¿Comparación de la conductividad térmica de la extrusión de aluminio?
Algunas extrusiones de aluminio se calientan demasiado, lo que provoca fallos en los sistemas de iluminación, electrónicos o de refrigeración. Esto suele deberse a una mala selección de la aleación o la forma.
La conductividad térmica en las extrusiones de aluminio depende del tipo de aleación, la forma del perfil, los tratamientos superficiales y la calidad de la producción. Elegir la combinación adecuada mejora la disipación del calor.
Comparemos la conductividad de la aleación, el impacto del perfil, las prácticas de ensayo y los efectos del tratamiento superficial sobre el rendimiento térmico.
¿Qué aleaciones ofrecen la mayor conductividad térmica?
El aluminio es un buen conductor térmico por naturaleza, pero no todas las aleaciones se comportan igual. Los elementos de aleación modifican significativamente la conductividad.
Las aleaciones de las series 1000 y 6000, especialmente las 1050, 6063 y 3003, ofrecen una conductividad térmica superior a la de las aleaciones de alta resistencia de las series 7000 o 2000.
Conductividad térmica de las aleaciones comunes para extrusión
| Aleación | Conductividad típica (W/m·K) | Descripción |
|---|---|---|
| 1050 | ~237 | Aluminio casi puro |
| 6063-T5/T6 | ~200–218 | Excelente equilibrio para disipadores térmicos |
| 3003 | ~190–210 | Se utiliza a menudo en aplicaciones de climatización. |
| 6061-T6 | ~150–170 | Conductividad fuerte, moderada |
| 7075-T6 | ~130–150 | Alta resistencia, baja conductividad |
Las aleaciones con menos elementos aleantes (como silicio, magnesio o cobre) dispersan menos electrones, lo que se traduce en una mejor conducción térmica. Por eso se prefiere el 6063 para carcasas de LED o dispositivos electrónicos.
El aluminio 6063 tiene una conductividad térmica mayor que el aluminio 6061.Verdadero
El 6063 contiene menos elementos de aleación, lo que permite un mayor movimiento libre de los electrones y una mayor conductividad.
Las aleaciones de la serie 7000 son siempre la mejor opción para la conducción térmica en extrusiones.Falso
Las aleaciones de la serie 7000 priorizan la resistencia y suelen ofrecer una conductividad menor que las series 6000 o 1000.
¿Cómo influyen las formas de los perfiles en el flujo de calor?
La conducción del calor no solo depende del material: la forma de una extrusión controla la velocidad y la uniformidad con la que se transmite el calor.
Los perfiles con gran superficie, aletas delgadas o canales internos permiten una mejor disipación del calor al aumentar el flujo de aire y el área de contacto.
Cómo afecta la forma al rendimiento térmico
- Aletas delgadas Aumentar la superficie y permitir la circulación del aire.
- Cámaras huecas ayudar con el flujo de fluidos y la distribución uniforme del calor.
- Bases anchas y planas distribuir el calor entre los dispositivos.
- Espesor uniforme de las paredes evita los puntos calientes o el flujo desigual.
Por ejemplo, una barra cuadrada sólida de 6061 conduce peor que un disipador térmico con aletas de 6063 bajo aire forzado, a pesar de tener una masa similar. ¿Por qué? Porque las aletas aceleran la convección.
Consejo de diseño:
Utilice diseños simétricos con vías de flujo de aire y suficiente espacio entre las aletas. Si utiliza refrigeración por fluido, los canales internos pueden duplicar el rendimiento.
El diseño del perfil afecta a la disipación del calor, incluso si el material es el mismo.Verdadero
Los diseños con aletas o huecos aumentan la capacidad de transferir calor al aire o a los fluidos, mejorando el rendimiento incluso sin cambiar la aleación.
¿Las pruebas están estandarizadas entre los proveedores de extrusión?
No todos los proveedores de extrusión realizan pruebas de conductividad térmica, especialmente cuando las piezas se utilizan para fines estructurales generales.
Las pruebas de conductividad térmica no están totalmente estandarizadas entre los proveedores. Muchos se basan en datos publicados sobre aleaciones o en solicitudes de pruebas específicas de los clientes.
La mayoría de los productores utilizan hojas de datos de aleaciones y garantizan la composición química adecuada mediante certificaciones, pero:
- Pocas pruebas de conductividad térmica por lote
- Algunos prueban la resistencia térmica en productos terminados.
- Los clientes que requieran piezas térmicas deben especificar las condiciones de prueba.
No existen normas ASTM o ISO de aplicación mundial para las pruebas térmicas de perfiles extruidos, aunque métodos como ASTM E1952 o ISO 22007 se utilizan en I+D o en aplicaciones de alto rendimiento.
¿Cuándo es necesario realizar pruebas?
- Disipadores de calor LED
- Perfiles estructurales refrigerados por líquido
- Carcasas para baterías de automóviles
- Aletas de bobina de climatización
Si su extrusión debe transferir calor de manera fiable, solicite una prueba de muestra o una simulación bajo carga.
La conductividad térmica se comprueba de forma rutinaria en todas las extrusiones de aluminio.Falso
A menos que el cliente lo especifique, la mayoría de los proveedores se basan en valores conocidos de aleaciones sin realizar pruebas en cada lote.
Los clientes con requisitos térmicos deben solicitar informes de pruebas o simulaciones específicos al proveedor.Verdadero
No todas las extrusiones se someten a pruebas de conductividad, por lo que las aplicaciones térmicamente críticas requieren una validación adicional.
¿Pueden los tratamientos superficiales reducir los niveles de conductividad?
Una buena aleación y una forma excelente pueden seguir teniendo un rendimiento inferior al esperado si la superficie retiene el calor.
Sí, los recubrimientos como el anodizado, la pintura o el recubrimiento en polvo reducen la conductividad térmica en la superficie. Cuanto más grueso es el recubrimiento, mayor es la resistencia al calor.
El aluminio anodizado tiene una capa dura de alúmina (Al₂O₃) con una conductividad tan baja como 25-30 W/m·K. Compárese eso con el aluminio. ~200+ W/m·K. Si bien el anodizado protege contra la corrosión y el desgaste, también aísla térmicamente.
Impacto del tratamiento superficial en el flujo de calor
| Tratamiento de superficies | Efecto térmico |
|---|---|
| Ninguno (aluminio desnudo) | Mejor conducción |
| Anodizado fino | Ligera reducción |
| Anodizado grueso | Reducción moderada |
| Recubrimiento en polvo | Reducción importante |
| Superficies pintadas | Impacto moderado a alto |
Para las piezas no críticas, el anodizado es adecuado. Sin embargo, para los dispositivos que generan mucho calor (como las placas de refrigeración LED), las superficies sin tratar o con un acabado ligero ofrecen un mejor rendimiento.
Los diseñadores suelen buscar un equilibrio: anodizar solo las áreas que no están en contacto térmico o utilizar recubrimientos superficiales conductores, como el óxido negro, con una mejor emisividad.
El anodizado del aluminio aumenta la resistencia a la corrosión, pero reduce la conductividad térmica de la superficie.Verdadero
La capa anodizada es una cerámica con menor conductividad que el aluminio sin recubrimiento, que actúa como aislante.
El recubrimiento en polvo mejora la conductividad térmica de las extrusiones de aluminio.Falso
El recubrimiento en polvo añade una capa gruesa de polímero que resiste el flujo de calor, reduciendo la conductividad efectiva de la superficie.
Conclusión
Al diseñar extrusiones de aluminio con funciones térmicas, elija una aleación de alta conductividad como la 6063 o la 3003, déle forma para facilitar el flujo de aire, evite los recubrimientos gruesos y solicite pruebas cuando la transferencia de calor sea importante. Incluso el mejor metal falla si los tratamientos superficiales o la geometría obstaculizan el movimiento del calor. Con el diseño y la aleación adecuados, las extrusiones pueden disipar el calor de manera eficiente y fiable en dispositivos electrónicos, iluminación, vehículos eléctricos y mucho más.
