Análisis de fallas eléctricas en equipos electrónicos por defectos estructurales y corrosión atmosférica
Resumen: El rendimiento productivo de equipos y maquinas industriales es debido a la generación de fallas eléctricas, que se originan por la exposición a ambientes agresivos...
Publicación enviada por Dr. Gustavo López Badilla; Dr. Arturo Gamitiea Dominguez
Resumen.
El rendimiento productivo de equipos y maquinas industriales es debido a la
generación de fallas eléctricas, que se originan por la exposición a ambientes
agresivos. Esto ocurre por dos factores principalmente, siendo el primero por
variaciones drásticas de humedad y temperatura y a la exposición de agentes de
contaminación, como lo son los el acido sulfúrico (H2S), sulfuros (SOX), óxidos
de nitrógeno (NOX) en climas áridos y los mismos contaminantes aunado a los
cloruros (Cl -) en zonas marinas, de interiores de plantas industriales. El
segundo aspecto es la manera en que están diseñadas las conexiones, conectores y
estructura de los dispositivos electrónicos escala macro, mico y nano,, que
permiten la acumulación de agua en zonas no deseas, generando zonas anódicas y
catódicas que inician el proceso de la corrosión. Los diversos tipos de
corrosión más comunes en los equipos electrónicos por fallas por corrosión
atmosférica y de diseño estructura son la galvánica, hendiduras y picaduras.
Esta investigación se lleva a cabo para conocer el comportamiento de la humedad
relativa y temperatura, niveles de concentración de contaminantes del aire y
porcentaje de fallas eléctricas de equipos electrónicos de dos empresas de la
ciudad de Ensenada, Baja California, ubicada en el noroeste de la Republica
Mexicana. En base al análisis de los factores climáticos y ambientales, se
evalúan otros aspectos como lo el diseño de estructuras de dispositivos
electrónicos, para mejorar su geometría estructural. Con estas medidas de
precaución se disminuirán o evitaran la presencia de corrosión en los
principales metales utilizados en equipos electrónicos instalados en interiores
de empresas, como lo son el cobre, estaño y plata.
Introducción
1. Diseño estructural de ingeniería en equipos electrónicos.
Uno de los factores
de gran interés en el control de la corrosión en metales expuestos a interiores
de edificaciones es el desarrollo de un diseño que evite la acumulación de
humedad en esquinas y uniones principalmente. Este aspecto de importancia en
conjunto con la selección de materiales, uso de recubrimientos e inhibidores y
la protección catódica, disminuyen o evitan en ciertos equipos electrónicos y
electromecánicos, la generación e incremento de los niveles de corrosión (Figura
1).
Los especialistas de corrosión y materiales de cualquier área de manufactura,
utilizan sistemas de planeación y programación para obtener el diseño mas optimo
que mejore las características de los equipos. Existen diversos programas
computacionales que describen las estructuras, conectores y conexiones, donde
existe la posibilidad de la generación y promoción de la corrosión. De los
llamados CAD (Computer Arded Design) en dos y tres dimensiones, que existen en
gran diversidad tanto en sistemas operativos de Windows y Unix, se mencionan
algunos programas de cómputo gráficos para diseño de estructuras como lo son el
Autocad, SolidWorks y Mastercam. Los niveles de memoria para el uso de estos
desarrolladores de imágenes y animaciones, son aproximadamente mayores a los 50
Megabits y en ocasiones es un poco difícil tener accesos a estos sistemas de
programación. Otro aspecto que se debe considerar es la necesidad de tener una
licencia de usuario en algunos de ellos, para evitar alguna situación ilegal. Un
programa de este tipo es el Geogebra 3.2, con una memoria menor a los 15
Megabits y libre difusión como principales teniendo ventajas con respecto a los
otros sistemas de diseño y con desventajas de bajo nivel de importancia. Una
situación que se puede considerar es que este programa es que puede ser obtenido
de una forma más sencilla que los otros sistemas de cómputo y sin la necesidad
de requerir de algún curso de capacitación por ser de manejo muy amigable. Este
análisis de investigación del uso del Geogebra 3.2 para diseño de nuevas
estructuras de equipos electrónicos y electromecánicos, se lleva a cabo para
desarrollar nuevas estructuras en las conexiones, conectores y uniones. Esta
evaluación se aplica principalmente a partes automotrices como lo es la bomba
del agua y estructuras de amortiguamiento, donde se presentan índices de
corrosión que pueden generar perdidas económicas de vidas humanas por el peligro
que ocasionan.
2. Monitoreo de sulfatos por medio de la técnica de platos de sulfatación.
La
concentración de sulfatos colectados en los platos de sulfatación usados en el
proceso experimental, se analizó para obtener los niveles de SO2 en interiores
de plantas industriales, y con ello poder conocer con mayor exactitud su
concentración y efecto en uniones y conexiones metálicas de equipos
electrónicos. Los sulfatos fueron precipitados con cloruro de bario y se analizó
su contenido utilizando un espectrofotómetro Lambda 25 UV-VIS. Se instalaron
cinco platos en la empresa Accuride Int., en diferentes áreas de almacén,
producción y zona de embarques y un testigo en calidad de blanco en las oficinas
administrativas, aislándolo del ambiente con plástico. Los datos obtenidos de
los platos colocados para monitorear el interior de las plantas industriales
durante periodos de 28, 29 y 30 días, se compararon con las concentraciones
medidas y registradas por las EMA ubicadas en la ciudad de Mexicali (Tabla 1. Es
importante señalar que en todos los casos donde se aplicó esta técnica, se
reciben emisiones de sulfuros provenientes del campo geotérmico de Cerro Prieto
y la EMA más cercana se encuentra a unos 10kms de distancia.
3. Prueba de la vela húmeda para detectar cloruros.
En la empresa TELEPLAN se instalaron cinco dispositivos en el interior de
diferentes áreas: dos en el almacén de materiales, dos en la zona de procesos de
manufactura y una en oficinas administrativas para ser utilizada como blanco de
referencia. La prueba experimental se realizó en cuatro meses diferentes del
2006, obteniendo la concentración de cloruros en los interiores de la planta del
ramo electrónico. La tabla 2 uestra los valores de concentración promedio
mensual obtenida en las cuatro compañías de monitoreo de ion cloruro utilizando
el método de la vela húmeda.
4. Factores climáticos vs. fallas eléctricas.
Los equipos industriales y
máquinas se componen de dispositivos electrónicos colocados en placas de
circuitos impresos, también llamado tableros electrónicos. La vida útil de los
componentes esta en función del material que están fabricados, los ambientes a
los que se exponen (exterior e interior de edificaciones), diseño estructural de
ingeniería, tipo de instalación y su aplicación (Veleva et al, 2008). Los
circuitos impresos electrónicos, están constituidos por una gran cantidad de
dispositivos electrónicos y se instalan de acuerdo a las funciones que se lleva
a cabo, con secciones separadas para evitar las conexiones eléctricas entre las
zonas indeseables en las tarjetas electrónicas.
Hay una variedad de componentes electrónicos, que se clasifican según su tipo de
la señal (analógica o digital), potencia (alta y baja), velocidad (alta y baja)
y los tipos de onda (senoidal, triangular, cuadrado o lineal) en los equipos
electrónicos (López et al, 2008). Se realiza un análisis de los factores
climáticos y fallas eléctricas de los equipos electrónicos instalados en el
interior de las plantas industriales como se muestra en la figura 2. Los índices
de correlación obtenidos, nos muestran al interacción del SOX (técnica de platos
de sulfatación) y Cl-, (método de la vela húmeda) la de contaminantes del aire
con fallas eléctricas de equipos electrónicos (Tabla 1), indicando que existe en
interiores de plantas industriales, estos contaminantes generan un ambiente
agresivo y en conjunto con la humedad y temperatura, originan las fallas
eléctricas. Este análisis se desarrollo por un periodo de tiempo de 1 mes en las
dos empresas, instalando los platos de sulfatación y las probetas de la vela
húmeda, con las cuales se obtuvieron los datos de contaminación, una vez
elaborados las pruebas de análisis de procesos químicos para el SOX y con el
ultravioleta para los Cl-. Una vez obtenidos los datos de contaminación
ambiental, se realizo la correlación con la información de las fallas eléctricas
proporcionadas por las empresas y con ello organizar en la tabla 1. Esto
conlleva a la toma de precauciones que eviten la generación de corrosión y con
ello las fallas eléctricas en los equipos y maquinas para obtener un mejor
rendimiento operativo.
5. Conclusiones.
El diseño de una estructura adecuada en conexiones y conectores
de dispositivos electrónicos, que conlleven a evitar la exposición a la
contaminación ambiental al mínimo, mejora el rendimiento de los equipos y
maquinas industriales. La corrosión se inicia en atmósferas de interiores
influenciadas por condiciones climáticas de exteriores. El tiempo de
humectación, que es el periodo en el cual una superficie permanece húmeda y se
inicia el proceso de corrosión, obtenido con la humedad relativa (HR) y
temperatura de la ciudad de Ensenada, muestra índices altos en algunos periodos
de invierno y verano, siendo un factor importante para saber el tipo de
corrosión que se presenta en los metales y los niveles en que se incrementa la
velocidad de corrosión. En este proceso se forman celdas electroquímicas
galvánicas de corrosión, como por ejemplo en la unión del platino y zinc (0.2
voltios), los cuales son capaces de originar una falla eléctrica. Para la
obtención de ciclos del tiempo de humectación de los parámetros climáticos en
esta ciudad, se consideraron valores de HR > 70% para cualquier época y se tomo
en cuenta los niveles de temperatura en verano de exterior que influye en el
ambiente de interiores, con la combinación con contaminantes del aire como
sulfuros y cloruros, para observar el proceso de corrosión en los metales
evaluados. El uso de sistemas de programaci0on matemáticos, como lo es le Geogebra 3.2, son de gran utilidad para el desarrollo de nuevas estructuras que
no permitan el acumulamiento de agua en algunas zonas indeseadas en conexiones y
conectores de dispositivos y equipos electrónicos de plantas industriales.
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Publicación enviada por Dr. Gustavo López Badilla; Dr. Arturo Gamitiea Dominguez
Contactar mailto:glopezbadilla@yahoo.com
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Publicado Monday 1 de March de 2010
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