La simulación térmica, proceso estrella de Phoenix Contact para la producción de carcasas

Patrick Hartmann sabe exactamente cuándo hace demasiado calor. Con la ayuda de su herramienta de simulación, este experto en simulación térmica puede detectar generadores de calor en cajas para electrónica que demandan mucha potencia antes de que pasen a mejor vida.
La temperatura es un factor cada vez más importante en el desarrollo de dispositivos eléctricos. Cada vez más potencia debe alojarse en carcasas cada vez más pequeñas y, además, seguir funcionando de forma fiable durante años. Patrick Hartmann forma parte del departamento de Phoenix Contact que se encarga del desarrollo y la producción de cajas para electrónica de plástico: investigación climática en miniatura.

Electrónica encorsetada
“El plástico en forma de carcasa presenta un sinfín de ventajas”, explica el ingeniero de 29 años: “Es ligero, fácil de procesar, aísla y ofrece mucha más libertad de diseño que el metal”. Por esto, no es de extrañar que la producción de carcasas tenga larga tradición en Phoenix Contact.
Ahora bien, el plástico presenta dos serias desventajas: evacua el calor muy mal y es sensible a este. “Los condensadores pueden secarse, las CPU sobrecalentarse, los componentes perder vida útil, o plantas y líneas de producción enteras dejar de funcionar. En el peor de los casos, puede producirse un incendio. Recuerde ciertas series de teléfonos móviles de un fabricante coreano con los que incluso estaba prohibido volar”.
¿De qué temperaturas estamos hablando? “Mientras que en un armario de control normal se alcanzan rápidamente los 60 °C, las temperaturas en las cajas para electrónica son considerablemente más altas. No es raro llegar a temperaturas de entre 85 y 90 °C”.

Cálculo del calor
Patrick Hartmann sabe exactamente de lo que habla. La tesis del máster que realizó como parte de sus estudios duales trató sobre la gestión térmica en carcasas de plástico. “Procesadores y componentes cada vez más potentes se instalan en carcasas cada vez más pequeñas. Esta tendencia continúa sin cesar, e incluso seguirá creciendo en todos los ámbitos de la industria y la electrónica con la llegada del 5G y los sistemas integrados”.
En un armario de control grande, la cuestión del calor es relativamente fácil de resolver. “Simplemente, todos los componentes que tienen una alta emisión de calor deben montarse hacia arriba. En caso de duda, se instala un sistema de ventilación para aspirar el calor”. El problema en el diseño de carcasas es que el espacio es mucho menor; por tanto, la densidad de potencia, mayor. Asimismo, la presión de costes es mucho más elevada. Por lo tanto, la forma de defenderse del intenso calor en un recubrimiento de plástico ajustado es diferente. “Es necesario saber exactamente dónde se genera el calor. Y luego, bien planificar las ranuras de ventilación, bien reposicionar los componentes o utilizar disipadores térmicos para derivar el exceso de temperatura”.
En cuanto a la simulación térmica, “en la mayoría de los casos, los desarrolladores han elegido una envolvente, han instalado sus componentes, han realizado todas las conexiones y, ya en la fase de prueba, se han percatado de que esta se ha calentado demasiado. Con el fin de identificar los puntos calientes, es necesario realizar mediciones complejas utilizando una termografía bastante aproximada. Luego se modifica la carcasa y se vuelve a probar. Este proceso es caro y laborioso”.