Calentadores de poliimida (Kapton): elementos calefactores de lámina grabada

Qué es realmente un calentador de poliimida

La parte activa es una pista resistiva de lámina grabada laminada entre hojas de película de poliimida, el material que muchos conocen por el nombre comercial de DuPont, Kapton; la pieza terminada se llama a menudo calentador de película de poliimida. Esa construcción es flexible, pero no elástica. El calentador trabaja sin problema enrollado en un cilindro o apoyado sobre una superficie plana o de curvatura simple, pero nunca debe forzarse sobre una forma compuesta o esférica, ni sobre algo que se dilate y contraiga bajo él, porque el circuito de lámina acaba agrietándose donde se estira. La inmersión continua exige la misma precaución: el agua termina entrando por los bordes laminados con el tiempo, así que cualquier uso sumergido conviene tratarlo como fabricación a medida y no como aplicación estándar.

¿Poliimida o silicona?

Los calentadores flexibles de superficie se hacen en dos materiales que, en realidad, no compiten entre sí. La poliimida (Kapton) es fina, rápida, ligera y sin silicona, pero el circuito de lámina es frágil y no admite curvaturas compuestas. El caucho de silicona es más grueso y reacciona más despacio, pero soporta el trato que implica un taller o el envolvido de un bidón. La tabla los compara en los puntos que deciden un trabajo, no en los que llenan un folleto.

Las cifras de silicona son típicas de esta clase de material; consulte la página de calentadores de silicona para las especificaciones exactas.

Si el calentador tiene que desaparecer dentro de un conjunto, reaccionar rápido, trabajar en vacío o mantenerse lejos de un proceso sensible a la silicona, como la preparación de pintura o la óptica, la poliimida es la opción correcta. Para bidones, contenedores IBC, botellas de gas o cualquier cosa que reciba un trato duro, un calentador de silicona es la mejor herramienta, y muchos montajes usan uno de cada: poliimida en la pieza sensible, silicona en el recipiente de gran volumen.

Cuánto calor admite

La densidad de potencia, o carga superficial, es la cifra que decide cuánto dura un calentador de poliimida. La gama estándar de aquí llega hasta 0,6 W/cm², y 0,8 W/cm² al aire libre es el techo recomendado para cualquier calentador flexible, sea de poliimida o de silicona. Se puede subir más, pero solo cuando el calor tiene por dónde escapar. Pegado a una placa metálica y gobernado por un regulador rápido, un calentador a medida puede alcanzar 2 a 3 W/cm². El detalle que suele pillar a la gente es que el termostato lee la temperatura de la propia lámina, no la de aquello que se calienta, de modo que un calentador mal pegado le muestra al regulador una lectura baja mientras el elemento se cuece por dentro. Una carga superficial alta sin un camino para el calor es la forma habitual en que fallan estas piezas.

Montaje y temperatura

La película en sí trabaja de −40 a +200 °C, pero la forma de sujetar el calentador marca el límite real. El respaldo autoadhesivo, un adhesivo sensible a la presión de baja desgasificación, aguanta hasta unos 180 °C y cubre la mayoría de los montajes. La versión lisa, sin adhesivo, se usa hasta 200 °C, sujeta contra la superficie por una brida; para ese caso, y para cualquier fabricación a medida de mayor temperatura, el calentador se sujeta entre placas metálicas con un fino separador de silicona, de medio milímetro aproximadamente, que reparte la presión de apriete y evita que se aplaste el circuito grabado. El recubrimiento de cobre o aluminio, y la construcción de poliimida íntegra sin adhesivo, elevan la temperatura de trabajo hacia los 260 °C, y ambas son terreno de fabricación a medida.

Vacío y baja desgasificación

La baja desgasificación es la propiedad que mete a un calentador de poliimida en los trabajos más limpios, así que conviene darla en cifras y no en adjetivos. Ensayada según ASTM E595, la construcción autoadhesiva arroja un material condensable volátil recogido del 0,02 por ciento, una pérdida de masa total del 1,54 por ciento y un agua recuperada del 0,64 por ciento. La cifra que determina si un calentador deja una película sobre las superficies de alrededor es la del material condensable, y un 0,02 por ciento queda muy por debajo del límite del 0,10 por ciento con que se juzga eso, lo que convierte a la pieza estándar en una opción sólida para cámaras de vacío, equipos de semiconductores y otros procesos limpios. La pérdida de masa total es el criterio más estricto: con un 1,54 por ciento queda por encima de la línea del 1,0 por ciento que exige el trabajo espacial cualificado para vuelo, así que para aplicaciones de satélite y de espacio especificamos una construcción a medida de baja TML en lugar de la pieza estándar.

Qué hace falta para hacerlo funcionar

Son calentadores de componente a 12 V CC, no aparatos que se enchufan a la pared. Para ponerlo a trabajar hace falta una fuente de CC dimensionada a la carga y un termostato o regulador con sensor. La fuente importa más de lo que parece: la pieza de 45 W consume 3,75 A, y esa corriente fija tanto la potencia de la fuente como la sección del cableado. El control importa porque un calentador resistivo desnudo no se regula solo y se pasará de largo si se le deja a su aire. La contrapartida vale la pena, porque 12 V es muy baja tensión de seguridad (MBTS), lo que significa que el calentador no entraña riesgo de descarga ni necesita homologación eléctrica en el elemento, y por eso mismo los calentadores de poliimida se usan con confianza en entornos húmedos, de laboratorio y médicos. Si necesita una versión a tensión de red, a 115 o 230 V, eso es fabricación a medida.

Cuando la gama estándar no basta

El programa de catálogo cubre 12 V hasta 0,6 W/cm². A partir de ahí, dimensionamos la pieza a su medida. Eso abarca cargas superficiales mayores, de 2 a 3 W/cm², con el camino del calor diseñado dentro; temperaturas más altas, hacia los 260 °C, mediante construcción recubierta o de poliimida íntegra; tensión de red; formas con agujeros, recortes y ranuras; y sensores o termostatos integrados en el propio calentador. Si algo de esto describe su caso, cuéntenos qué necesita y se lo presupuestamos.

Dónde se utilizan

El trabajo habitual incluye el calentamiento de baterías de vehículos eléctricos y de equipos, la manipulación de semiconductores y obleas, dispositivos médicos y de diagnóstico, conjuntos de óptica y pantallas, instrumentos de laboratorio, armarios de telecomunicaciones, tareas de anticondensación y desescarche, y sistemas aeroespaciales, de satélite y de vacío. El hilo común a todos ellos es un componente sensible, un espacio reducido o un proceso que no tolera contaminación, los casos en que un calentador de lámina fino, rápido y limpio supera a uno más pesado. Para superficies calefactadas mayores o más expuestas, como bidones, contenedores IBC y botellas de gas, nuestros calentadores de silicona son el mejor punto de partida.