Índice
Com as crescentes exigências de eficiência energética e sustentabilidade, a caraterização exacta das propriedades térmicas dos materiais de isolamento está a ganhar destaque. A condutividade térmica (λ) é o parâmetro chave para avaliar o desempenho do isolamento – tanto quando novo como ao longo de todo o ciclo de vida de um material de construção. Mas como é que estes valores podem ser medidos e avaliados de forma fiável, especialmente para materiais modernos como espumas de poliuretano, aerogéis ou materiais de isolamento à base de fibras? O Laser Flash Method (LFA) estabeleceu-se como uma solução altamente precisa e dinâmica neste domínio.
Princípio e vantagens do método do analisador de flash laser
Foco nos materiais: poliuretano, aerogéis, fibras
Poliuretano
As espumas de poliuretano (PU) demonstram um excelente desempenho de isolamento com valores típicos de λ inferiores a 0,026 W/(m-K). A sua vantagem reside na sua estrutura de poros finos, que suprime a condução da fase gasosa. No entanto, estudos científicos realizados por Wagner (Universidade de Estugarda) mostram que a condutividade térmica aumenta lentamente ao longo da vida útil, à medida que o gás propulsor nas células é gradualmente substituído por ar. As medições laboratoriais fornecem dependências de temperatura fiáveis, particularmente no caso de absorção de humidade ou envelhecimento, o que é essencial para a avaliação a longo prazo (Wagner, 2010).
Aerogéis
Os aerogéis, especialmente os aerogéis de sílica e carbono, estão a estabelecer novos padrões de isolamento com valores inferiores a 0,015 W/(m-K), mas são também um desafio em termos de tecnologia de medição. A porosidade, as estruturas anisotrópicas e a elevada dispersão de tamanhos de partículas exigem métodos com elevada resolução espacial e temporal.
No caso dos materiais à base de aerogel, foi demonstrado que a combinação de ensaios com amostras secas e amostras expostas à humidade permite fazer uma declaração fiável sobre a influência do envelhecimento e da entrada de humidade na condutividade térmica. Estudos efectuados por Lakatos et al. (2025) mostram que a condutividade térmica do aerogel pode inicialmente aumentar após uma exposição de curta duração à temperatura, mas permanece notavelmente estável em condições reais de construção (Lakatos et al., 2025).
Fibras
Os materiais de isolamento à base de fibras (por exemplo, fibras de vidro, à base de lã de rocha ou fibras naturais) beneficiam da flexibilidade típica do LFA. A capacidade de medir tanto as condutividades térmicas no plano como fora do plano significa que a anisotropia (fluxo de calor preferencial ao longo da orientação da fibra) também pode ser quantificada – crucial para avaliações realistas de componentes.
Comparação de métodos LFA: Quando é que um método de medição é o ideal?
A escolha de um método de medição adequado para as propriedades térmicas depende muito do material, da precisão desejada e das condições de fronteira. Enquanto os métodos estacionários, tais como a Placa Quente Protegida (GHP) ou o Medidor de Fluxo de Calor (HFM) de acordo com a DIN EN 12664 e DIN EN 12667 têm o seu papel estabelecido nos ensaios normalizados, o método Marco Lógico apresenta vantagens claras em áreas de aplicação específicas.
Os métodos estacionários (GHP/HFM) são particularmente adequados para
- Amostras grandes e homogéneas à temperatura ambiente
- Determinação direta da condutividade térmica sem parâmetros adicionais do material
- Testes de qualidade normalizados para certificações
- Materiais com condutividade térmica muito baixa (<0,1 W/(m-K))
A análise flash a laser, por outro lado, oferece vantagens decisivas:
- Medições dependentes da temperatura: O LFA abrange gamas de -100°C a mais de 1000°C, enquanto o GHP/HFM se limita principalmente a 10-70°C
- Tamanhos de amostra pequenos: O LFA requer apenas alguns cm² de material, ideal para materiais de desenvolvimento dispendiosos, como os aerogéis
- Ciclos de medição rápidos: uma medição LFA demora minutos em vez de horas com métodos estacionários
- Materiais não homogéneos ou anisotrópicos: A capacidade de medir pequenas amostras permite registar diferenças locais e testar diferenças direcionais
- Estudos de envelhecimento: a elevada reprodutibilidade permite um acompanhamento preciso das alterações do material
A superioridade do LFA é particularmente evidente na caraterização de materiais de isolamento modernos: enquanto uma medição GHP num painel de aerogel demora várias horas e requer grandes áreas de amostra, o LFA fornece dados altamente precisos em apenas alguns minutos, mesmo a partir de pequenas amostras de material.
Aplicações na indústria de isolamento
O método LFA é utilizado de muitas formas diferentes na indústria de isolamento:
Controlo de qualidade na produção: Na produção industrial de materiais de isolamento, o método LFA permite uma frequência de ensaio significativamente mais elevada do que os métodos convencionais, graças aos curtos tempos de medição. O rápido feedback sobre as propriedades térmicas permite que as flutuações do processo sejam reconhecidas e contrariadas numa fase inicial, por exemplo, no caso de variações no teor de agente de expansão das espumas.
Desenvolvimento de materiais para condições extremas: Ao desenvolver materiais isolantes de alta temperatura para aplicações industriais, a vantagem da ampla gama de temperaturas do LFA torna-se evidente. As rampas de temperatura contínuas podem revelar transições de fase críticas e alterações estruturais que não seriam visíveis com medições pontuais. Esta informação é essencial para a otimização das formulações de materiais.
Fiabilidade dos valores de condutividade térmica ao longo do ciclo de vida
A avaliação realista do desempenho do isolamento ao longo de décadas continua a ser um desafio fundamental. A humidade e o envelhecimento, em particular, podem ter um impacto significativo no λ em alguns casos. O método LFA é suficientemente sensível para detetar mesmo pequenos efeitos causados pela difusão de gás, fragilização ou envelhecimento a longo prazo, criando assim a base para previsões fiáveis do envelhecimento:
Carga de humidade
A água aumenta significativamente a condutividade térmica, uma vez que a estrutura dos poros está agora preenchida com um meio mais condutor. As medições LFA em amostras de material sob condições climáticas definidas permitem a quantificação destes efeitos e, assim, uma previsão baseada em modelos do efeito de isolamento a longo prazo.
Mudanças estruturais
No caso dos aerogéis, o encolhimento após a secagem, o alargamento dos poros ou diferentes proporções de diferentes tamanhos de poros podem levar a propriedades de condução de calor alteradas. A combinação da medição espacialmente resolvida e da análise estrutural paralela (por exemplo, SAXS, SEM) distingue a LFA dos métodos convencionais.
Efeitos do envelhecimento
O poliuretano pode perder a sua densidade de difusão ao longo do tempo, o que se manifesta no aumento dos valores de condutividade térmica. As análises LFA de lotes e séries de carga fornecem dados robustos para fins de garantia de qualidade.
Precisão da medição e factores que a influenciam
A precisão da medição do flash laser é determinada por vários factores:
- Espessura e geometria do provete: A determinação exacta da espessura do provete é crítica, uma vez que os erros aqui têm um efeito quadrático no resultado
- Tratamento da superfície: As diferentes propriedades de absorção influenciam o aumento da temperatura e, consequentemente, a precisão da medição
- Estabilidade da temperatura: As flutuações na temperatura ambiente da amostra podem levar a incertezas de medição
- Alterações do material: Os efeitos do envelhecimento influenciam tanto os valores reais do material como a reprodutibilidade das medições
Ao controlar e documentar estes factores, o método de flash laser também pode garantir a máxima precisão e fiabilidade para análises do ciclo de vida de materiais de isolamento.
Conclusão: A AFL como chave para a avaliação do ciclo de vida dos materiais de isolamento modernos
O método Laser Flash Analyser fornece dados experimentais rápidos, de alta resolução e precisos sobre a condutividade térmica de uma vasta gama de materiais de isolamento, tornando-o a ferramenta ideal não só para o desenvolvimento de materiais, mas também para a previsão da vida útil na indústria da construção. indústria da construção. Em combinação com métodos de análise estrutural e testes de envelhecimento cíclico, a tecnologia de medição apoiada pelo LFA abre novas possibilidades para a garantia de qualidade e otimização de produtos de construção energeticamente eficientes na prática laboratorial e de investigação.
A evidência científica mostra que a estabilidade a longo prazo das diferentes classes de materiais varia: Enquanto o poliuretano apresenta um ligeiro mas previsível aumento da condutividade térmica ao longo de décadas, os aerogéis de alta qualidade apresentam uma estabilidade extrema a longo prazo em condições normais de utilização. O método LFA permite quantificar com precisão estes processos de envelhecimento e, assim, criar uma base fiável para um planeamento de construção sustentável.
Referências
- ASTM E1461: Método de ensaio normalizado para a difusividade térmica pelo método Flash. ASTM International.
- Wagner, K. (2010): Simulação e otimização da capacidade de isolamento térmico de espumas rígidas PUR de célula fechada. Dissertação, Universidade de Estugarda. Online: https://elib.uni-stuttgart.de
- Heinemann, U. et al. (2020): Long-Term Performance of Super-Insulating Materials in Building Applications (Desempenho a longo prazo de materiais superisolantes em aplicações de construção). Anexo 65 do IEA-EBC, Relatório do Estado da Arte da Subtarefa I.
- Lakatos, Á. et al. (2025): Identificando a alteração nas propriedades térmicas dos materiais de aerogel. ScienceDirect. Online: https://www.sciencedirect.com
