¿Para qué se utilizan los ciclos térmicos en la industria automotriz?

En el sector de la automoción, la durabilidad y la fiabilidad de los componentes son una prioridad absoluta. 

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Entre las pruebas ambientales para validar estas características, los ciclos térmicos desempeñan un papel fundamental en la industria automotriz. Estas pruebas no solo simulan las condiciones reales a las que se somete un vehículo, sino que también permiten identificar posibles problemas de diseño antes de su lanzamiento al mercado.

En el artículo de hoy, analizaremos en detalle los ciclos térmicos, cómo se llevan a cabo en la industria automotriz y las herramientas y regulaciones que los rigen.

¿Qué son los ciclos térmicos?

El ciclado térmico es una prueba de laboratorio en la que un componente o sistema se expone a cambios cíclicos de temperatura, de acuerdo con parámetros definidos. 

A diferencia de las pruebas de exposición estática, el ciclado térmico es una prueba dinámica, es decir, una prueba en la que la temperatura cambia gradualmente o rápidamente de manera controlada, en una secuencia repetida en el tiempo.

Estas variaciones no tienen por qué alcanzar extremos térmicos: también pueden afectar a rangos medios, siempre que exista una ciclicidad, es decir, una alternancia regular entre dos o más niveles de temperatura. 

El objetivo es observar cómo reaccionan los materiales, las uniones y las estructuras a estas tensiones térmicas repetidas, en términos de deformaciones, microfisuras, variaciones eléctricas o degradación funcional.

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Cómo funcionan los ciclos térmicos en la automoción

En el sector de la automoción, los ciclos térmicos se realizan dentro de cámaras climáticas.

Las cámaras climáticas son instrumentos de laboratorio que consisten en un compartimento herméticamente aislado dentro del cual es posible establecer y monitorear parámetros ambientales básicos, como la temperatura yla humedad relativa. 

se pueden pruebas dinámicas como ciclos térmicos 

Los ciclos térmicos en aplicaciones automotrices pueden involucrar componentes electrónicos individuales, unidades de control electrónico (ECU), módulos de batería o sistemas integrados completos.

Las cámaras climáticas funcionan regulando la temperatura mediante un aumento gradual controlado (normalmente entre 2 y 10 °C/min), seguido de periodos de mantenimiento (tiempo de permanencia) de 30 a 60 minutos. Los rangos más comunes van desde -40 °C hasta +125 °C, con ciclos que pueden repetirse hasta 1000 veces.

Para probar sistemas complejos como habitáculos de pasajeros o vehículos completos, existen cámaras climáticas transitables, llamadas así porque son accesibles incluso para el personal de laboratorio.

Normas internacionales para ciclos térmicos en la industria automotriz

La fiabilidad de los ciclos térmicos en la industria automotriz está garantizada por normas internacionales que establecen metodologías y criterios de aceptación. Entre las más relevantes:

• ISO 16750-4 : Especifica las condiciones ambientales para componentes eléctricos y electrónicos en la industria automotriz. Incluye pruebas de temperatura, humedad, vibración y choque térmico.
• SAE J1211 – Directrices para las pruebas de estrés ambiental de componentes electrónicos, con especial atención a los cambios de resistencia y las deformaciones estructurales debidas al estrés térmico.
• LV124 : Norma desarrollada por fabricantes de equipos originales alemanes para sistemas eléctricos/electrónicos en vehículos. Incluye más de 800 ciclos térmicos para pruebas especialmente rigurosas y de larga duración.

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Durante más de 70 años, FDM – Environment Makers ha trabajado en el campo de la simulación ambiental.

Nuestras cámaras climáticas son capaces de realizar todos los ciclos térmicos del sector automotriz de acuerdo con las normas internacionales mencionadas anteriormente.

Gracias al innovador programador revoFACE, las pruebas dinámicas pueden ser automatizadas por completo por el operador.

Además, nuestros técnicos están siempre disponibles para interactuar con el cliente para diseñar la cámara climática ideal que satisfaga sus necesidades específicas.

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Fuentes autorizadas y enlaces externos

Para obtener más información sobre las normas automotrices relativas a los ciclos térmicos y la calificación ambiental de los componentes:

• SAE J1211 — Manual para la validación de la robustez de módulos eléctricos/electrónicos para automóviles.
• AEC-Q100 / Q101 / Q200 — Consejo de Electrónica Automotriz: Calificación de circuitos integrados, circuitos discretos y componentes pasivos para la industria automotriz.
• UNECE WP.29 — Foro Mundial para la Armonización de las Reglamentaciones sobre Vehículos.
• Normas VDA — Verband der Automobilindustrie: Normas alemanas LV 124, LV 148 para componentes eléctricos de automoción.

Preguntas frecuentes sobre los ciclos térmicos en la industria automotriz

¿Cuál es el rango de temperatura estándar para los componentes de automóviles?

Depende de la zona del vehículo. Zona del capó: de -40 °C a +125 °C (AEC-Q100 Grado 1) o +150 °C (Grado 0). Habitáculo: de -40 °C a +85 °C (Grado 2). Bajos/ruedas: de -40 °C a +105 °C. En el caso de los vehículos eléctricos (VE), la batería suele funcionar en el rango de -20 °C a +60 °C, pero está homologada para funcionar entre -40 °C y +85 °C.

¿Cuántos ciclos térmicos se requieren para la calificación AEC-Q100?

La norma AEC-Q100 prescribe 1000 ciclos térmicos ciclos de choque térmico . Para componentes críticos para la seguridad, este número puede aumentarse a más de 2000 ciclos. Las pruebas AEC-Q104 (módulos multichip) añaden 700 ciclos más rigurosos. El proceso completo de cualificación para la industria automotriz puede durar entre 6 y 12 meses en el laboratorio.

¿Cuál es la diferencia entre ISO 16750 y LV 124?

La norma ISO 16750 es la norma internacional ISO para ensayos ambientales de componentes eléctricos y electrónicos de automóviles, dividida en cinco partes (eléctrica, mecánica, climática, química y corrosión). La norma VDA alemana LV 124 es la adoptada por los fabricantes alemanes (VW, BMW, Audi y Mercedes) para vehículos de hasta 3,5 t. La versión LV 148 es para vehículos comerciales. El contenido es similar, pero la LV 124 incluye ensayos más rigurosos y una cobertura más amplia de modos de fallo. Los proveedores OEM alemanes exigen la LV 124 como norma estándar.

¿Cómo están cambiando los requisitos para los vehículos eléctricos (VE)?

Los vehículos eléctricos cuentan con componentes adicionales sujetos a cualificación ambiental específica: paquete de baterías (UNECE R100, IEC 62660), inversor y motor eléctrico (ISO 16750 + LV 148 para alta tensión), BMS (Sistema de Gestión de Baterías)y cargador integradose añaden la propagación del desbordamiento térmico y la resistencia al aislamiento en condiciones climáticas extremas