EN
AR
FR
DE
IT
JA
KO
PT
RU
ES
Electrónica de alta tensión y aislamiento eléctrico superior
Impregnación y encapsulado de PCB: resistencia dieléctrica y al arco avanzada
El aceite de silicona de grado industrial inicia el proceso de fabricación con la útil propiedad de la rigidez dieléctrica propia de los aceites. La rigidez dieléctrica de este aceite supera los 15 kV/mm, lo que resulta útil para evitar arcos eléctricos peligrosos en componentes como transformadores, módulos de potencia y sistemas de baterías para vehículos eléctricos (EV). Una ruptura del aislamiento puede provocar problemas graves, como la fuga térmica (thermal runaway), debido al fallo del aislamiento. La silicona, al ser un polímero, posee cadenas estables que no experimentan cambios significativos bajo el bombardeo de electrones, lo que contribuye a la refrigeración. Este aceite también es libre de descargas por efecto corona y descargas dendríticas, lo que lo hace útil para sellar placas de circuito impreso en las industrias médica, aeroespacial y automotriz. Asimismo, el aceite de silicona presenta la particularidad de autorrepararse tras sufrir esfuerzos eléctricos y de recuperar su rigidez dieléctrica tras dichos esfuerzos, sin sufrir daños permanentes. Esta propiedad resulta esencial en sistemas que no pueden tolerar fallos.
Análisis del rendimiento de aceites de silicona, aceites minerales y fluidos PAO
Una vez que las temperaturas alcanzan aproximadamente 130 °C, los aceites minerales tradicionales comienzan rápidamente a degradarse. Los fluidos PAO pueden tener una mayor estabilidad térmica que los aceites minerales tradicionales, pero los fluidos de silicona siguen siendo superiores, mostrando un veinte por ciento más de resistencia al arco. Esto es especialmente relevante en aplicaciones de alta frecuencia, particularmente en el caso del desgaste acelerado de materiales aislantes debido a descargas eléctricas frecuentes, como ocurre en las estaciones de carga rápida de corriente continua (CC). La silicona también presenta mayor resistencia a la oxidación; por lo tanto, los transformadores sellados llenos con fluidos de silicona tienen menos probabilidad de acumular lodos. Como resultado, los transformadores rellenos con fluidos de silicona requieren sustituciones menos frecuentes, durando típicamente de 3 a 5 años más que aquellos que utilizan fluidos hidrocarbonados tradicionales.
Estabilidad térmica en ámbitos automotrices
Resistencia a temperaturas superiores a 200 grados C en el compartimento del motor y en la electrónica de potencia
Es habitual que los motores de automóvil y sus componentes alcancen y operen a 200 grados Celsius e incluso más. Este calor provoca la evaporación o descomposición de lubricantes y refrigerantes, como los aceites. La descomposición de los fluidos del motor genera lodos y ácidos nocivos que incrementan la fricción y aceleran el desgaste de los componentes del motor. El aceite de silicona, por su parte, no se descompone debido a su estructura silicio-oxígeno superior, más resistente que la de los aceites convencionales. En una simulación experimental a 220 grados Celsius durante 500 horas de flujo continuo, el aceite de silicona conservó aproximadamente el 95 % de su viscosidad inicial, mientras que el aceite mineral perdió casi la mitad de su viscosidad en las mismas condiciones. Esto es importante porque mantiene limpios los sistemas de fluidos del motor y del turbocompresor. El aceite de silicona duplica o incluso triplica la vida útil de los componentes del motor en comparación con la de los aceites convencionales de hidrocarburos.
Validación en condiciones reales en la electrónica de potencia de vehículos eléctricos (EV)
Estos beneficios aportan pruebas de aplicaciones reales en vehículos eléctricos (EV). El análisis de campo se realizó en un modelo EV de tamaño mediano, líder entre sus pares, que utilizaba aceite de silicona como refrigerante en su inversor de potencia durante un período superior a 100 000 millas. Las mediciones clave fueron:
Parámetro Aceite de silicona Refrigerante tradicional
Cambio de viscosidad a 200 °C <5 % >35 %
Aumento del número de ácido 0,1 mg KOH/g 2,8 mg KOH/g
Tasa de fallos del inversor 0,2 % 1,7 %
Esto dio lugar a una reducción del 40 % en las reclamaciones de garantía relacionadas con problemas térmicos. Además, la característica no corrosiva del aceite de silicona evitó cualquier degradación química de los devanados de cobre y de los sustratos de poliimida, y, gracias a su viscosidad estable, contribuyó a garantizar un flujo constante dentro de los sistemas de refrigeración por microcanales, eliminando así los puntos calientes causados por fallos de los semiconductores.
Uso del aceite de silicona como fluido de transferencia de calor y lubricante
`Índice de viscosidad > 300` = Excelente lubricación y transferencia de calor
El aceite de silicona tiene uno de los índices de viscosidad más altos entre los fluidos comerciales. De hecho, el índice de viscosidad del aceite de silicona supera los 300. Esto significa que el aceite de silicona no modifica su viscosidad significativamente ante los cambios de temperatura. Por lo tanto, el aceite de silicona puede funcionar eficientemente tanto a temperaturas extremadamente altas como extremadamente bajas, desde -50 °C hasta 200 °C. ¿Qué implica esto? Implica que el aceite de silicona puede utilizarse como lubricante eficaz, así como fluido eficaz de transferencia de calor, sin presentar problemas. En el caso de los aceites convencionales, cuando la temperatura desciende, el aceite puede volverse demasiado viscoso y, en consecuencia, perder la capacidad de fluir adecuadamente, lo que puede provocar problemas como la cavitación de la bomba. Por el contrario, el aceite de silicona sigue fluyendo correctamente, garantizando una disipación continua del calor. En el extremo opuesto del espectro térmico, el aceite de silicona presenta una resistencia estable de película que evita el contacto directo entre superficies metálicas en los rodamientos y, al mismo tiempo, permite la transferencia de calor desde las zonas más calientes. Su capacidad para actuar tanto como lubricante como fluido de transferencia de calor permite a los ingenieros diseñar sistemas menos complejos, ya que no es necesario incluir circuitos independientes para lubricación y refrigeración. Esto podría reducir el número de componentes necesarios en un 30 a un 40 por ciento en los sistemas de gestión térmica utilizados en las baterías de los vehículos eléctricos (EV).
Las situaciones en las que la fiabilidad es fundamental incluyen los sistemas de refrigeración de componentes de semiconductores potentes, los actuadores de aeronaves, etc., y aplicaciones críticas como estas requieren aceite de silicona. No es, pues, de extrañar que los expertos confíen en el aceite de silicona.
Fiabilidad a largo plazo y compatibilidad de materiales con electrónica sensible
Comportamiento no corrosivo frente a sustratos de poliimida, máscaras de soldadura y cobre
El aceite de silicona utilizado en la industria es responsable de la fiabilidad de los componentes electrónicos sensibles y de su larga vida útil. Esto se debe a que el aceite de silicona no provoca reacciones químicas, a diferencia de los aceites derivados del petróleo, que pueden ocasionar problemas. Por ejemplo, la silicona no causa corrosión en cobre, máscaras de soldadura y sustratos de poliimida presentes en las modernas placas de circuito impreso (PCB) y placas de circuitos flexibles. Debido a esto, cuestiones como la migración electroquímica y la pérdida de resistencia de aislamiento pierden importancia, especialmente en lo que respecta a la humedad y a los cambios repetidos de temperatura a los que está sometido el equipo. Además, la característica protectora y no reactiva de la silicona significa que los adhesivos y recubrimientos protectores pueden soportar los cambios operativos. Esto incrementa la vida útil del sistema en su conjunto, especialmente en sistemas sofisticados donde los fallos de los materiales resultan costosos.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la rigidez dieléctrica del aceite de silicona de grado industrial?
La rigidez dieléctrica del aceite de silicona de grado industrial es superior a 15 kV por milímetro.
¿Qué ventajas ofrece el aceite de silicona frente a los aceites minerales y los fluidos PAO?
En comparación con los aceites minerales y los fluidos PAO, el aceite de silicona presenta una mayor rigidez dieléctrica, un rango operativo de temperaturas más amplio, una mayor resistencia a la oxidación y una mayor estabilidad de la viscosidad.
¿Qué características del aceite de silicona lo hacen útil para temperaturas extremas en aplicaciones automotrices?
Dado que el aceite de silicona puede soportar un aumento extremo de temperatura superior a 200 °C y seguir funcionando según lo requerido, puede utilizarse en aplicaciones automotrices extremas.
¿Por qué se emplea el aceite de silicona en electrónica sensible?
El aceite de silicona no interactúa químicamente con el cobre, las máscaras de soldadura ni los sustratos de poliimida, lo que incrementa la fiabilidad de los componentes electrónicos sensibles.
