Gestión del calor en forma líquida, materiales termoconductores

Estado del arte, desafíos y oportunidades mediante el uso de la tecnología de cavidad progresiva

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La gestión del calor es un aspecto importante para el funcionamiento seguro y eficiente de los dispositivos mecánicos y eléctricos, aunque a menudo no sea visible desde el exterior. Impulsado por las tendencias de electrificación, digitalización y miniaturización, este proceso es cada vez más importante. Esto va de la mano con el aumento constante de los requisitos desde el punto de vista técnico y comercial. Desde los equipos portátiles y los vehículos eléctricos hasta los equipos para el suministro de comunicaciones móviles e infraestructura de Internet a nivel nacional, la generación y disipación de calor debe tenerse en cuenta y regularse en todas partes. Por lo tanto, durante la fabricación de estos productos, se debe prestar atención a un diseño seguro para el proceso del material conductor del calor, así como al equipo necesario para este propósito con el fin de garantizar una funcionalidad segura a largo plazo. Esto se aplica tanto a la producción como al uso posterior de los productos.

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Ejemplos de tareas de dosificado en la gestión del calor:

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Características de los materiales conductores de calor y los desafíos resultantes

Una parte del diseño de la gestión del calor suele ser que el material térmicamente conductor se aplique en forma líquida, como pasta o adhesivo, por ejemplo. El término "materiales de interfaz térmica" (TIM) se ha establecido para este tipo de material. Su tarea es acoplar térmicamente dos o más componentes entre sí para disipar el calor que se genera. El acoplamiento de esta manera puede ser necesario debido a las tolerancias de fabricación, las restricciones de diseño o una combinación de estas. Para poder garantizar la conductividad térmica (W/m*K), las pastas o adhesivos de uno o dos componentes mencionados anteriormente a veces se cargan, en gran medida, con rellenos. Estos pueden ser de naturaleza cerámica o metálica.

Dependiendo del material de relleno utilizado, la conductividad deseada y los factores de costo, estos rellenos pueden ser de diferentes formas y tamaños. Cuando se aplican, a menudo exhiben un comportamiento abrasivo, lo que a su vez puede conducir a un desgaste comparativamente rápido del equipo de dosificado utilizado. Esto puede conducir a un proceso inestable si la configuración (material, equipo de dispensación y parámetros del proceso) no coincide correctamente. El resultado puede ser interrupciones de la producción y un aumento de los costes de repuesto y mantenimiento. Y eso se vería reflejado en los costos unitarios.

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Soluciones propuestas para la aplicación segura del proceso de materiales de interfaz térmica

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Debido a la importancia cada vez mayor de la gestión del calor y a la creciente demanda de TIM, actualmente se están aplicando varios enfoques para mejorar aún más el manejo de dichas pastas o adhesivos. Una posibilidad es procesar estos materiales utilizando la tecnología de cavidad progresiva, tanto en el suministro y tratamiento, como en la aplicación sobre las piezas. Durante este proceso, el material a dosificar se transporta de forma puramente volumétrica y continua por medio de un rotor giratorio y un estator fijo. Este proceso se caracteriza por su modo de operación de bajo corte y, por lo tanto, respetuoso con el material, combinado con una alta precisión y repetibilidad.

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Específicamente para el diseño y la selección de materiales de la combinación rotor-estator, existen varias posibilidades para adaptar perfectamente el sistema de dosificado a la aplicación y al TIM. En el caso del rotor, es posible fabricarlo íntegramente en cerámica o dotarlo de un recubrimiento especial multicapa para aumentar significativamente la vida útil.

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Cuando se trata del estator, los elastómeros, especialmente adaptados para materiales abrasivos, ofrecen posibilidades de optimización adicionales. En combinación con los parámetros de proceso adecuados, el rendimiento y la vida útil del sistema se pueden aumentar muchas veces en comparación con una configuración estándar. Esto ha sido confirmado por numerosas pruebas de laboratorio, así como en aplicaciones actuales. También puede valer la pena realizar una comparación técnica y comercial con otras soluciones: gracias a los menores costes de mantenimiento y configuración, es posible una amortización rápida.

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Tendencias en el campo de los materiales termoconductores

Al igual que en el desarrollo de los equipos para el procesamiento y la aplicación de TIM, los propios materiales también se desarrollan continuamente. De esta manera, los fabricantes están respondiendo a las necesidades actuales y futuras del mercado. Los factores determinantes son el aumento de la conductividad térmica y la aceleración de las velocidades de proceso. Estos requisitos se pueden cumplir mediante la adaptación continua de los materiales de relleno. Al igual que en muchas otras áreas, existe un gran potencial en el uso de nanotubos de plástico (Nanotubos de Carbono – CNTs). Se caracterizan por una excelente conductividad térmica y eléctrica. Estas propiedades se potencian aún más cuando los CNT no están dispuestos aleatoriamente, sino que están apretados con su eje longitudinal alineado perpendicularmente a la superficie del sustrato. El término "Vertically Aligned Carbon Nanotube Array" (VANTA en resumen) se ha establecido. La alineación es posible, por ejemplo, mediante la aplicación de un campo (eléctrico) externo. Numerosos enfoques al respecto son actualmente objeto de investigación en todo el mundo. Queda por ver si, en qué medida y cuándo las CNT, posiblemente en forma de VANTA, experimentarán su avance en el campo de las TIM. Si existen TIM líquidos basados en estos materiales, es necesario examinar qué requisitos especiales imponen al proceso de producción.

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En el caso de la tecnología de cavidad progresiva, ya ha sido posible adaptar el sistema a las propiedades de los materiales conductores de calor, a veces muy abrasivos. En caso de que esto sea necesario en el futuro para los TIM basados en CNT (por la razón que sea), los expertos en el tema de la tecnología de cavidad progresiva de ViscoTec buscarán y encontrarán una solución para esto, mano a mano, junto con socios externos en un equipo transversal.

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Resumen y perspectivas

Ya sea en el reloj inteligente en su muñeca, en el automóvil eléctrico en el garaje o en el proveedor de telefonía móvil: los TIM realizan su trabajo de manera constante y discreta en todas partes, facilitando nuestra vida cotidiana. Con un continuo desarrollo y adaptación a materiales abrasivos, la tecnología de cavidad progresiva es un sistema ideal para la solución completa de tareas de transporte y dispensación con TIM. 

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ViscoTec ofrece varias soluciones a tal efecto, desde el vaciado y tratamiento del material hasta sistemas para dosificadores en el rango de microlitros (Marca Preeflow®). Por favor, siéntase libre de contactarnos en cualquier momento sobre los retos actuales, pero sobre todo sobre los proyectos para la "próxima generación" de TIMs en combinación con CNTs o VANTAs.

Si quieres conocer más de nuestros servicios o agendar envíanos un correo a ventas@meirepresentaciones.com o contáctanos. Déjate asesorar por los expertos.