La calorimetría de barrido diferencial (DSC, por sus siglas en inglés) es un método ampliamente utilizado en el análisis térmico debido a su simplicidad, disponibilidad y rapidez. En este método, la muestra y la referencia se colocan en recipientes especiales dentro del instrumento, y se registra la diferencia en el flujo de calor entre ambas mientras se modifica la temperatura. A continuación, exploraremos los diferentes tipos de instrumentación utilizados en la calorimetría de barrido diferencial y su aplicación en la caracterización de materiales.
Instrumentos para DSC de potencia compensada:
En esta técnica, la temperatura de la muestra y la referencia se mantienen iguales mientras se incrementan o disminuyen de forma lineal. Se registra la energía necesaria para mantener la temperatura de la muestra igual a la de la referencia. Los instrumentos para DSC de potencia compensada utilizan dos unidades de calentamiento independientes y pequeñas, lo que facilita un rápido equilibrio térmico. Se registran termogramas que muestran la diferencia de energía requerida para mantener la muestra y la referencia a la misma temperatura en función de la temperatura programada. Aunque proporciona menor sensibilidad que otros métodos, la DSC de potencia compensada es adecuada para estudios cinéticos y posee una alta capacidad de resolución.
- Instrumentos para DSC de flujo de calor:
En la DSC de flujo de calor, se mide la diferencia en el flujo de calor entre la muestra y la referencia mientras la temperatura de la muestra cambia a una velocidad constante. Tanto la muestra como la referencia se calientan utilizando una única unidad calefactora. El calor fluye hacia ambos materiales a través de un disco termoeléctrico de constantán calentado eléctricamente. Los termopares de superficie controlan el flujo de calor diferencial y la diferencia de calor que fluye hacia los dos platillos de aluminio, proporcionando información sobre los procesos exotérmicos y endotérmicos que ocurren durante el cambio de temperatura. - Instrumentos para calorimetría de barrido diferencial modulada:
En esta técnica, se superpone una función sinusoidal en el programa de temperatura global para generar ciclos de calentamiento y enfriamiento durante el aumento o disminución de la temperatura total. La señal total se descompone matemáticamente en dos componentes utilizando métodos de transformada de Fourier: una señal de flujo de calor reversible y una señal de flujo de calor irreversible. La señal reversible se relaciona con la capacidad calorífica y las transiciones por etapas, como la transición vítrea, se observan principalmente en esta señal. La señal irreversible está asociada con procesos cinéticos exotérmicos o endotérmicos. - La calorimetría de barrido diferencial ofrece numerosas aplicaciones en la caracterización de materiales. Permite estudiar fenómenos como transiciones de fase, procesos cinéticos, cambios en la capacidad calorífica y estabilidad térmica de los materiales. Es útil en la investigación de polímeros, cerámicas, metales y compuestos orgánicos, proporcionando información crucial para comprender las propiedades y el comportamiento térmico de estos materiales.
En conclusión, la calorimetría de barrido diferencial es una técnica valiosa en el análisis térmico debido a su rapidez, sencillez y disponibilidad. Los diferentes tipos de instrumentos, como DSC de potencia compensada, DSC de flujo de calor y DSC modulada, ofrecen opciones versátiles para estudiar una amplia gama de fenómenos térmicos en diversos materiales. La aplicación de la calorimetría de barrido diferencial en la investigación científica y el control de calidad de materiales sigue siendo fundamental para mejorar las propiedades y el rendimiento de los materiales en diversas industrias.