Atrás quedaron los tiempos en los que se lanzaban productos al mercado sin someterlos previamente a pruebas. La fabricación moderna no lanza ningún producto al mercado sin someterlo a pruebas específicas. Entre ellas, las pruebas de choque térmico y de ciclos térmicos son dos de las más habituales. Sin embargo, a menudo se debate sobre si es mejor realizar pruebas de choque térmico o de ciclos térmicos.
Curiosamente, muchos creen que ambos ensayos son iguales porque en ambos se calienta un material o producto. Sin embargo, esto es erróneo, ya que los dos ensayos son diferentes y proporcionan información específica sobre los productos. Se utilizan en productos que se ven sometidos tanto a altas como a bajas temperaturas, pero de formas totalmente distintas. En este artículo, analizaré las diferencias entre los ensayos de choque térmico y de ciclos térmicos.
¿En qué consiste el ensayo de choque térmico?
El uso de ensayos de choque térmico es habitual en una amplia variedad de sectores. Todas las piezas destinadas a utilizarse en condiciones de temperaturas variables se someten a estos ensayos.
Los ensayos de choque térmico consisten en exponer el material (muestra) a dos temperaturas extremas. La muestra se somete a temperaturas muy elevadas. A continuación, se somete a temperaturas muy bajas (hasta -40 °C). Este cambio brusco de temperatura, de muy alta a muy baja, puede provocar tensiones internas en la muestra. Si el material es resistente, no se agrietará ni se romperá, lo que demuestra su durabilidad y fiabilidad.
Como sabéis, algunas piezas se ven sometidas tanto a temperaturas muy altas como a temperaturas muy bajas. Es fundamental que ofrezcan un buen rendimiento en estas condiciones extremas. Si el material no se somete a pruebas previas, podría fallar al exponerse a temperaturas tan extremas. Ahí es donde las pruebas de choque térmico resultan de gran utilidad.
Esta prueba de choque térmico se lleva a cabo en un cámara de choque térmico. Existen diferentes tipos de cámaras de choque térmico. Sin embargo, las cámaras térmicas de dos zonas son las más utilizadas en los ensayos. La pieza o el material que se va a someter a ensayo se coloca en el recipiente. Este recipiente lleva el material a una zona donde la temperatura es demasiado alta (hasta 150 °C).
Al cabo de un tiempo, la cubeta se desplaza, trasladando el material a otra zona donde la temperatura es muy baja. Esta temperatura puede ser negativa, en torno a los -40 grados Celsius. Este cambio brusco de temperatura, de extremadamente alta a extremadamente baja, afecta al material. Este sufre tanto expansión a altas temperaturas como contracción a bajas temperaturas.
Si el material es resistente, puede soportar tanto la expansión como la contracción sin agrietarse ni sufrir daños. El material se ve expuesto a estas temperaturas extremas en numerosas ocasiones. Los materiales que superan la prueba de choque térmico se consideran fiables y resistentes. Pueden soportar cambios bruscos de temperatura y están preparados para su uso en condiciones reales.
¿En qué consiste el ensayo de ciclos térmicos?
Los ensayos de ciclos térmicos y de choque térmico son distintos entre sí. El choque térmico somete al material a cambios extremos de temperatura. Sin embargo, los ensayos de ciclos térmicos consisten en someter al material a tensión y fatiga.
Las pruebas de ciclos térmicos consisten en exponer el material tanto a temperaturas muy altas como muy bajas. Sin embargo, no se produce un aumento repentino de la temperatura, como ocurre en las pruebas de choque térmico. En su lugar, la temperatura se eleva gradualmente y, a continuación, se reduce de forma gradual. Este proceso se repite cientos de veces. Un material frágil comienza a agrietarse debido a las continuas fluctuaciones de temperatura.
En pocas palabras, este ensayo consiste en calentar y enfriar los materiales repetidamente. Además, este ensayo expone el material a temperaturas extremadamente altas (120–125 °C) y extremadamente bajas (-40 °C). Sin embargo, la temperatura no varía de forma brusca. Por el contrario, la temperatura sube y baja lentamente, lo que somete al material a fatiga y tensión.
En esta prueba, un cámara de pruebas ambientales o se utiliza una cámara de ciclos térmicos. El producto o material que se va a someter a ensayo se coloca en esta cámara. A continuación, el operador aumenta gradualmente la temperatura. Este aumento de temperatura provoca que los materiales se expandan. Tras un periodo determinado, el operador reduce lentamente la temperatura y, a continuación, la lleva hasta los -40 °C.
Este ensayo consiste en cientos de miles de ciclos de aumento y disminución de la temperatura. Estos pequeños aumentos y disminuciones no exponen al material a un choque térmico. En cambio, provocan tensión y fatiga en el material. Si el material es fiable, resiste la fatiga y no presenta signos de desgaste ni deterioro, incluso tras cientos de ciclos.
Una vez finalizada la prueba, el ingeniero analiza minuciosamente el estado del material. Cualquier indicio de grietas indica que el material debe mejorarse. Esta prueba se utiliza ampliamente en los sectores de la automoción, la industria aeroespacial, la electrónica y muchos otros. Las piezas que superan esta prueba se utilizan para fabricar diversos productos que demuestran ser muy fiables.
Diferencias entre el ensayo de choque térmico y el ensayo de ciclos térmicos
Como se ha comentado anteriormente, los ensayos de choque térmico y de ciclos térmicos son distintos. Aunque ambos implican temperaturas altas y bajas, esto no significa que sean lo mismo. En la sección siguiente, descubrirás cuáles son sus principales diferencias.
1- Velocidad de variación de la temperatura
La velocidad de variación de la temperatura es un aspecto importante de estas dos pruebas. En las pruebas de choque térmico, la temperatura varía muy rápidamente. En primer lugar, el producto se somete a temperaturas muy elevadas (extremas). De repente, la temperatura desciende en cuestión de segundos, lo que expone al producto a una temperatura muy baja. Esta fluctuación de temperatura se produce en cuestión de segundos.
Por otro lado, los ensayos de ciclos térmicos implican cambios graduales de temperatura. El producto se expone progresivamente a altas temperaturas, hasta alcanzar el límite máximo. Tras un tiempo, la temperatura se reduce lentamente. Este cambio lento y gradual de temperatura somete a los productos a fatiga y tensión.
2- Objetivo de las pruebas y exposición térmica
Las pruebas de choque térmico se realizan para conocer cómo se comporta un material cuando se expone a cambios bruscos y extremos de temperatura. En este método, el producto se somete a temperaturas extremas (tanto bajas como altas). Si un producto es frágil y se somete a temperaturas extremas, su fragilidad se hace evidente.
Por otra parte, se lleva a cabo un ensayo de ciclos térmicos para evaluar el grado de esfuerzo repetido al que se ve sometido el material. Cuando la temperatura cambia gradualmente, el material queda expuesto a un esfuerzo. Esto se realiza en cientos de ciclos, sometiendo al material a un esfuerzo repetido. Si el material se agrieta, significa que no es fiable bajo esfuerzo repetido y requiere mejoras.
3- Intensidad y duración del estrés
Las pruebas de choque térmico y de ciclos térmicos difieren en cuanto a la intensidad y la duración de la tensión. En los choques térmicos, la temperatura cambia muy rápidamente. Primero, sube hasta una temperatura muy alta y, a continuación, desciende hasta una temperatura extremadamente baja. De este modo, se expone al material a una alta intensidad de tensión. Sin embargo, la duración de la tensión es breve, ya que la temperatura cambia rápidamente.
Por otro lado, la intensidad de la tensión en los ensayos de ciclos térmicos es baja. El motivo es que el cambio de temperatura se produce de forma lenta y gradual. En cambio, la duración de la tensión es prolongada en el ensayo de ciclos térmicos.
4- Método de transferencia y simulación en condiciones reales
Los ensayos de choque térmico consisten en someter al material a un cambio repentino de una temperatura extremadamente alta a una muy baja. Como he dicho anteriormente, el ensayo se lleva a cabo en una cámara de choque térmico compuesta por dos compartimentos. El material se coloca en un cubo que lo introduce en un compartimento caliente, de modo que el material se ve sometido a una temperatura extremadamente alta. A continuación, el cubo se desplaza inmediatamente y lleva el material a un compartimento de baja temperatura.
Esta transferencia de material de una temperatura alta a una baja se produce en cuestión de segundos. De este modo se simula la situación en la que el material pasa rápidamente de un valor extremadamente alto a uno muy bajo. La prueba de ciclos térmicos se lleva a cabo en una única cámara en la que la temperatura aumenta y disminuye. No es necesario trasladar el material de una cámara a otra. Esto imita la situación en la que el material se ve sometido a temperaturas extremas que fluctúan lentamente.
5- Velocidad de ensayo y número de ciclos
La prueba de choque térmico es más adecuada para evaluar la rapidez. ¿Por qué? La razón es que esta prueba implica un cambio brusco de temperatura, pasando de valores extremadamente altos a muy bajos. Si el producto es frágil, empieza a mostrar signos de agrietamiento ya en los primeros ciclos. Por lo tanto, esta prueba de choque térmico se completa rápidamente. Además, esta prueba requiere menos ciclos.
Por otro lado, una prueba de ciclos térmicos dura más tiempo porque implica un cambio gradual de temperatura. La temperatura aumenta lentamente al principio y luego desciende aún más lentamente. Además, la prueba de ciclos térmicos conlleva un mayor número de ciclos, es decir, cientos. En este método de ensayo, no es posible predecir el resultado basándose únicamente en unos pocos ciclos.
6- Tipo de equipo utilizado y diseño de la cámara
Los ensayos de choque térmico se llevan a cabo en cámaras de choque térmico específicas. Estas cámaras están disponibles en diferentes tipos. Entre ellas se incluyen las cámaras de choque térmico de doble zona, cámaras de choque térmico de tres zonas, etcétera. Estas cámaras cuentan con secciones o compartimentos específicos tanto para la calefacción como para la refrigeración.
Consisten en una cubeta que contiene el material y que se desplaza del compartimento caliente al frío. Por el contrario, los ensayos de ciclos térmicos suelen realizarse en una cámara ambiental de una sola zona. Tanto el aumento como la disminución de la temperatura tienen lugar en esta única cámara ambiental. En cuanto al diseño, una cámara de choque térmico consta de dos o tres compartimentos.
Preguntas frecuentes
¿Qué es una cámara de choque térmico?
La cámara de choque térmico es un equipo de ensayo. Consta de dos zonas destinadas al calentamiento y enfriamiento del producto sometido a ensayo. Estos equipos pueden alcanzar temperaturas extremas con facilidad.
¿Qué ensayo es más exigente: el choque térmico o los ciclos térmicos?
La prueba de choque térmico suele ser más exigente que los ciclos térmicos. El motivo es que esta prueba consiste en exponer repentinamente la pieza a temperaturas muy elevadas. Este cambio brusco de temperatura hace que la prueba de choque térmico sea más exigente.
¿Cuál es la diferencia entre el ensayo de choque térmico y los ciclos térmicos?
Estas dos pruebas térmicas difieren en muchos aspectos. El choque térmico consiste en examinar el comportamiento del material ante cambios bruscos y extremos de temperatura. Las pruebas de ciclos térmicos evalúan cómo se comporta el material cuando se expone repetidamente a temperaturas variables.
Conclusión
En conclusión, tanto los ensayos de choque térmico como los de ciclos térmicos son igualmente importantes. Ambos ensayos consisten en comprobar el comportamiento de un material ante fluctuaciones de temperatura. Los ensayos de choque térmico evalúan el comportamiento de un material cuando se enfrenta a temperaturas extremas repentinas.
Por otro lado, los ensayos de ciclos térmicos comprueban los materiales mediante cambios repetidos de temperatura. Ambos tienen el mismo objetivo: comprobar la calidad del material. Los materiales que superan estos ensayos se consideran más fiables para su uso en condiciones reales. Estos dos tipos de ensayos se utilizan en los sectores aeroespacial, electrónico, de la automoción y otros.