¿Qué es la conductividad térmica y cómo se mide?

La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide su capacidad de conducción de calor. Dicho de otro modo, es la capacidad de una sustancia para transferir la energía cinética de sus moléculas o átomos a otras adyacentes, o a sustancias con las que está en contacto. Los materiales con alta conductividad térmica conducen el calor con facilidad, mientras que los de baja conductividad tienen mayor dificultad para transmitirlo.

El método establecido para su medida es la sonda de Gustafsson o TPS (Transient Plane Source). Esta sonda fue inventada en 1986 por el Dr. Silas E. Gustafsson, fundador de nuestra representada HotDisk.

Gracias a este método, es posible obtener de forma rápida, precisa y no destructiva la conductividad térmica, la difusividad térmica, la efusividad térmica y la capacidad calorífica específica de la mayoría de los materiales en una única medida. La conductividad térmica y la difusividad se miden directamente; el resto son parámetros calculados. Algunos ejemplos de aplicación: metales, polímeros, cerámicas y materiales compuestos.

Además, uno de los aspectos clave del método TPS es que es absoluto: no es necesario realizar calibraciones repetidas ni utilizar materiales estándar. Es también muy flexible, ya que solo requiere una o dos piezas del material en cuestión, cada una con una superficie plana donde colocar el sensor de doble espiral. No hay necesidad de disponer de geometrías fijas, agentes de contacto ni modificaciones de superficie.

Por su fiabilidad, la técnica se menciona en numerosos artículos de investigación, y desde 2008 el método está estandarizado en la norma ISO 22007-2.

En concreto, la sonda Gustafsson es capaz de medir la conductividad térmica en un rango de temperatura desde -200 °C hasta 1000 °C, con una resolución de 0,1 mW/m·K.

Equipos de medida de conductividad térmica

Existe una amplia gama de instrumentos de laboratorio, cada uno con propiedades y sensores determinados para cada aplicación. Actualmente disponemos de hasta 10 modelos diferentes, desde el más sofisticado, el TPS 3500, hasta un modelo básico de bajo presupuesto, el TPS M1.

Cada modelo tiene varias opciones de sensor y accesorios disponibles. Por ello, necesitamos conocer vuestra aplicación para poder definir correctamente la configuración más adecuada.

Además, para medidas en espesores submilimétricos y materiales altamente conductores, del orden de 1800 W/(m·K), la única forma de medirlo es monitorizando lecturas de temperatura transitorias ultracortas.

Por otro lado, estos instrumentos no requieren calibración externa: podéis calibrarlos vosotros mismos y seguir usándolos con total confianza.

TPS 3500

Para medidas extremas 

Conductividad térmica que varía de 0,005 a 1800 W/m/K, puede acoplar placas de 10 micrómetros de espesor y admite temperaturas desde criogénicas hasta 1000 °C. Tiene la capacidad única de analizar las propiedades de transporte térmico anisotrópico de materiales uniaxiales y biaxiales,

TPS 2500

Equipo de Referencia. 

En el TPS 2500 S se pueden colocar muestras a granel de espesor submilimétrico, tiene un rango de conductividad térmica de 0,005 a 1800 W/m/K y admite temperaturas desde criogénicas hasta 1000 °C. También puede analizar las propiedades de transporte térmico anisotrópico de materiales uniaxiales.

TPS 2200

Ensayos de rutina día a día

El TPS 2200 dispone de una gran gama geometrías para muestra, incluidas muestras a granel de hasta un milímetro de espesor. Puede medir la conductividad térmica de 0,01 a 500 W/m/K y maneja un rango de temperatura de -100 °C a 750 °C. También puede analizar las propiedades de transporte térmico anisotrópico de materiales uniaxiales.

TPS 1500

Para pruebas de Servicio.

El rango de conductividad térmica del TPS 1500 comprende de 0,01 a 400 W/m/K, y el instrumento maneja temperaturas de -100 °C a 750 °C. Se pueden colocar tamaños de muestra de hasta un grosor de unos pocos milímetros. También puede analizar las propiedades de transporte térmico anisotrópico de materiales uniaxiales.

TPS 500S

Laboratorio / Económico. 

El TPS 500 S añade potentes funciones nuevas a la serie 500, al acomodar, por ejemplo, más módulos de medición y modelos de sensores. El TPS 500 S puede manejar tamaños de muestra a granel con un grosor de unos pocos milímetros, tiene un rango de conductividad térmica de 0,03 a 200 W/m/K y su rango de temperatura es de -100 ºC a 300 ºC.

TPS 500

Laboratorio a pequeña escala. 

El TPS 500 puede manejar tamaños de muestra a granel con un grosor de unos pocos milímetros. El rango de conductividad térmica del TPS 500 es de 0,03 a 100 W/m/K, y su rango de temperatura de -100 °C a 200 °C.

TPS M1

Presupuesto reducido. 

Con el M1, se pueden medir fácilmente sólidos, polvos y pastas en el rango de conductividad térmica de 0,03 a 40 W/m/K. Se pueden utilizar tamaños de muestra de hasta un centímetro de espesor, y el rango de temperatura es de 10 ºC a 40 ºC.

TPS 1000

Garantía.

El TPS 1000 es escalable, donde en su configuración más básica funciona principalmente como un medidor de conductividad térmica simple de precio atractivo para pruebas 1D (a través del plano). Sin embargo, el TPS 1000 también se puede utilizar como un medidor de capacidad de calor específico dedicado. Mide la conductividad térmica de 0,01 a 500 W/m/K, maneja un rango de temperatura de -100 °C a 750 °C y se utiliza para analizar las propiedades anisotrópicas de transporte térmico de materiales uniaxiales.

Módulos de medida

Los módulos son los accesorios que permiten ajustar el equipo a una aplicación concreta. Estos elementos nos permiten realizar ensayos en muestras con geometrías especiales, diferentes rangos de conductividad térmica y tipos de material.

El módulo isotrópico es el módulo estándar para medir muestras brutas y está incluido en todos los equipos. Otros módulos, en cambio, permiten analizar de forma anisotrópica muestras planas o en película delgada.

Por ello, cuando configuramos un sistema, ofertamos siempre la configuración más apropiada de sensor y módulos.

Isotrópico

Para sólidos, líquidos, granulados, polvos, pastas, geles, espumas o aisladores. El sensor se acopla entre dos piezas idénticas de muestra. El grosor de la muestra puede variar desde varios centímetros hasta formatos submilimétricos.

Anisotrópico

Para muestras anisotrópicas como cristalinas o policristalinas, laminadas, fibras, adhesivos, láminas apiladas, hojas, aisladores.

Se pueden analizar muestras con anisotropía 2D o 3D, es decir, de un medio uniaxial o biaxial.

Losa

El espesor de la muestra varía desde varios milímetros hasta micrómetros.

Película Fina

Prueba de muestras de película delgada de aislamiento térmico

Baja Densidad / Muy Aislante

Para ensayos en las muestras más ligeras y aislantes

Unidimensional

Para ensayo de muestras en forma de varilla.

Sonda Estructural

Para identificación de defectos y cambios estructurales dentro de muestras y componentes.

Prueba en una dirección

Para ensayos rápidos de control de calidad en la línea de producción

Capacidad Calorífica específica

Medida de Cp de muestras complejas y baterías

Sensores HotDisk

Nuestro sensor patentado HotDisk se utiliza para la medida del calor transitorio y la lectura precisa de la temperatura. El sensor incluye una lámina de níquel estampada en doble espiral en el núcleo.

Además, está disponible con tres revestimientos diferentes: Kapton, Teflón y Mica. Esta encapsulación protege el sensor en un amplio rango de temperaturas, ambientes, atmósferas y medios circundantes.

El uso del diseño en espiral permite lecturas muy precisas de la temperatura, mientras que el revestimiento proporciona aislamiento eléctrico, estabilidad mecánica y durabilidad.

Kapton

Medidas de precisión hasta 400 °C

Teflón

Medidas en líquidos o alta viscosidad hasta 250ºC

Mica

Medidas de precisión desde 300 ºC a 1000 °C

Sensores Hot Cell™ para baterías

Nuestros sensores Hot Cell™, desarrollados internamente, prueban la Capacidad Calorífica Específica (Cp). Con un contenedor metálico aislado térmicamente y un elemento TPS en la base, aseguran un cierre hermético sin obstrucciones.

Disponemos de una amplia variedad de formas y volúmenes para diferentes materiales y componentes, incluyendo geometrías de baterías comunes y personalizadas. Los sensores Hot Cell™ permiten probar la Cp de las baterías a temperaturas de -60 °C a 180 °C.

Sensores Hot Cell™ para Sólidos, Gránulos, Polvos y Pequeñas Baterías

Estos tres sensores Hot Cell™ tienen un volumen de celda pequeño a mediano y están diseñados para probar sólidos, gránulos y polvos. También son ideales para probar pequeñas baterías, como celdas de botón y celdas de bolsa de pequeño tamaño. Las celdas están hechas de aluminio y tienen forma de cilindro plano. Los tres tamaños de celda tienen un ancho y una altura de 20 mm y 5 mm, 40 mm y 9 mm, y 70 mm y 12 mm, respectivamente.

Sensores Hot Cell™ para Líquidos, Geles y Pastas

Este sensor Hot Cell™ tiene un pequeño volumen de celda y está diseñado para probar líquidos, geles y pastas. La celda está hecha de oro de 18 quilates y tiene forma de cilindro plano, con un ancho de 19 mm y una altura de 4,5 mm. El oro facilita la limpieza y el manejo de muestras ácidas o corrosivas.

Sensores Hot Cell™ para Baterías Cilíndricas

Estos tres sensores Hot Cell™ están diseñados principalmente para probar baterías cilíndricas. Tienen volúmenes de celda que se ajustan a las geometrías estandarizadas de las baterías cilíndricas. Las celdas están hechas de aluminio y tienen forma de cilindro alto. Los tres tamaños de celda tienen un ancho y una altura de 15 mm y 70 mm; 30 mm y 75 mm; y 50 mm y 85 mm, respectivamente. Para mejorar el contacto térmico de la batería cilíndrica con la celda de aluminio, recomendamos el uso de aceite de silicona.

Sensores Hot Cell™ para Baterías Planas

Estos tres sensores Hot Cell™ están diseñados principalmente para probar baterías planas, con un enfoque en baterías de bolsa de tamaño mediano. Las celdas están hechas de aluminio y tienen la forma de una caja cuadrada plana con bordes redondeados. Los tres tamaños de celda tienen un ancho y una altura de 80 mm y 12 mm; 160 mm y 16 mm; y 240 mm y 20 mm, respectivamente. Debido a los bordes redondeados de las celdas, el tamaño máximo de la batería de bolsa dependerá de si la batería de bolsa tiene forma cuadrada o rectangular.

Sensores Hot Cell™ para baterías

Nuestros sensores Hot Cell™, desarrollados internamente, prueban la Capacidad Calorífica Específica (Cp). Con un contenedor metálico aislado térmicamente y un elemento TPS en la base, aseguran un cierre hermético sin obstrucciones.

Disponemos de una amplia variedad de formas y volúmenes para diferentes materiales y componentes, incluyendo geometrías de baterías comunes y personalizadas. Los sensores Hot Cell™ permiten probar la Cp de las baterías a temperaturas de -60 °C a 180 °C.

Criostato de Flujo Continuo -195°C (78 K) a Temperatura Ambiente

Nuevo

Este criostato de pie utiliza un flujo continuo de nitrógeno líquido desde un dewar de almacenamiento para enfriar, y un elemento de alambre resistivo para calentar. El sistema consta de cuatro partes separadas: una cámara de vacío en forma de cilindro, con un recipiente de nitrógeno líquido en la parte superior, ambos integrados en un soporte de suelo; una unidad de control de temperatura; una bomba turbomolecular; y un dewar auto-presurizado.

Cámara de Baja a Alta Temperatura -60°C a 300°C

Nuevo

Esta TCU de pie utiliza un sistema de refrigeración de dos etapas con refrigerantes R404A y R23 para enfriar, y un ventilador con un elemento calefactor para calentar. Viene con una cámara de temperatura en forma de caja con un volumen de 50 litros.

Circulador de Baño -40°C a 200°C

Este circulador de baño de pie utiliza un sistema de refrigeración con un medio de enfriamiento de propileno (A45) aprobado por la UE para enfriar, y un elemento calefactor eléctrico para calentar. El circulador de baño tiene un depósito de acero inoxidable resistente a la corrosión de 12 litros para el volumen del baño. El área de trabajo de esta cámara de temperatura, en forma de caja, es de 6 litros.

Horno de Convección Temperatura Ambiente hasta 300°C, 400°C, 500°C o 600°C

Este horno de convección de sobremesa utiliza un ventilador con un elemento calefactor para calentar. El horno viene con una cámara de temperatura en forma de caja con un volumen opcional de 30 litros o 60 litros.

Horno de Mufla Temperatura Ambiente hasta 800°C

Este horno de mufla de sobremesa utiliza un elemento calefactor de alambre resistivo enrollado para calentar. El horno viene con una cámara de temperatura en forma de caja con un volumen de 4 litros o 6 litros.

Horno de Tubo No Dividido Temperatura Ambiente hasta 1000°C

Este pequeño horno de tubo horizontal de sobremesa, del tipo no dividido, utiliza múltiples elementos de bobina metálica de zona para calentar. El horno tiene una cámara de temperatura en forma de tubo removible y sellada al vacío, con un diámetro interno de 50 mm.

Horno de Tubo Dividido Temperatura Ambiente hasta 1000°C

Este horno de tubo horizontal más grande de sobremesa, del tipo dividido, utiliza múltiples elementos de bobina metálica de zona para calentar. El horno tiene una cámara de temperatura en forma de tubo removible y sellada al vacío, con un diámetro interno de 100 mm. El diseño dividido reduce el tiempo de enfriamiento del tubo.

Portamuestras

Existe una amplia variedad de portamuestras disponibles para adaptarse a diferentes tamaños y tipos de muestra (a granel, losas, polvos, pastas, líquidos, etc.).

También se ajustan a distintas presiones y temperaturas de muestra, así como a los volúmenes respectivos de la cámara de temperatura de nuestras unidades de control de temperatura (TCU).

Portamuestras para sólidos

Temperatura ambiente (o hasta 600°C)

Este práctico portamuestras de sobremesa está diseñado principalmente para pruebas de muestras a granel a temperatura ambiente. Sin embargo, puede ser modificado para acomodar temperaturas ambientales de hasta 600°C. Esto permite su uso en cámaras ambientales o en hornos más grandes.

Portamuestras para sólidos – Tapa protectora

Temperatura ambiente (o hasta 600°C) Actualizado El porta muestras para sólidos puede complementarse con una tapa protectora. Recomendamos encarecidamente el uso de esta tapa para garantizar que se aproveche todo el potencial de precisión y exactitud de un instrumento Hot Disk® en términos de medición.

Portamuestras para Losas, Obleas, Láminas, Textiles y Películas

Hasta 1000°C

Este portamuestras se utiliza al probar muestras de losa o lámina altamente conductoras del calor (con nuestro Módulo de Medición de Losas) que son relativamente rígidas, como losas de metal, láminas de grafito o laminados, y obleas semiconductoras. A temperaturas ambiente por debajo de 400°C, este portamuestras se aplica típicamente con nuestros modelos de sensor Hot Disk® 5501 y 8563 aislados con Kapton. A temperaturas más altas, se utiliza típicamente con nuestro modelo de sensor Hot Disk® 5082 aislado con mica.os.

Portamuestras para Polvos Finos, Pastas, Geles, Espumas y Cremas

Hasta 1000°C

Este portamuestras está diseñado para probar polvos finos, pastas, geles, espumas y cremas. Está principalmente destinado a funcionar con nuestros modelos de sensor Hot Disk® aislados con Kapton para temperaturas ambiente por debajo de 400°C, pero también puede ser utilizado con nuestros sensores correspondientes aislados con Teflón (para muestras reactivas) para temperaturas ambiente por debajo de 250°C. Del mismo modo, puede ser utilizado con nuestros modelos de sensor Hot Disk® aislados con Mica para temperaturas ambiente superiores a 400°C.

Portamuestras para Polvos Gruesos, Granos, Perlas, Gránulos y Pellets

Hasta 400°C

Este portamuestras está diseñado para probar materiales granulares como polvos gruesos, granos, perlas, gránulos y pequeños pellets. Está destinado principalmente a operar con nuestro modelo de sensor Hot Disk® aislado con Kapton 4922, que tiene un diámetro de doble espiral de 29.2 mm. El tamaño de grano/partícula de la muestra granular debe ser significativamente más pequeño (>10 veces) que el diámetro de la doble espiral (es decir, <3 mm para el modelo de sensor Hot Disk® 4922).

Portamuestras para Alimentos, Pastas, Geles, Espumas y Cremas

-60°C a 180°C

Este portamuestras está principalmente destinado para probar muestras que deben congelarse, como alimentos. Sin embargo, también puede ser utilizado igualmente para probar líquidos de alta viscosidad, pastas, geles, espumas y cremas. Para muestras congeladas, recomendamos el uso de nuestro sensor Hot Disk® aislado con Kapton modelo 8563; este tiene un diámetro de doble espiral de 19.8 mm. Para líquidos de alta viscosidad, pastas, geles, espumas y cremas, recomendamos sensores Hot Disk® aislados con Kapton o Teflón (para muestras reactivas) con diámetros de doble espiral algo más pequeños.

Portamuestras para Líquidos

-60°C a 180°C

Este portamuestras está diseñado para probar líquidos, incluidos aquellos con viscosidad muy baja (como el Tolueno). La prueba de líquidos es algo desafiante, ya que el calentamiento del sensor puede introducir convección natural en el líquido relevante, especialmente en líquidos de baja viscosidad, lo que perturba los resultados de la medición. Para minimizar esta perturbación, el volumen de la muestra debe ser pequeño, por lo que los sensores serán de tamaño modesto. Por lo tanto, recomendamos el uso de nuestros modelos de sensor Hot Disk® aislados con Kapton 5465 y 7577, que tienen diámetros de doble espiral de 6.4 mm y 4.0 mm, respectivamente, para probar líquidos. Para muestras reactivas, también se pueden utilizar nuestros modelos de sensor Hot Disk® aislados con Teflón 5465 y 7577 (con alguna personalización)

Pesas para Compresión de Muestras

Hasta 800°C

Estas pesas se utilizan para aplicar presión a materiales de muestra blandos durante las pruebas. Están destinadas principalmente para pruebas de muestras de películas delgadas (con el Módulo de Medición de Películas Delgadas), donde reducen la resistencia al contacto térmico entre el sensor Hot Disk® y las dos piezas de muestra de película delgada. Las pesas también se pueden utilizar para estudiar las propiedades de materiales blandos a granel en función de la presión. Las pesas se apilan para variar la presión.

Estándares de verificación

Existe una variedad de estándares de verificación disponibles para adaptarse a diferentes sensores, módulos de medida y equipos.

Se trata de muestras trazables, suministradas con sus certificados correspondientes.

Muestra de Verificación

Esta es una muestra de verificación de material opcional: acero inoxidable (AISI 316/316L), cuarzo fundido (sílice amorfa, SiO2) o PMMA (polimetil metacrilato).

Se suministran dos piezas idénticas, cada una con forma cilíndrica plana de 60 mm de diámetro y 20 mm de grosor.

Vienen en nuestra caja de madera de tamaño pequeño con tapa de aluminio, junto con un folleto y una memoria USB.

Kit de Verificación de Tres Materiales

Este kit contiene tres muestras de verificación diferentes: acero inoxidable (AISI 316/316L), cuarzo fundido (sílice amorfa, SiO2) y PMMA (polimetil metacrilato).

Se suministran dos piezas idénticas de cada material, cada una con forma cilíndrica plana de 60 mm de diámetro y 20 mm de grosor.

Las seis piezas vienen en nuestra caja de madera de tamaño grande con tapa de aluminio, junto con un folleto y una memoria USB.

Preguntas Frecuentes sobre Equipos de Conductividad Térmica (FAQ)

¿Qué es la conductividad térmica y por qué es importante medirla?

Es una propiedad termofísica que indica la capacidad de un material para conducir el calor. Su medición es crucial para evaluar la eficiencia de aislantes, optimizar sistemas térmicos y garantizar el rendimiento de nuevos materiales en la industria.

¿Qué tipos de materiales se pueden analizar con estos equipos?

Nuestros equipos permiten caracterizar una amplia variedad de muestras, incluyendo materiales sólidos, líquidos, polvos, pastas, polímeros avanzados, componentes electrónicos y fluidos térmicos.

¿En qué sectores industriales se aplican estas mediciones?

Se utilizan en sectores como la automoción, aeroespacial, electrónica, desarrollo de materiales de construcción, industria química y laboratorios de I+D dedicados a la eficiencia energética.

¿Cómo puedo saber qué equipo de conductividad térmica se adapta mejor a mi muestra?

La elección depende del estado físico de la muestra (sólido, líquido o pasta), el rango de temperatura de trabajo y la precisión requerida. Puedes contactarnos para que nuestros especialistas te asesoren sin compromiso.