Introducción
Los paneles de aislamiento al vacío (VIP) son materiales aislantes de alto rendimiento que se utilizan en diversas aplicaciones. Se caracterizan por sus propiedades de excelente aislamiento incluso con un espesor mínimo de material, lo que los convierte en una solución ideal para zonas con espacio limitado. NETZSCH ofrece el HFM 706 LambdaLarge (véase la figura 1), un sistema de medición para determinar la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de los materiales VIP.
Esta nota de aplicación analiza la estructura y aplicación de los materiales VIP, los retos que plantea la medición y los resultados obtenidos utilizando el HFM 706 LambdaLarge en muestras de referencia y VIP.
Estructura y modo de funcionamiento del aislamiento por vacíoPaneles
Un VIP consta de varios componentes clave que, juntos, garantizan sus extraordinarias propiedades aislantes. El excelente rendimiento aislante de los VIP se basa en la combinación del vacío y el material específico del núcleo. El material del núcleo forma la estructura de soporte del VIP y suele consistir en materiales porosos resistentes a la presión, como sílice pirógena, fibras de vidrio o espuma de poliuretano. Este material reduce la conducción del calor dentro del panel. El material del núcleo se sella en una envoltura hermética al vacío. La eliminación de las moléculas de aire elimina prácticamente la transferencia de calor por convección.
Una película de barrera multicapa, normalmente formada por capas de metal y polímero, garantiza el sellado al vacío. Esta película protege el vacío e impide la entrada de aire o humedad. La película de barrera también refleja la radiación infrarroja, limitando así la transferencia de calor por radiación. Otras capas protectoras de plástico o aluminio hacen que los VIP sean resistentes a los daños mecánicos. Gracias a estas propiedades, los VIP ofrecen hasta diez veces más eficacia aislante que los materiales aislantes convencionales del mismo grosor.
Aplicación de VIP
Los VIP se utilizan en numerosas industrias en las que se requiere un aislamiento muy eficaz en espacios reducidos. Se utilizan en paredes, tejados y suelos, sobre todo en casas pasivas o proyectos de renovación, para conseguir altos valores de aislamiento sin necesidad de materiales gruesos.
En frigoríficos y congeladores, los VIP ayudan a reducir el consumo de energía y aumentar la capacidad de almacenamiento. Se utilizan para aislar contenedores y embalajes que transportan mercancías sensibles a la temperatura, como medicamentos y alimentos. Debido a su alta eficiencia y bajo peso, los VIP también se utilizan en la tecnología aeroespacial.
Los VIP se utilizan en vehículos eléctricos para mejorar la Estabilidad térmicaUn material es térmicamente estable si no se descompone bajo la influencia de la temperatura. Una forma de determinar la estabilidad térmica de una sustancia es utilizar un TGA (analizador termogravimétrico). estabilidad térmica de las baterías y mejorar la climatización interior.
Medición de la conductividad térmica de materiales VIP
La Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica (valor λ) de un material es un factor decisivo para evaluar su rendimiento térmico. Sin embargo, debido a la estructura única y al principio de funcionamiento de los VIP, los métodos de medición tradicionales no suelen ser directamente aplicables. Por ello, la tecnología de medidores de flujo de calor (HFM) se ha convertido en el método establecido para medir la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de los VIP.
Desafíos en la medición
Con el tiempo, la película de barrera puede dejar pasar gas, lo que debilitaría el vacío y aumentaría la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica. Por lo tanto, es necesario realizar mediciones a largo plazo. Sin embargo, los resultados de la medición de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica pueden no ser reproducibles.
Las propiedades térmicas de los bordes de una VIP pueden diferir de las de la superficie principal, lo que afecta a la precisión de la medición. Incluso la más mínima irregularidad en el material del núcleo o en la película de barrera puede distorsionar la medición.
Debido a sus propiedades aislantes especiales, los VIP se encuentran en el rango inferior fuera del límite de detección de muchos sistemas de medición. Esto plantea exigencias especiales en cuanto a sensibilidad y estabilidad del sistema.
Por lo general, las muestras de VIP no pueden cortarse para que quepan en el dispositivo de medición. Por lo tanto, es necesario poder realizar mediciones en la muestra original.
HFM 706 LambdaLarge
Esta nueva electrónica y firmware, que ya se ha introducido en la línea Eco, ofrece ventajas significativas en términos de velocidad de medición y precisión al medir materiales VIP. También se ha añadido una puerta trasera abatible al modelo HFM 706 LambdaLarge . Se han realizado pruebas con muestras de referencia y VIP.
Con la parte trasera abierta, ahora es posible investigar no sólo el envejecimiento, sino también los efectos de las pérdidas en los bordes y las inhomogeneidades en muestras no cuadradas, especialmente con muestras VIP. Para ello, la puerta delantera y/o trasera puede dejarse abierta durante la medición. Las mediciones comparativas en muestras de referencia han demostrado que no existen errores de medición adicionales debidos a las puertas abiertas en el rango en torno a la temperatura ambiente.
Las figuras 2 y 3 muestran las desviaciones de los valores de la bibliografía para mediciones en la muestra de referencia SRM 1450d del NIST con la puerta delantera cerrada o abierta (medición de referencia con la puerta cerrada en cada caso). En ambos casos, la desviación máxima respecto al valor bibliográfico es inferior al 1% entre 10°C y 60°C.
Cuando las puertas delantera y trasera están abiertas, la desviación también es inferior al 1% (véase la figura 3).
También se comprobó la influencia de las puertas abiertas en la incertidumbre de medición utilizando muestras "largas" de EPS de diversos espesores con una longitud de 1.200 mm y una anchura de 600 mm. Al tratarse de muestras de referencia homogéneas, el valor medido debería ser independiente de la posición de medición a lo largo del eje longitudinal de la muestra.
La figura 4 muestra las desviaciones del valor de referencia entre 10 °C y 30 °C para muestras de EPS con un espesor de 40 mm. Las desviaciones son inferiores al 2%, observándose valores ligeramente superiores en la zona delantera de la muestra. Además, la figura 4 muestra las desviaciones para EPS con un espesor de 30 mm en tres posiciones diferentes a 10°C. Una vez más, se observan desviaciones ligeramente superiores en las posiciones de medición delantera y trasera en comparación con el centro de la muestra, con una desviación aproximada del 0,5%. Se determinó una desviación de aproximadamente el 0,8% para las posiciones delantera y trasera.
Las mediciones en VIP también son sencillas con el HFM 706 LambdaLarge . Unas señales de medición estables, una tecnología de sensores sensible y unas señales de bajo ruido son requisitos indispensables para lograr una elevada precisión y repetibilidad de las mediciones. La figura 5 muestra los resultados de medición de una muestra VIP extralarga.
Cuando la temperatura media de la muestra de VIP aumenta de 10°C a 40°C, su Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica aumenta aproximadamente un 12%, de 0,00457 W/(m-K) a 0,00514 W/(m- K). Por consiguiente, el efecto aislante del VIP se deteriora hasta un 12% si la temperatura exterior de la fachada de un edificio aumenta de menos de 10°C a más de 30°C, por ejemplo. Esta información es importante para los fabricantes y usuarios de VIP y es significativa en el desarrollo de productos y el control de calidad.
La figura 5 demuestra además la excelente repetibilidad de las mediciones y la alta resolución de los resultados. Se realizaron tres mediciones individuales a cada temperatura y la desviación máxima entre los valores individuales fue inferior al 1%. Los valores sólo difieren en el quinto decimal (0,00471, 0,00472 y
0.00474 W/(m-K) a 20°C), y la tendencia exponencial esperada de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica con la temperatura también es claramente visible. Esto demuestra la alta resolución del HFM 706 LambdaLarge y la excelente repetibilidad de las mediciones VIP. Incluso los cambios más leves en el VIP, como los debidos a cambios estructurales causados por el envejecimiento o la pérdida de vacío a través de microgrietas en la película de barrera, pueden detectarse de forma rápida y fiable en cualquier momento.
Resumen
Los paneles de aislamiento al vacío son una tecnología de vanguardia para aplicaciones que requieren una alta eficiencia de aislamiento. A pesar de los problemas de coste y durabilidad, los VIP ofrecen ventajas significativas en términos de eficiencia energética y ahorro de espacio. A medida que avanza la tecnología y crece la demanda, se espera que los VIP desempeñen un papel cada vez más importante en diversos campos industriales. NETZSCH ofrece el HFM 706 LambdaLarge , un sistema fiable para medir la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de los materiales VIP. Medidas eficaces en la tecnología y el diseño del instrumento superan los retos que plantean las propiedades de la muestra durante la medición.