DIFUSIVIDAD TÉRMICA
La información de las propiedades termo físicas de los materiales y la optimización de la transferencia de calor de
productos vitales está adquiriendo una enorme importancia en aplicaciones industriales. Durante las últimas décadas, el método flash se ha convertido en la técnica más usada para la medición de la difusividad térmica y la conductividad térmica de varios tipos de sólidos, polvos y líquidos.
Las áreas de aplicación son el encapsulado electrónico, disipadores de calor, sportes, refrigeración de reactores, intercambiadores de calor, aislantes térmicos,... La preparación de muestra sin problemas,el reducido tamaño de la muestra,los rápidos tiempos de medición y la alta precisión son solo algunas de las ventajas de esta técnica de medición sin contacto y no destructiva.
Difusividad Térmica, Conductividad Térmica
1000
100
10.0
1.0
0.1
0.01
0.001
Medidor de Flujo de Calor
H
ilo de Calor
Flash
-180–650°C -150–300°C -125–2800°C Diamante Aluminio, Grafito Silicio Hierro, AceroAlúmina, Ladrillos de Carbono Nitruro de Silicio
Silicatos de Alúmina
Cerámica Porosa, Refractarios Hormigón, Vidrio, Arcilla Refractaria Agua
Madera, Polímeros, Carbón Paneles de Construcción, Aceites Paneles de Fibra, Aislamientos de Fibra Aire, Poliestireno, Espumas PUR
Aislamiento al Vacío
Conductividad Térmica W/(m·K)
Methods
Linseis ofrece una variedad de instrumentos para medir la Difusividad Térmica. El XFA 500 ofrece una solución rentable para un rango de temperaturas entre TA y 500°C. El diseño altamente modular permite modernizar al sistema de gama alta LFA 1000 siempre que la medición lo requiera o el
movimiento lo permita.
El LFA 1000/1000 HT ofrece tasas de muestreo
insuperables, hasta 6 muestras a la vez, una alta modularidad, tres hornos intercambiables diferentes (-125 hasta 2800°C) y dos detectores, así como un diseño de alto vacío (10e5 mbar).
Para determinar el Calor Específico (Cp) y la Densidad (r), Linseis tiene a su disposición un amplio abanico de
XFA 500/LFA 1000
Difusividad Térmica y Medición de Conductividad
La técnica Laser Flash cubre el rango más amplio de entre todas las técnicas, 0.1 hasta 2000W(m*K) para la Conductividad térmica y 0.01 hasta 1000 mm2/s para la Difusividad Térmica.
Precisión y Repetibilidad
La máxima precisión y reproducibilidad, +/-3% para la difusividad térmica y +/-5% para la conductividad térmica
(Los valores pueden variar en aplicaciones concretas)
Evaluación multicapa
El potente paquete de software permite evaluar sistemas de dos o tres capas.
Correspondencia con Estándares Internacionales
Los instrumentos LINSEIS LFA y XFA funcionan de acuerdo a estándares nacionales e internacionales, como el ASTM E-1461, DIN 30905 y DIN EN 821.
Técnica Absoluta
El método usado es una técnica de medición absoluta (de la difusifivad térmica), por lo tanto no hay necesidad de calibrar el sistema.
Velocidad y Flexibilidad
The combination of sample robot and test method allows unbeaten measurement turnaround time. A typical measure-ment for up to 6 samples takes only a few hours.
Diseño del Sistema
Linseis ofrece un inigualable sistema de diseño modular para estos Analizadores de propiedades Termofísicas. Es posible ampliar el rango de temperatura (hornos/sistemas de medición intercambiables) y el dectector (InSb/MCT). Esto permite al usuario empezar con una solución de bajo coste e ir ampliando las capacidades del sistema siempre que la aplicación lo requiera o el espacio lo permita.
l(T)=a(T)·c
p
(T)·
r(T)
Principio
Se coloca la muestra en el robot de muestras, situado en el horno. Luego se mantiene el horno a una temperatura predeterminada. A esa temperatura se irradia la superficie de la muestra con un pulso de energía programado (láser o xenon flash). Este pulso de energia provoca un aumento de temperatura homogéneo en la superficie de la muestra. Se mide el aumento de temperatura resultante en la superficie posterior de la muestra con un detector IR de alta velocidad y se calculan los valores de la difusividad térmica, con el aumento de la temperatura respecto al tiempo. La señal de medición resultante calcula la difusividad térmica, y en la mayoría de los casos el Calor Específico (Cp). Si se identifica la densidad (r), puede calcularse la conductividad térmica:
Software
Todos los instrumentos de termo análisis LINSEIS son controlados por PC. Los módulos individuales de software funcionan exclusivamente bajo sistemas operativos Microsoft® Windows®. El software completo consta de 3 módulos: control de Tª, adquisición de datos y evaluación de datos. El software de 32-bits LINSEIS provee todas las funcion necesarias para la preparación de la muestra, ejecución y evaluación. Gracias a los especialistas y expertos en aplicación LINSEIS ha sido capaz de desarrollar un software sencillo de entender y altamente práctico.
Software General
• Software de 32-bitscompatible con MS® Windows™ • Seguridad de datos frente a fallos eléctricos
• Protección frente a ruptura Termopar • Evaluación de la medición actual • Comparación de Curvas
• Almacentamiento y exportación de las evaluaciones • Exportación/Importación de datos ASCII
• Exportación de Datos a MS Excel
• Análisis multimétodo (DSC TG, TMA, DIL, etc.) • Control de gas programable
Software de Evaluación
• Entrada manual o automática de datos relacionados con la medición: (densidad), Cp (Calor Específico)
• Asistente de selección de modelos de análisis • Corrección de pulsos finitos
• Corrección de pérdida de calor • Modelo multicapa
• Determinación de la resistencia de contacto
• Determinación del Calor Espefífico (Cp) mediante método comparativo
Software de medición
• Sencilla y manejable entrada de datos para segmentos de temperatura, gases, etc.
• Robot de Muestras controlable
• El software muestra automáticamente correcciones de las medidas tras el pulso de energía
• Procedimiento de medición completamente automatizado de mediciones con múltiples muestras
Diseño del Sistema
Detector Iris Horno Portamuestras Xenon Flash Laser
Laser
El Laser Nd: YAG usado tiene una potencia de salida de 25J por pulso.Tanto la potencia como la longitud del pulso pueden ajustarse usando el Software. El diseño del sistema incluye todo lo necesario para una operación segura, “Laser Clase 1”.
Lámpara de Xenon Flash
La segunda fuente de pulsos, la lámpara de Xenon flash proporciona una solución de bajo coste para mediciones de propiedades Termofísicas. La lámpara libera un pulso de energía máximo de 10J/pulso.
Robot de muestra
El robot de muestras motorizado permite manejar hasta 6 muestras (redondas de 10 ó 12.7mm o cuadradas de 10mm), o 3 muestras (redondas de 25.4 mm). Este diseño ofece excelentes rendimientos tamaños de muestra. Las muestras líquidas pueden medirse en contenedores especiales (pueden solicitarse para otras geometrías o tamaños de muestra).
Opciones Ambientales
El sistema puede operar en vacío (10e-5mbar), o en atmósferas oxidantes o reductoras. Además, para generar atmósferas específicas, se puede agregar una caja de control de gas (2, 3 o 4 gases), controlada por Software manual o automáticamente.
Horno
La unidad LFA/XFA puede equiparse con 4 hornos diferentes. Todos los hornos son fácilmente intercambiables:
Detectores
El sistema también puede ser equipado con un detector InSb o con un detector MCT. Ambos son canjeables fácilmente. Ambos detectores pueden encargarse con un Dewar de 8 ó 24 horas. Para mediciones aún más largas puede encargarse un accesorio de enfriamiento automático junto con el Dewar.
Analizador Modelo de Horno Temperatura LFA 1000 Crio-Horno -125 hasta 500°C LFA 1000/XFA 500 Horno 1: TA hasta 600°C LFA 1000 Horno 2: TA hasta 1250°C LFA 1000 Horno 3: TA hasta 1600°C LFA 1000 HT Horno 4: TA hasta 2000°C LFA 1000 HT Horno 5: TA hasta 2800°C
Aplicaciones
Ejemplo de Aplicación: Aluminio y Cobre
Los metales puros como el Cobre y el Aluminio se usan en ejemplo para demostrar el rendimiento del elemento Laser Flash Linseis. Los resultados de las mediciones de ambos
Ejemplo de Aplicación: Grafito (policristalino)
El Grafito es un material excelente para comprobar el rendimiento del Analizador Térmico Laser/Xenon Flash. El material analizado muestra la difusividad térmica máxima en torno a la temperatura ambiente. El calor específico del
material, que pueden analizarse mediante metodos comparativos o mediante el uso de DSC / DSC de Alta Temperatura, muestra un incremento significativo a mayores temperaturas.
materiales se conmparan con los valores teóricos. Los resultados obtenidos varían menos del 2% respecto al valor teórico; lo que demuestra el excelente rendimiento del instrumento.
Especificaciones Técnicas
XFA 500 LFA 1000 LFA 1000 HT
Sample dimensions: Ø 10 mm, 0.1 to 6 mm thick Ø 10 mm, 0.1 to 6 mm thick for one sample Ø 10 up to 25.4mm, 0.1 to 8 mm thick
Ø 12.7 mm, 0.1 to 6 mm thick Ø 12.7 mm, 0.1 to 6 mm thick Ø 25.4 mm, 0.1 to 6 mm thick Ø 25.4 mm, 0.1 to 6 mm thick 10x10 mm, 0.1 to 6mm thick 10x10 mm, 0.1 to 6mm thick Max. Sample number: Up to 6 samples Ø 12,7mm round Up to 6 samples Ø 12,7mm round
Up to 3 samples Ø 25,4mm round Up to 3 samples Ø 25,4mm round
Temperature range: RT up to 600°C -125 up to 500°C RT up to 2000/2800°C RT up to 1250/1600°C RT up to 1250/1600°C Vacuum: 10E-5mbar 10E-5mbar 10E-5mbar
Atmosphere: inert, oxidizing or reducing inert, oxidizing or reducing inert or reducing Measuring range:
Thermal Diffusivity 0.01 mm2/s up to 1000 mm2/s 0.01 mm2/s up to 1000 mm2/s
Thermal Conductivity 0.1 W/(m·K) to 2000 W/(m·K) 0.1 W/(m·K) to 2000 W/(m·K)
Repeatability Thermal Diffusivity: ±3% (for most materials) ±3% (for most materials) ±3% (for most materials) Specific Heat: ±5% (for most materials) ±3% (for most materials) ±3% (for most materials) Accuracy Thermal Diffusivity: ±3% (for most materials) ±3% (for most materials) ±3% (for most materials) Specific Heat: ±5% (for most materials) ±3% (for most materials) ±3% (for most materials) Pulse source: Xenon Flash Nd: YAG Laser Nd: YAG Laser Pulse energy: 10J/pulse 25J/pulse 25J/pulse Pulse energy adjustment: yes yes yes
Pulse length adjustment: no software adjustable software adjustable Sensor type: InSb, LN2 cooled InSb or MCT, LN2 cooled InSb or MCT, LN2 cooled
1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 Temperatura [K] Difusividad Térmica /cm 2/s AIST LFA 1000
Grafito Isotrópico (AIST)
Este Gráfico muestra los valores de Difusividad Térmica medidos en un Linseis LFA 1000, comparado con los valores medidos en el AIST* Japón. Los valores teóricos obtenidos
por el AIST* del Grafito Isotrópico utilizado respecto de los
resultados medidos por el LFA 1000 varían en menos 2%. *(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Japan)
