica de un material sólido es la tasa de flujo de calor constante en función del tiempo a través de una unidad de espesor de una placa infinita de material homogéneo, perpendicular a la superficie, resultante de una diferencia de temperatura unitaria. Dado que esta propiedad varía con la temperatura, debe definirse en términos de una temperatura media específica. La difusividad térmica de un material sólido se determina dividiendo la conductividad térmica por el producto de su densidad y su capacidad calorífica por unidad de masa.
Durante el ensayo, una muestra de disco pequeña y delgada se somete a un pulso de energía radiante de alta intensidad y corta duración. La energía del pulso se absorbe en la superficie frontal de la muestra y se registra el aumento de temperatura resultante en la cara posterior (curva térmica). El valor de la difusividad térmica se calcula a partir del espesor de la muestra y el tiempo necesario para que el aumento de temperatura en la cara posterior alcance un porcentaje específico de su valor máximo. Si se desea determinar la difusividad térmica de la muestra en un rango de temperatura específico, la medición debe repetirse a cada temperatura relevante. Este método de ensayo se describe detalladamente en diversas publicaciones y artículos de revisión. Se incluye un resumen teórico en el apéndice estándar (Anexo X1).
La muestra típica es un disco circular delgado con una superficie frontal menor que la del haz de energía. Las muestras suelen tener un diámetro de 10 a 12,5 mm (en casos especiales, se pueden utilizar muestras de hasta 6 mm y 30 mm). El espesor óptimo depende de la magnitud de la difusión térmica estimada y debe seleccionarse de forma que el tiempo para alcanzar la mitad de la temperatura máxima esté en el rango de 10 a 1000 ms. Se prefieren muestras más delgadas a temperaturas más altas para minimizar las correcciones por pérdida de calor, pero las muestras siempre deben tener el espesor suficiente para representar el material de prueba. Los espesores suelen oscilar entre 1 y 6 mm.
Las muestras deben prepararse de forma que sus superficies sean planas y paralelas dentro del 0,5 % de su espesor para mantener el error de difusión térmica debido al espesor promedio medido por debajo del 1 %. Se deben evitar irregularidades (cráteres, arañazos, marcas) en ambas superficies.
Antes de realizar las mediciones, conviene aplicar una capa muy fina y uniforme de grafito u otro material de alta emisividad a ambas superficies de la muestra que se va a analizar. El recubrimiento puede aplicarse mediante métodos como pulverización catódica, pintura o pulverización. Esto aumenta la capacidad de la muestra para absorber la energía aplicada, especialmente en materiales altamente reflectantes. En el caso de materiales transparentes, se debe aplicar primero una capa de oro, plata u otros materiales opacos, seguida del recubrimiento de grafito. En el caso de algunos materiales reflectantes opacos, el arenado de la superficie puede proporcionar suficiente absorción de impactos y emisividad, especialmente a altas temperaturas, donde los recubrimientos pueden ser inestables o reaccionar con el material.
Los componentes básicos del dispositivo utilizado en las pruebas son la fuente de flash, el portamuestras, el gabinete ambiental (opcional), el detector de temperatura y el registrador.
Nuestra organización, con una larga trayectoria operativa y un seguimiento meticuloso de los avances científicos y tecnológicos globales, cuenta con un equipo cualificado y una amplia infraestructura para realizar pruebas, mediciones y análisis en una amplia gama de áreas para empresas de todos los sectores. En este contexto, también ofrecemos servicios de prueba de acuerdo con la norma ASTM E1461, Método de Prueba para Difusión Térmica por Flash.
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