Ensayo de choque térmico

El ensayo de choque térmico nos permite acelerar el envejecimiento ambiental que sufre un material o producto durante su vida útil. En ATRIA realizamos el ensayo de choque térmico en muchos de nuestros proyectos.

Cuando un nuevo producto va a salir al mercado, previamente ha tenido que pasar ciertos tests para saber que su desempeño va a ser bueno. Una parte importante de estos ensayos están relacionados con la interacción que las condiciones ambientales van a tener en ellos. Por ejemplo, el diseño de un producto probablemente cambie dependiendo de si va a estar en un desierto en verano, o si va a estar en lo alto de una montaña en invierno, y aún más si es un avión y viaja constantemente de un lado al otro. Por este motivo existen los ensayos ambientales, que recrean de forma controlada y acelerada ciertas condiciones como humedad, temperatura, exposición a la luz, exposición a la corrosión, y muchas otras. El ensayo de choque térmico es uno de ellos.

En ATRIA, somos expertos en la evaluación de materiales a través del ensayo de choque térmico, una técnica esencial para garantizar su resistencia y durabilidad ante cambios extremos de temperatura. Nuestro equipo desarrolla y ejecuta pruebas adaptadas a las necesidades de cada industria, desde electrónica hasta materiales industriales, optimizando su rendimiento y calidad. Gracias a nuestra experiencia en I+D e innovación, ayudamos a empresas a validar y mejorar sus productos, asegurando su fiabilidad en las condiciones más exigentes. ¡Lleva tus materiales al siguiente nivel! ¡Contacta con nosotros!

¿Cómo funciona y para qué sirve el ensayo de choque térmico?

El ensayo de choque térmico es un ensayo ambiental acelerado que trata de someter a los materiales y productos a cambios de temperatura bruscos. Para ello, se utilizan dos cámaras a temperaturas distintas, y se pasan las muestras de una a otra rápidamente mediante el uso de un ascensor. De esta forma, podemos simular en una cámara las condiciones de temperatura del Caribe, y en la otra las de Alaska, y en cuestión de segundos llevar las muestras de una temperatura a la otra.

Este ensayo es muy útil para simular procesos ambientales naturales, procesos productivos ó condiciones de transporte. De esta forma, uno puede saber, por ejemplo, si los materiales de una sartén se verán afectados tras usarla durante toda su vida útil, sin necesidad de estar cocinando durante varios años.

Parámetros que controlamos en un ensayo de choque térmico

Los ensayos de choque térmico controlan fundamentalmente dos parámetros: temperatura y tiempo.

La temperatura, es el parámetro que indica la cantidad de energía o calor que posee el ambiente. Por lo tanto, en el interior de un horno que irradia calor, la temperatura será elevada, mientras que, en el interior de un congelador, que elimina calor, la temperatura será baja.

La importancia de hacer ensayos controlando la temperatura radica en que las propiedades de todos los materiales varían dependiendo de la energía o calor que posean. El ejemplo más claro de esto es que los materiales cambian de estado (sólido, líquido o gaseoso), dependiendo de la temperatura a la que estén. Otras propiedades que pueden cambiar con la temperatura pueden ser el color, la resistencia mecánica, variaciones dimensionales o el despegado de piezas, entre otras.

El tiempo, por su parte, es el parámetro que indica la influencia que va a tener la temperatura. Esto explica que, cuando se deja una cerilla encendida sobre una tabla de madera durante unos minutos, esta se calienta hasta el punto de arder; mientras que, si se deja durante sólo un segundo, como mucho se podrá ver una zona ligeramente oscurecida.

La importancia de hacer ensayos controlando el tiempo radica en que de esta forma se puede controlar la velocidad del intercambio de calor del ambiente a las muestras, para que lleguen a alcanzar la temperatura de la cámara caliente y de la cámara fría en cada caso. De esta forma, dependiendo de la conductividad térmica del material, el tiempo que se debe mantener la muestra en cada cámara varía. Un ejemplo de esto sería el cambio de estado del agua, ya que, si queremos congelarla y descongelarla en cada ciclo, no basta con mantenerla un minuto en el congelador.

Cómo realizar un ensayo de choque térmico

Para realizar ensayos de choque térmico, lo primero que hay que conocer es la tipología de pieza que queremos ensayar. Dependiendo de sus dimensiones, la posibilidad de movimiento de la pieza durante el ensayo, y complejidad de la geometría, el número y distribución de las piezas dentro de la máquina quedará determinada.

Una vez determinado que la pieza o piezas que queremos ensayar cabe en la máquina de choque térmico, el siguiente paso consiste en conocer las condiciones ambientales que queremos reproducir. En este caso se pueden dar distintos escenarios:

• Según la temperatura
  • Ensayos reales: la temperatura de ensayo es la misma que la de la situación real a simular.

• Ensayos acelerados: la temperatura de ensayo es mucho mayor a la de la situación real. Para que sea comparable al caso real, los valores de temperatura de la cámara caliente y de la cámara fría se modifican para que sean más severos, y de esa forma, poder observar modificaciones en las muestras con más rapidez.

• Según la periodicidad
  • Monocíclico: en estos ensayos la muestra sólo pasa una vez de la cámara calienta a la fría y de vuelta a la caliente o viceversa. Normalmente se usa para comprobar la influencia de posibles cambios de fase o deformaciones.

• Cíclicos: en estos casos la muestra sube y baja en el ascensor de una cámara a la otra de forma cíclica. Esto permite simular ciclos de encendido y apagado de máquinas, o de noche y día.

Pruebas climáticas de choque térmico más populares

Las pruebas de choque térmico más populares son las que se muestran a continuación:

• Ensayo encendido/apagado: es un ensayo acelerado cíclico, en el cual la cámara caliente se puede encontrar a temperaturas muy elevadas (+50ºC – +220ºC), y la cámara fría a temperaturas muy bajas (-80ºC – +70ºC). Los valores de la temperatura dependerán de la situación específica que se quiera recrear en el ensayo. El número de ciclos suele ser alto.

• Ensayo invierno/verano: es un ensayo cíclico real, en el que se simula solamente el cambio de temperatura entre invierno y verano. Suele ser menos agresivo que los ensayos de encendido/apagado, ya que cada ciclo simula un año, y la cantidad de ciclos totales suele ser menor.

¿Qué materiales y piezas se pueden ensayar en un ensayo de choque térmico?

El abanico de materiales y piezas que se pueden ensayar en una máquina de choque térmico es muy amplio y variado. Las principales restricciones que se pueden encontrar son debidas al tamaño y peso mayores que los que puede contener la máquina; o que el material o pieza pueda ser dañino para la integridad de la propia máquina.

Cualquier material o pieza que vaya a sufrir fluctuaciones importantes de temperatura debería ensayarse antes en una máquina de choque térmico para saber que no se va a degradar de ninguna forma durante su vida útil, debido a las condiciones ambientales.

En el caso de los materiales plásticos, es altamente recomendable realizarles ensayos de choque térmico, ya que son menos estables con la temperatura que los materiales metálicos y cerámicos, pudiendo fragilizarse en exceso a temperaturas muy bajas, o plastificar y deformarse a temperaturas muy altas.

Por otro lado, los metales son buenos conductores del calor, por lo que sufren dilataciones y contracciones con la variación de la temperatura. Si se quiere comprobar el pandeo de piezas lisas al aumentar la temperatura, o la estabilidad dimensional tras determinados ciclos de cambio de temperatura, es recomendable realizarles ensayos de choque térmico.

Por último, los materiales cerámicos, pese a tener una conductividad térmica baja y no verse alterados normalmente por las altas o bajas temperaturas, sí que son especialmente susceptibles a los cambios bruscos de temperatura, pudiendo fracturarse.

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