calorimetria

Prácticas Análisis Térmico por DSC
1.- Introducción
Las técnicas termoanalíticas han sido y siguen siendo en la actualidad ampliamente
utilizadas en la caracterización de materiales. El análisis térmico abarca todos los métodos
de medida basados en el cambio, con la temperatura, de una propiedad física o mecánica
del material. Las condiciones de fabricación de un producto, así como suhistoria y
tratamientos térmicos, son decisivos en las propiedades finales del material, por lo que las
técnicas termoanalíticas son imprescindibles en cualquier proceso de control sobre la
fabricación de un material.
2.- Calorimetría diferencial de barrido (DSC)
La calorimetría diferencial de barrido (DSC, Diferential Scaning Calorimetry)
permite el estudio de aquellos procesos en los que seproduce una variación entálpica, por
ejemplo determinación de calores específicos, puntos de ebullición y fusión, pureza de
compuestos cristalinos, entalpías de reacción y determinación de otras transiciones de
primer y segundo orden.
En general, el DSC puede trabajar en un intervalo de temperaturas que va desde la
temperatura del nitrógeno líquido hasta unos 600 ºC. Por esta razón esta técnicade análisis
se emplea para caracterizar aquellos materiales que sufren transiciones térmicas en dicho
intervalo de temperaturas. La familia de materiales que precisamente presenta todas sus
transiciones térmicas en ese intervalo es la de los polímeros. Por esta razón, el DSC se
emplea fundamentalmente para la caracterización de estos materiales y es por lo que, de
aquí en adelante, noscentraremos fundamentalmente en transiciones térmicas en polímeros
estudiadas por DSC.
En el campo de polímeros pueden determinarse transiciones térmicas como la
temperatura de transición vítrea Tg, temperatura de fusión Tm; se pueden hacer estudios de
compatibilidad de polímeros, reacciones de polimerización y procesos de curado.
2.1.- Instrumentación
Existen dos tipos de métodos para obtenerdatos en DSC: i) DSC de potencia
compensada y ii) DSC de flujo de calor. En el primero, la muestra y el material de
referencia se calientan mediante calentadores separados aunque sus temperaturas se
mantienen iguales mientras las temperaturas se aumentan (o disminuyen) linealmente. En el
segundo, se mide la diferencia de cantidad de calor de la muestra y de la referencia cuando
la temperatura dela muestra se aumenta (o disminuye) linealmente. A pesar que los dos
métodos proporcionan la misma información, sólo nos centraremos en el primero
El DSC mide el flujo de calor en la muestra a estudiar y en un material inerte de
referencia de forma independiente. En la figura 1 se muestra un esquema de un aparato de
DSC. Ambas células que contienen la muestra y la referencia, están equipadascon un
sensor para la medida de su temperatura, y una resistencia de calentamiento independiente
para cada una de ellas. Estas resistencias mantienen ambas células a una temperatura
programada Tp. Las temperaturas instantáneas de cada célula (Tm y TR) se miden y
comparan continuamente con el valor programado Tp. El sistema trabaja de modo que la
1

energía suministrada en cada momento porcada resistencia de calentamiento, es función de
la diferencia entre las temperaturas de cada célula y la temperatura programada, es decir:
Em = Wm·(Tm – Tp)
ER = WR·(TR – Tp)

(1)

Donde Em y ER son las energías eléctricas suministradas por las resistencias, y Wm y WR
son constantes del sistema, que dependen de las características de cada material, como la
masa y su capacidad calorífica.La diferencia de energía, ∆E = Em – ER, requerida para
mantener las dos células a la temperatura programada, es la cantidad que se representa en
función de la temperatura (Tp, Tm ó TR) o en función del tiempo a temperatura constante. A
estas dos representaciones se las denomina termogramas.

Figura 1.- Esquema de un aparato de DSC. Figura tomada de: ALBELLA, J.M.; CINTAS,
A.M.; MIRANDA, T....