EnduroTemp® 260+ mejora el coeficiente de transferencia de calor

Cuando el Centro de Innovación MagForceX® de Essex se propuso desarrollar el EnduroTemp® 260+, su objetivo era resolver el problema de las descargas parciales —conocidas como «corona»— y, al mismo tiempo, aumentar la temperatura a la que puede funcionar un motor de tracción.

Ambos problemas se resolvieron; sin embargo, al hacerlo, es posible que también se haya mejorado el coeficiente de transferencia de calor.

Matt Leach, director del Centro de Innovación MagForceX®, explica que, si bien la mejora en el coeficiente de transferencia de calor puede haber sido un éxito no planeado, aporta un valor adicional al producto; pero, lo que es más importante, un valor exponencial para los diseñadores de motores.

“A medida que aumentas la densidad de potencia o la potencia de ese motor, se generará más calor debido a la resistencia; pero si logras disipar el calor más rápido, el motor será más eficiente”, dijo. «El sistema de aislamiento soportará una temperatura de operación más alta, por lo que, incluso si el motor funciona a una temperatura ligeramente más elevada, el aislamiento en sí disipará el calor más rápido que los aislamientos comunes. Literalmente, te permitirá operar a temperaturas más altas durante más tiempo, con un menor riesgo de daños en el cable».

EnduroTemp® 260+ es un producto que ofrece a los diseñadores la oportunidad de maximizar la densidad de potencia o de utilizar alambres magnéticos en nuevas aplicaciones exigentes y a altas temperaturas, incluyendo los variadores de velocidad.

Ejemplo de EnduroTemp® 260+

Se trata de un aislante para alambre magnético que prolongará la vida útil de los motores de tracción en aplicaciones críticas de transporte; ha sido diseñado específicamente para soportar temperaturas de operación más altas, con una resistencia térmica de 265 ℃, la mejor de la industria. El producto también brindará protección al motor contra el deterioro causado por la moderna electrónica de potencia que lo controla. Cuenta con una superficie de película esmaltada que elimina las protuberancias presentes en cualquier producto de cinta, ya que se eliminan las superposiciones o los espacios. El coeficiente de fricción también es mucho mejor en comparación con el de un producto envuelto con cinta, lo que permitirá fabricar bobinas en menos tiempo.

EnduroTemp® 260+ es ideal para su uso en el sector del transporte, pero no solo en vehículos tradicionales, ya que puede ser de gran ayuda en operaciones todoterreno, equipo pesado de minería y vehículos comerciales electrificados; además, ha demostrado ser una solución perfecta para aplicaciones aeroespaciales exigentes. Otros devanados para altas temperaturas estarán expuestos a una gran variedad de entornos, como la eliminación del calor dentro de los túneles en los mercados europeos o los gases tóxicos en lugares de trabajo subterráneos.

«Creo que este material se podría utilizar en aplicaciones con altas temperaturas, como motores, alternadores y motores de arranque que se utilizan en cualquier tipo de condiciones climáticas con altas temperaturas», dijo Leach. «En el pasado, en algunas de esas aplicaciones se utilizaba poliimida, pero este es un buen sustituto, incluso mejor que la poliimida».

“Otro mercado clave sería el de los motores controlados por inversor, que podrían utilizarse en motores industriales ubicados en zonas de altas temperaturas o en bombas de fondo de pozo para la exploración de petróleo y gas.”

Allan Knerr, químico de investigación y desarrollo de Essex Magnet Wire, fue el inventor principal del producto.

Dijo que la combinación de los tres beneficios principales, al actuar en conjunto, debería dar lugar a un producto revolucionario.

Es un diseño que podría cambiar la forma en que la gente ve el diseño de motores, al permitirles superar lo que se considera que son las limitaciones actuales.

“Bueno, obviamente, el hecho de que la resistencia térmica sea de 265 ℃ —lo que lo convierte en uno de los materiales con la clasificación más alta, si no el más alto— en cuanto a esmalte para alambre magnético es muy emocionante. El hecho de que resista la descarga corona y tenga una transferencia de calor tan buena; estoy seguro de que el coeficiente de transferencia de calor influyó en la resistencia térmica y eso debería facilitarles la vida en general a los fabricantes de motores eléctricos”, dijo. “Eso simplemente parece ser un factor decisivo”.

«Sabes que nos estamos acercando a los límites de los metales. El cobre es adecuado para ciertos rangos de temperatura. El aluminio es adecuado para ciertos rangos de temperatura, y nos estamos acercando mucho a la temperatura máxima de uso de estos materiales, así que no estoy seguro de hacia dónde iremos a partir de aquí, pero cada avance que logremos nos permitirá hacer más».

Leach se mostró de acuerdo y señaló que el hecho de poder operar a 265 ℃ durante más de las 20 000 horas de los límites de prueba garantizará que los productos en los que se instale EnduroTemp® 260+ puedan durar más allá de los requisitos de vida útil de la aplicación.

“Esto ayudará a que el motor sea más eficiente, lo que a su vez hará que el vehículo en su conjunto —si se instala en un auto— sea más eficiente. Es posible que se logre una mayor autonomía con la misma batería o que se pueda usar una batería más pequeña gracias a que el motor es más eficiente”, dijo. “Otras partes del motor fallarían primero.”

Se realizó una prueba de tensión de ruptura dieléctrica con EnduroTemp® 260+ en pares trenzados de 12 AWG a temperatura ambiente, y se superaron los 11 000 voltios. Su prueba de resistencia a pulsos en pares trenzados de 12 AWG se detuvo después de 72 horas sin fallas, según las mediciones realizadas conforme al método de prueba GB/T 21707-2008 con un tiempo de subida de 100 ns. Su prueba de resistencia a pulsos en pares trenzados de 18 AWG se detuvo después de 20 horas sin fallas, según se midió conforme al método de prueba GB/T 21707-2008 con un tiempo de subida de 100 ns. La prueba de vida útil del inversor en pares trenzados de 18 AWG duró 294 horas, según mediciones realizadas en el laboratorio de pruebas de cables certificado por UL del Centro de Innovación Essex MagForceX®. Ese tiempo es tres veces mejor que el del competidor más cercano de la industria.

Chris Richardson, diseñador de motores e ingeniero del Centro de Innovación MagForceX®, afirmó que las cifras que se están obteniendo son sencillamente revolucionarias, especialmente en lo que respecta a la conductividad térmica.

“Tenemos testimonios de algunos de nuestros clientes que indican que algunos de estos motores funcionaban entre 10 y 20 grados más fríos”, dijo. «En algunos de estos casos de descargas parciales elevadas, las aplicaciones necesitarían, de otra manera, una capa muy gruesa de esmalte para poder funcionar. Al hacer que esa ruta térmica sea más conductora, básicamente se elimina el calor más fácilmente con mucho menos esmalte. Esto le permite al diseñador mejorar el diseño en varios aspectos, incluyendo la eficiencia y la densidad de potencia».

«Estos importantes fabricantes de motores están buscando mejorar la conductividad térmica y las propiedades dieléctricas. Esta es una de esas propiedades en las que todos saben que deben mejorar; por eso, cuando se dice que el esmalte ofrece una mejora de dos a tres veces mayor que la poliimida estándar en cuanto a conductividad térmica, eso significa mucho».

Dado que EnduroTemp® 260+ es mucho mejor que los esmaltes estándar, podría haber aplicaciones en las que sea posible incluir más material conductor en el mismo espacio y aumentar la densidad de potencia. Es posible que existan algunas aplicaciones en las que un diseñador solicite una capa más delgada, lo que podría generar resultados diferentes.

Leach dijo que la lista de aplicaciones del producto está creciendo y que la mejor manera de lograr los resultados deseados es consultar con su equipo.

«Es difícil hacer justicia a este producto en una conversación breve, pero contamos con los datos que lo respaldan todo», dijo. «Alguien con experiencia en ingeniería eléctrica o en diseño de motores querrá ver qué se ha hecho y qué se puede hacer, y nos encantaría tener esas conversaciones».

«Nuestros expertos en el mercado proponen ideas para nuevas aplicaciones prácticamente a diario, y eso es emocionante. Conocemos el aspecto técnico, pero creo que apenas estamos empezando a explorar las posibilidades de uso de EnduroTemp® 260+».

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Ficha técnica de EnduroTemp® 260+