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Con las crecientes exigencias de eficiencia energética y sostenibilidad, la caracterización precisa de las propiedades térmicas de los materiales aislantes está pasando a un primer plano. La conductividad térmica (λ) es el parámetro clave para evaluar el rendimiento del aislamiento, tanto cuando es nuevo como durante todo el ciclo de vida de un material de construcción. Pero, ¿con qué fiabilidad pueden medirse y evaluarse estos valores, especialmente en el caso de materiales modernos como las espumas de poliuretano, los aerogeles o los materiales aislantes a base de fibras? El Método del destello láser (LFA) se ha consolidado como una solución muy precisa y dinámica en este campo.
Principio y ventajas del método del analizador de destello láser
Enfoque en los materiales: poliuretano, aerogeles, fibras
Poliuretano
Las espumas de poliuretano (PU) demuestran un excelente rendimiento aislante con valores λ típicos inferiores a 0,026 W/(m-K). Su ventaja reside en su estructura de poros finos, que suprime la conducción en fase gaseosa. Sin embargo, los estudios científicos de Wagner (Universidad de Stuttgart) demuestran que la conductividad térmica aumenta lentamente a lo largo de la vida útil, a medida que el gas propulsor de las celdas se sustituye gradualmente por aire. Las mediciones de laboratorio proporcionan dependencias fiables de la temperatura, sobre todo en caso de absorción de humedad o envejecimiento, lo que es esencial para la evaluación a largo plazo (Wagner, 2010).
Aerogeles
Los aerogeles, especialmente los de sílice y carbono, están estableciendo nuevos estándares en aislamiento con valores inferiores a 0,015 W/(m-K), pero también suponen un reto en cuanto a tecnología de medición. La porosidad, las estructuras anisótropas y la elevada dispersión de las partículas requieren métodos con una alta resolución espacial y temporal.
En el caso de los materiales a base de aerogel, se ha demostrado que la combinación de ensayos con muestras secas y muestras expuestas a la humedad permite hacer una afirmación fiable sobre la influencia del envejecimiento y la entrada de humedad en la conductividad térmica. Los estudios de Lakatos et al. (2025) demuestran que la conductividad térmica del aerogel puede aumentar inicialmente tras una exposición a temperaturas de corta duración, pero permanece notablemente estable en condiciones reales de construcción (Lakatos et al., 2025).
Fibras
Los materiales aislantes a base de fibras (por ejemplo, vidrio, lana de roca o fibras naturales) se benefician de la flexibilidad típica del AGL. La capacidad de medir las conductividades térmicas en el plano y fuera del plano significa que también se puede cuantificar la anisotropía (flujo de calor preferente a lo largo de la orientación de la fibra), algo crucial para las evaluaciones realistas de los componentes.
Comparación de métodos LFA: ¿Cuándo es óptimo qué método de medición?
La elección de un método de medición adecuado para las propiedades térmicas depende en gran medida del material, la precisión deseada y las condiciones límite. Mientras que los métodos estacionarios como la Placa Caliente Guardada (GHP) o el Medidor de Flujo Térmico (HFM) según la norma DIN EN 12664 y DIN EN 12667 tienen su papel establecido en los ensayos normalizados, el método LFA muestra claras ventajas en ámbitos de aplicación específicos.
Los métodos estacionarios (GHP/HFM ) son especialmente adecuados para
- Muestras grandes y homogéneas a temperatura ambiente
- Determinación directa de la conductividad térmica sin parámetros adicionales del material
- Pruebas de calidad normalizadas para las certificaciones
- Materiales con conductividad térmica muy baja (<0,1 W/(m-K))
En cambio, el análisis por destello láser ofrece ventajas decisivas:
- Mediciones dependientes de la temperatura: El AGL cubre rangos de -100°C a más de 1000°C, mientras que las BPH/HFM se limitan sobre todo a 10-70°C
- Pequeños tamaños de muestra: El AGL sólo requiere unos pocos cm² de material, ideal para materiales en desarrollo costosos como los aerogeles
- Ciclos de medición rápidos: una medición de LFA tarda minutos en lugar de horas con los métodos estacionarios
- Materiales no homogéneos o anisótropos: la posibilidad de medir muestras pequeñas permite registrar las diferencias locales y comprobar las diferencias direccionales
- Estudios de envejecimiento: la alta reproducibilidad permite un seguimiento preciso de los cambios materiales
La superioridad del LFA es especialmente evidente en la caracterización de los materiales aislantes modernos: mientras que una medición de BPA en un panel de aerogel tarda varias horas y requiere grandes superficies de muestra, el LFA proporciona datos muy precisos de incluso pequeñas muestras de material en sólo unos minutos.
Aplicaciones en la industria del aislamiento
El método AGL se utiliza de muchas formas distintas en la industria del aislamiento:
Control de calidad en la producción: En la producción industrial de materiales aislantes, el método AGL permite una frecuencia de pruebas significativamente mayor que los métodos convencionales gracias a los breves tiempos de medición. La rápida información sobre las propiedades térmicas permite reconocer las fluctuaciones del proceso y contrarrestarlas en una fase temprana, por ejemplo, en caso de variaciones en el contenido de agente espumante de las espumas.
Desarrollo de materiales para condiciones extremas: Al desarrollar materiales aislantes de alta temperatura para aplicaciones industriales, se hace evidente la ventaja del amplio rango de temperaturas del AGL. Las rampas continuas de temperatura pueden revelar transiciones de fase críticas y cambios estructurales que no serían visibles con mediciones puntuales. Esta información es esencial para optimizar las fórmulas de los materiales.
Fiabilidad de los valores de conductividad térmica a lo largo del ciclo de vida
La evaluación realista del rendimiento del aislamiento a lo largo de décadas sigue siendo un reto fundamental. La humedad y el envejecimiento, en particular, pueden tener un impacto significativo en λ en algunos casos. El método LFA es lo bastante sensible como para detectar incluso los pequeños efectos causados por la difusión de gases, la fragilización o el envejecimiento a largo plazo, y crea así la base para unas previsiones fiables del envejecimiento:
Carga de humedad
El agua aumenta significativamente la conductividad térmica, ya que la estructura de los poros se rellena ahora con un medio más conductor. Las mediciones del AGL en muestras de material bajo condiciones climáticas definidas permiten cuantificar estos efectos y, por tanto, realizar una previsión basada en modelos del efecto aislante a largo plazo.
Cambios estructurales
En el caso de los aerogeles, la contracción tras el secado, el agrandamiento de los poros o las diferentes proporciones de distintos tamaños de poros pueden alterar las propiedades de conducción del calor. La combinación de la medición espacialmente resuelta y el análisis estructural paralelo (por ejemplo, SAXS, SEM) diferencia al AGL de los métodos convencionales.
Efectos del envejecimiento
El poliuretano puede perder su densidad de difusión con el tiempo, lo que se manifiesta en el aumento de los valores de conductividad térmica. Los análisis LFA de lotes y series de carga proporcionan datos sólidos para garantizar la calidad.
Precisión de la medición y factores que influyen
La precisión de la medición del destello láser viene determinada por varios factores:
- Espesor y geometría de la probeta: La determinación exacta del espesor de la probeta es crítica, ya que los errores en este punto tienen un efecto cuadrático en el resultado
- Tratamiento de la superficie: Las diferentes propiedades de absorción influyen en el aumento de la temperatura y, por tanto, en la precisión de la medición
- Estabilidad térmica: Las fluctuaciones de la temperatura ambiente de la muestra pueden provocar incertidumbres en la medición
- Cambios en el material: Los efectos del envejecimiento influyen tanto en los valores reales del material como en la reproducibilidad de las mediciones
Al controlar y documentar estos factores, el método del destello láser también puede garantizar la máxima precisión y fiabilidad en los análisis del ciclo de vida de los materiales aislantes.
Conclusión: el AGL como clave para la evaluación del ciclo de vida de los materiales aislantes modernos
El método del Analizador de Flash Láser proporciona datos experimentales rápidos, de alta resolución y precisos sobre la conductividad térmica de una amplia gama de materiales aislantes, lo que lo convierte en la herramienta ideal no sólo para el desarrollo de materiales, sino también para predecir la vida útil en la industria de la construcción. industria de la construcción. En combinación con los métodos de análisis estructural y las pruebas de envejecimiento cíclico, la tecnología de medición apoyada por el LFA abre nuevas posibilidades para el aseguramiento de la calidad y la optimización de los productos de construcción energéticamente eficientes en la práctica de laboratorio e investigación.
Las pruebas científicas demuestran que la estabilidad a largo plazo de las distintas clases de materiales varía: Mientras que el poliuretano muestra un ligero pero predecible aumento de la conductividad térmica a lo largo de décadas, los aerogeles de alta calidad muestran una estabilidad extrema a largo plazo en condiciones normales de uso. El método LFA permite cuantificar con precisión estos procesos de envejecimiento y crear así una base fiable para la planificación de construcciones sostenibles.
Referencias
- ASTM E1461: Método de Prueba Estándar para la Difusividad Térmica por el Método Flash. ASTM Internacional.
- Wagner, K. (2010): Simulación y optimización de la capacidad de aislamiento térmico de espumas rígidas PUR de celda cerrada. Disertación, Universidad de Stuttgart. En línea: https://elib.uni-stuttgart.de
- Heinemann, U. y otros (2020): Rendimiento a largo plazo de los materiales superaislantes en aplicaciones de construcción. IEA-EBC Anexo 65, Subtarea I Informe sobre el estado de la técnica.
- Lakatos, Á. et al. (2025): Identificación de la alteración de las propiedades térmicas de los materiales de aerogel. ScienceDirect. En línea: https://www.sciencedirect.com
