La evaluación de los productos manufacturados, en las condiciones ambientales similares a aquellas donde estos elementos van a operar, permite garantizar la calidad y confiabilidad del producto, además del rendimiento esperado, en el entorno donde se utilizará.

Existen diferentes formas de probar un componente para condiciones ambientales específicas, una de ellas es la ejecución de ensayos térmicos con el fin de determinar la calidad, fiabilidad y resistencia de los diferentes productos, a las condiciones ambientales reales a las que tengan que enfrentarse durante su ciclo de vida.

Existen dos clases de evaluaciones, la primera se refiere a las pruebas termostáticas, en las que se controla el parámetro temperatura únicamente, mientras que la segunda se refiere a las pruebas climáticas, en las que se controlan los parámetros temperatura y humedad, de manera simultánea.

¿Cómo se realizan las pruebas termostáticas?

Este tipo de prueba, se realiza con el uso de cámaras térmicas o de temperatura. Una cámara de temperatura, realiza pruebas térmicas mediante el uso de la convección. De manera general, para transferir el calor al componente o muestra que se encuentra en prueba, utilizan un ventilador que permite la convección de aire a través de la muestra o componente. Los cambios de temperatura se realizan mediante un calentador eléctrico para calentar la cámara o una unidad de refrigeración, para enfriarla. 

Existen tres tipos de pruebas que se pueden realizar con una cámara térmica. Las tres evalúan de manera distinta, los efectos de la temperatura, sobre una muestra o componente. Estas evaluaciones son: 

• Prueba de ciclo térmico 
• Prueba de quemado 
• Prueba de choque térmico 

¿Para qué se utiliza cada prueba termostática?

El ensayo de ciclo térmico, realiza el cambio entre temperaturas extremas, a una tasa controlada y la velocidad de la transición se ajusta para disminuir la tensión térmica. Se configuran tiempos de espera a temperaturas específicas, llamados “remojos”, que permiten asegurar que las muestras o componentes, alcancen la temperatura esperada. 

La prueba de quemado se ejecuta manteniendo una muestra o componente, a una temperatura sostenida. Este ensayo permite verificar los parámetros operativos de un dispositivo, en un entorno específico, durante un tiempo determinado. 

El estudio de choque térmico, se realiza sometiendo a la muestra o componente, a temperaturas, bajas y altas, con transiciones muy rápidas. Esto se puede realizar con cámaras térmicas dinámicas, que transfieren la muestra o componente que se encuentra en evaluación, de un compartimiento caliente a otro frío, de manera automática.  También existen cámaras estáticas, con calentadores y enfriamiento de alto rendimiento, que realizan esta prueba en un solo compartimiento.

Este ensayo se utiliza en el sector electrónico, con el objetivo de identificar elementos defectuosos y que pueden ocasionar desperfecto prematuro del componente electrónico. Esta prueba es fundamental para que un nuevo producto pueda salir al mercado. 

Pasos para realizar una prueba de ciclo térmico

A continuación, se mencionan de manera general, los pasos a seguir para realizar una prueba de ciclo térmico, a componentes electrónicos cuya especificación de operación se encuentra en un rango de −25°C y +65°C.  La evaluación se realizará en un rango de temperatura de −30°C a +70°C. 

• Introducir el componente electrónico dentro de la cámara y estabilizar a temperatura ambiente de +25°C.
• Ejecutar una prueba funcional del componente electrónico, para verificar su funcionamiento.
• Apagar el componente electrónico y elevar la temperatura dentro de la cámara, hasta +70°C.
• “Remojar” el componente electrónico a la temperatura máxima de prueba (+70°C), durante 4 horas.
• Ejecutar una prueba funcional del componente electrónico, para demostrar su funcionamiento, a la temperatura máxima de prueba (+70°C).
• Apagar el componente electrónico y bajar la temperatura dentro de la cámara, a -50°C.   
• “Remojar” el componente electrónico a una temperatura de −50°C, durante 2 horas.
• Elevar la temperatura al nivel mínimo de prueba (−30°C) y “remojar” el componente electrónico, durante 1 hora.
• Estabilizar el componente electrónico a la temperatura mínima de prueba (−30°C).
• Encender el componente electrónico y realizar una prueba funcional para demostrar su funcionamiento, a la temperatura mínima de prueba.
• Apagar el componente electrónico y elevar la temperatura dentro de la cámara, al nivel máximo de prueba (+70°C).
• “Remojar” el componente electrónico durante 1 hora, a la temperatura máxima de prueba, antes de realizar la prueba funcional.
• Continuar realizando ciclos entre las temperaturas mínimas y máximas de prueba, utilizando “remojos” en los extremos de temperatura, antes de ejecutar la prueba funcional del componente electrónico.

Monitoreo de los ensayos térmicos

Con un sistema de monitoreo tradicional, la persona encargada de la prueba, configura un perfil en la cámara térmica, que incluye todos los pasos y parámetros de la prueba. Una vez que comienza el ensayo, se realiza el seguimiento del proceso en la pantalla de la cámara y se registra de manera manual. En caso de detectarse algún inconveniente, se pueden modificar parámetros durante la prueba. Para revisar los resultados, los datos del proceso se exportan y se pueden imprimir.

En la actualidad, existen combinaciones de hardware y software, que permiten el monitoreo remoto del proceso, con un nivel de control elevado y limitando la cantidad de trabajo manual requerido, para el seguimiento de las pruebas. Se puede acceder a los datos en tiempo real, aspecto de utilidad en aquellas pruebas de varios días de duración, ya que permite la detección temprana de problemas.

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