La norma “ASTM E1952-11 Método de prueba estándar para conductividad térmica y difusividad térmica por calorimetría de barrido diferencial de temperatura modulada” desarrollada por la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) describe un procedimiento para determinar la conductividad térmica de materiales sólidos homogéneos, no porosos en el rango de 0,10 a 1,0 W⁄ (Km) por calorimetría de barrido diferencial de temperatura modulada. Esta gama incluye muchos materiales poliméricos, de vidrio y cerámicos. También se puede derivar la difusividad térmica, que está relacionada con la conductividad térmica a través de la capacidad calorífica específica y la densidad. La conductividad y difusividad térmica se pueden determinar a una o más temperaturas en el rango de 0 a 90 grados.
Para los fines de esta norma, ciertos términos técnicos utilizados en esta norma, incluyendo calibración, calorimetría diferencial de barrido, capacidad térmica, temperatura modulada, precisión, material de referencia, desviación estándar relativa, repetibilidad, reproducibilidad, capacidad calorífica específica, desviación estándar, análisis térmico, conductividad térmica y conductividad térmica, se definen en ASTM E473-21, ASTM E1142-23 y ASTM E2161-23.
Específicamente para esta norma, el calorímetro de barrido diferencial de temperatura modulada se refiere a una versión del calorímetro de barrido diferencial que proporciona un programa de temperatura que varía de forma sinusoidal a la muestra de prueba, además de los programas de rampa de temperatura o isotérmicos convencionales. Los resultados del análisis incluyen la capacidad calorífica aparente y específica.
Al realizar pruebas, la capacidad térmica de una muestra de prueba se puede determinar utilizando el método de temperatura modulada, en el que se aplica un programa de temperatura oscilatorio o que se repite periódicamente (alrededor de una temperatura media) a una muestra de prueba, lo que produce un flujo de calor oscilatorio (periódico) hacia dentro o hacia fuera de la muestra. La capacidad térmica de la muestra de prueba se puede obtener dividiendo la amplitud del flujo de calor resultante por la amplitud de la temperatura oscilante (periódica) que lo produjo. La capacidad calorífica específica se obtiene normalizando la capacidad calorífica a la masa de la muestra.
La precisión de la capacidad calorífica obtenida de esta manera depende de las condiciones experimentales. Cuando una muestra de prueba delgada encapsulada en un recipiente de muestra de alta conductividad térmica se trata con oscilaciones de temperatura de largo plazo (baja frecuencia), se supone que la muestra de prueba ha logrado una distribución de temperatura uniforme y la información de capacidad térmica resultante es comparable a la de otros métodos de prueba no oscilatorios.
Cuando un extremo de una muestra de prueba gruesa se expone a oscilaciones de temperatura de corto plazo (alta frecuencia), la muestra de prueba adquiere una distribución de temperatura a lo largo de su longitud que depende de su difusividad térmica. La información de capacidad calorífica aparente obtenida de esta manera es menor que el caso de distribución de temperatura uniforme descrito anteriormente y es proporcional a la raíz cuadrada de la conductividad térmica de las muestras de prueba.
La conductividad térmica de la muestra de prueba se puede derivar de la capacidad térmica aparente de una muestra gruesa, la capacidad térmica real de una muestra delgada y una serie de constantes geométricas y empíricas.
Si la conductividad térmica de la muestra de prueba es baja, cercana a la del gas de purga circundante, se requiere una corrección de la conductividad térmica medida para compensar las pérdidas de calor debido al espesor de la muestra de prueba.
La difusividad térmica se deriva de la conductividad térmica determinada, la capacidad calorífica específica y la densidad de la muestra de prueba.
La conductividad térmica es un parámetro de diseño útil para la tasa de transferencia de calor a través de un material. Los resultados de este método de prueba se pueden utilizar para fines de diseño, evaluación de servicios, control de producción, investigación y desarrollo, y evaluación de riesgos.
Dado que el tamaño de la muestra utilizada en el análisis térmico es del orden de 10 a 100 mg, se debe tener cuidado para garantizar que sea homogénea o representativa del material, o ambos. Para calcular la conductividad térmica es necesario conocer esta geometría de la muestra. Este método de prueba requiere un tamaño y una forma de muestra específicos. Se pueden utilizar otras geometrías realizando cambios apropiados en las ecuaciones de cálculo.
Al tomar la muestra, se seleccionan dos cilindros circulares rectos, ambos de diámetro nominal de 6,3 mm. La primera de estas muestras de prueba tiene un espesor nominal de 0,4 mm y la segunda tiene un espesor nominal de 3,5 mm. La forma más conveniente de obtener estas muestras de prueba es cortándolas de una varilla de 6,35 mm de diámetro, un tipo de material común. También se pueden utilizar otras técnicas de fabricación, como el corte a partir de chapa mediante taladros tipo hongo, el mecanizado a partir de chapa o el moldeo. Las superficies de los extremos circulares de las muestras de prueba se pulen hasta que queden lisas y paralelas a más/menos 600 µm con papel de lija de grano 30.
Nuestra organización cuenta con un equipo de trabajo sólido que sigue de cerca los avances mundiales en ciencia y tecnología y se perfecciona continuamente. Entre los numerosos ensayos, mediciones, análisis y evaluaciones que ofrecemos a empresas de diversos sectores, se incluyen servicios de ensayo que cumplen con la norma ASTM E1952-11, "Método de ensayo estándar para la conductividad térmica y la difusividad térmica mediante calorimetría diferencial de temperatura modulada".
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