Disipación Térmica en Carcasas Mecatrónicas Fabricadas con Materiales de Bajo Costo Bajo Distintas Condiciones de Convección Natural

Resumen

  El incremento sostenido de la densidad de potencia en sistemas mecatrónicos ha vuelto crítica la gestión térmica. Cuando el calor generado por microcontroladores, drivers, fuentes conmutadas o módulos de potencia no se evacúa adecuadamente, la temperatura interna aumenta, se acelera el envejecimiento de los componentes, se degradan soldaduras y encapsulados y crece la probabilidad de fallas prematuras, comprometiendo la confiabilidad operativa. En este trabajo se desarrolla un modelo teórico de transferencia de calor conjugada para analizar carcasas de bajo costo. El enfoque integra, de manera acoplada, la conducción a través de las paredes de la carcasa y la convección natural del aire contenido en su interior, representando el intercambio térmico entre sólido y fluido. Con base en este marco se implementan simulaciones numéricas en SolidWorks Flow Simulation, definiendo condiciones de operación representativas, materiales candidatos para la carcasa y fuentes de calor equivalentes asociadas a los componentes. Los resultados permiten obtener mapas de temperatura y gradientes térmicos, identificar rutas de flujo por flotabilidad, zonas de recirculación y regiones de estancamiento, así como localizar puntos calientes críticos. Además, se evalúa el impacto del material y del espesor de la carcasa sobre la resistencia térmica global y la eficiencia de disipación. Finalmente, se derivan lineamientos de diseño: seleccionar materiales con mayor conductividad térmica, mejorar la distribución interna para facilitar la circulación del aire y aplicar soluciones simples y económicas que reduzcan la temperatura máxima sin incrementar de forma significativa el costo. Estos criterios sirven como guía inicial para diseñar prototipos y comparar alternativas.