Proceso automático de gelificación por presión frente al colado convencional

Introducción

Todos los componentes aislantes moldeados parecen idénticos desde el exterior. La verdadera diferencia -la que determina si su aparamenta de 35 kV funciona de forma fiable durante 25 años o falla un descarga parcial¹ prueba en el segundo año- es invisible. Vive dentro del material, a nivel microscópico, en forma de huecos.

El proceso de fabricación utilizado para fundir resina epoxídica² El aislamiento determina directamente el contenido en huecos, integridad dieléctrica³, y fiabilidad a largo plazo, y la Gelificación Automática por Presión (APG) supera a la fundición convencional en todos los parámetros medibles.

Para los ingenieros eléctricos que especifican el aislamiento moldeado y para los responsables de compras que evalúan las capacidades de los proveedores, comprender la diferencia de proceso entre la fundición APG y la convencional no es opcional: es la base de un control de calidad informado. Un componente que pase la inspección visual pero que se haya moldeado con un método de colada abierta no controlado puede tener huecos internos que se conviertan en fuentes de descarga parcial en el momento en que se energice el sistema.

Este artículo ofrece una comparación técnica rigurosa de ambos procesos de fabricación, con implicaciones directas para la selección de aislamientos de media tensión y la cualificación de proveedores.

Índice

• ¿Qué son los procesos de fundición APG y convencional para el aislamiento moldeado?
• ¿En qué se diferencian los dos procesos en cuanto a control de huecos y rendimiento dieléctrico?
• ¿Cómo evaluar la calidad del proceso de fabricación cuando se adquiere aislamiento moldeado?
• ¿Qué medidas de control de calidad garantizan un aislamiento sin huecos tras la producción?

¿Qué son los procesos de fundición APG y convencional para el aislamiento moldeado?

Para entender por qué es importante la selección del proceso, primero debemos definir exactamente qué ocurre dentro de cada método de fabricación durante la fase crítica de gelificación.

Gelificación automática por presión (APG)

El APG es un proceso de fundición asistida por presión en molde cerrado diseñado específicamente para el aislamiento con resina epoxi de alto rendimiento. La secuencia del proceso es:

1. Mezclando: La resina epoxi, el endurecedor anhídrido y las masillas ATH se dosifican con precisión y se mezclan al vacío para eliminar el aire disuelto.
2. Inyección: La mezcla desgasificada se inyecta bajo presión controlada (normalmente 3-6 bar) en un molde de acero precalentado (80-120°C)
3. Gelificación a presión: La presión se mantiene durante toda la fase de gelificación, compensando la contracción volumétrica a medida que la resina se entrecruza.
4. Desmoldeo: La parte totalmente gelificada se libera en 8-15 minutos y se postcura en un horno

Parámetros técnicos clave de la APG:

• Presión de inyección: 3-6 bar
• Temperatura del molde: 80-120°C
• Tiempo de ciclo por pieza: 8-15 minutos
• Contenido de vacío alcanzado: < 0,1%
• Tolerancia dimensional: ±0,1 mm

Colada por gravedad convencional

La fundición convencional se basa en la gravedad para llenar la cavidad del molde con resina mezclada, sin aplicar presión:

1. Mezclando: La resina y el endurecedor se mezclan, a menudo sin desgasificación al vacío.
2. Vertido: La mezcla se vierte manual o semiautomáticamente en un molde abierto o poco cerrado.
3. Ambient Cure: La pieza se cura a temperatura ambiente o en un horno a baja temperatura durante 4-8 horas
4. Desmoldeo: La pieza curada se retira y puede requerir un importante mecanizado posterior

Parámetros técnicos clave de la fundición convencional:

• Presión aplicada: Ninguna (sólo gravedad)
• Temperatura de curado: 20-80°C
• Tiempo de ciclo por pieza: 4-8 horas
• Contenido vacío: 0,5-3%
• Tolerancia dimensional: ±0,5 mm o superior

La diferencia estructural es fundamental: La APG compensa la contracción de la resina durante la gelificación mediante el suministro continuo de material a presión, mientras que la colada convencional permite que se formen huecos de contracción libremente allí donde la resina se solidifique primero.

¿En qué se diferencian los dos procesos en cuanto a control de huecos y rendimiento dieléctrico?

La diferencia de rendimiento entre el APG y la fundición convencional no es marginal: es la diferencia entre un componente que cumple IEC 60270⁴ requisitos de descarga parcial y uno que los incumpla a la tensión de funcionamiento.

La física de la formación de vacíos

Durante el curado del epoxi, la resina sufre contracción volumétrica⁵ de aproximadamente 2-5%. En un proceso de fundición convencional, esta contracción crea microvacíos, sobre todo en los últimos puntos en solidificarse, normalmente el centro geométrico y las secciones transversales gruesas del componente. Estos huecos tienen un diámetro que oscila entre 10 micras y varios milímetros.

En un campo eléctrico de alta tensión, los huecos se comportan como discontinuidades capacitivas. Cuando la intensidad del campo eléctrico en el interior de un hueco supera la tensión de ruptura del hueco (normalmente 3 kV/mm para el aire), se produce una descarga parcial. Cada evento de descarga parcial erosiona la matriz epoxídica circundante, agrandando progresivamente el vacío hasta que se produce la ruptura dieléctrica completa.

La APG elimina este mecanismo manteniendo la presión externa durante toda la gelificación, forzando la entrada de resina fresca en cualquier zona de contracción antes de que pueda nuclearse un vacío.

Comparación técnica cara a cara

Parámetro	Proceso APG	Colada convencional
Contenido vacío	< 0,1%	0,5-3,0%
Nivel de descarga parcial	< 5 pC	20-200 pC
Rigidez dieléctrica	≥ 18 kV/mm	12-15 kV/mm
Tolerancia dimensional	±0,1 mm	±0,5 mm
Acabado superficial	Suave, definido por el moho	En bruto, requiere mecanizado
Duración del ciclo	8-15 min	4-8 horas
Clase térmica alcanzable	F (155°C) / H (180°C)	E (120°C) / B (130°C)
Uniformidad de la distribución del relleno	Muy uniforme	Variable (riesgo de liquidación)
Repetibilidad (Cpk)	> 1.67	< 1.0

Caso de cliente: Un fallo de calidad atribuido al proceso de fundición

Un ingeniero de proyecto de un contratista EPC se puso en contacto con nosotros tras experimentar repetidos fallos de aislamiento en un proyecto de subestación industrial de 24 kV en Oriente Medio. Tres componentes de aislamiento moldeados -comprados a un proveedor que ofrecía precios unitarios significativamente más bajos- no superaron las pruebas de DP de entrada a 1,2 × Um/√3. Al seccionar las piezas defectuosas se observaron huecos visibles de hasta 1,5 mm en la sección transversal del núcleo, un claro signo de fundición por gravedad convencional sin desgasificación al vacío.

Tras cambiar al aislamiento moldeado fabricado por APG de Bepto con informes completos de pruebas de DP IEC 60270 por lote, el mismo ingeniero confirmó cero fallos de DP en 60 componentes a lo largo de dos fases de proyecto posteriores. El coste de los fallos iniciales -incluidos los retrasos del proyecto, la repetición de las pruebas y el nuevo aprovisionamiento- superó con creces la diferencia de precio entre los dos proveedores.

¿Cómo evaluar la calidad del proceso de fabricación cuando se adquiere aislamiento moldeado?

Saber que la APG es superior sólo es útil si puede verificar que su proveedor la utiliza realmente. En la práctica, muchos proveedores afirman tener capacidad APG sin disponer de los controles de proceso necesarios para ofrecer resultados consistentes sin vacíos. He aquí un marco de evaluación estructurado.

Paso 1: Verificar el equipo de proceso

• Confirme la presencia de la máquina APG: Solicitar fotos de fábrica o pruebas de auditoría de equipos de inyección en molde cerrado con sistemas de control de la presión.
• Comprobar la capacidad de mezcla en vacío: La desgasificación al vacío de la resina antes de la inyección no es negociable para un contenido en huecos < 0,1%.
• Control de la temperatura del molde: Se requiere un calentamiento preciso del molde (±2°C) para una cinética de gelificación consistente

Paso 2: Revisar la documentación del proceso

• Plan de control de procesos (PCP): Documenta la presión de inyección, la temperatura del molde, el tiempo de ciclo y las proporciones de material para cada producto.
• Registros de Control Estadístico de Procesos (CEP): Cpk > 1,67 en las dimensiones críticas indica un proceso de fabricación controlado
• Trazabilidad de los materiales: Los números de lote de la resina deben poder rastrearse hasta los registros de inspección de entrada.

Paso 3: Certificación de prueba de la demanda por lote

• IEC 60270 Prueba de descarga parcial: PD < 5 pC a 1,2 × Um/√3 - debe ser por lote, no sólo por tipo de diseño.
• IEC 60243 Rigidez dieléctrica: ≥ 18 kV/mm en muestras de producción
• Prueba CTI IEC 60112: ≥ 600 V para superficies expuestas a la contaminación
• Informe de inspección dimensional: 100% Comprobación de dimensiones críticas con calibres Go/No-Go

Criterios de evaluación específicos de la solicitud

• Celdas industriales de MT (12-24 kV): PD mínima < 10 pC, CTI ≥ 400V, compatibilidad con carcasa IP54
• Red eléctrica / Subestación de 35 kV: PD < 5 pC, BIL ≥ 185kV, registros de pruebas de tipo IEC 62271 completos.
• Energía renovable MV Collection: Resina estable a los rayos UV, ensayo de ciclos térmicos según IEC 60068-2-14
• Marina / Offshore: Prueba de niebla salina según IEC 60068-2-52, tratamiento de superficie hidrófoba verificado
• Ambientes tropicales / de alta humedad: Absorción de agua < 0,1%, prueba de resistencia a la condensación

¿Qué medidas de control de calidad garantizan un aislamiento sin huecos tras la producción?

Incluso con el equipo de proceso APG instalado, la producción sin huecos requiere un control de calidad disciplinado durante el proceso y a la salida. Estos son los puntos de control no negociables que separan a los proveedores fiables de los que simplemente afirman tener capacidad APG.

Lista de control de calidad de la producción

1. Inspección del material entrante - Verifique la viscosidad de la resina, la reactividad del endurecedor y el contenido de humedad del relleno antes de cada producción; los materiales fuera de especificación son la causa principal de la formación inesperada de huecos.
2. Verificación de la desgasificación al vacío - Confirme el nivel de vacío (< 1 mbar) y el tiempo de mantenimiento antes de la inyección; registre los datos para la trazabilidad.
3. Control de la presión de inyección - Registro de la presión en tiempo real durante cada disparo; las desviaciones > ±0,3 bar activan la retención del proceso
4. Verificación de la temperatura del molde - Datos de termopar registrados por ciclo; uniformidad de temperatura en toda la superficie del molde ±2°C
5. Inspección del primer artículo (FAI) - Prueba completa dimensional y PD en la primera pieza de cada lote de producción
6. Prueba PD saliente - 100% Pruebas de DP a 1,2 × Um/√3 antes de la liberación del envío.

Fallos comunes del control de calidad que hay que evitar

• Omisión de la desgasificación al vacío reducir el tiempo de ciclo, que es la causa más común del elevado contenido de huecos en las piezas nominalmente “APG
• Reutilización de lotes de resina envejecida más allá de la vida útil - aumenta la viscosidad, reduce la integridad del llenado del molde, crea huecos de contracción
• Mantenimiento inadecuado del moho - las superficies desgastadas del molde provocan rebabas, desviaciones dimensionales y defectos superficiales que enmascaran los huecos internos
• Aceptación de los certificados de ensayo de tipo como prueba de lote - un ensayo de tipo realizado hace años en un prototipo no certifica la calidad de la producción actual

Protocolo de inspección entrante para compradores

Prueba	Método	Criterio de aceptación
Descarga parcial	IEC 60270	< 5 pC a 1,2 × Um/√3
Rigidez dieléctrica	IEC 60243	≥ 18 kV/mm
Resistencia del aislamiento	IEC 60167	> 1000 MΩ a 2,5kV CC
Inspección visual	IEC 60068-2-75	Sin grietas, huecos ni marcas en la superficie
Control dimensional	Tolerancia de dibujo	±0,1 mm en ajustes críticos

Conclusión

La elección entre APG y la fundición convencional no es una preferencia de adquisición, es una decisión que determina directamente la integridad dieléctrica, la vida útil y el margen de seguridad de cada componente de aislamiento de media tensión de su sistema. El proceso de fabricación presurizado y sin huecos de APG ofrece un rendimiento de descarga parcial, una consistencia dimensional y una capacidad de clase térmica superiores que la fundición convencional no puede igualar.

A la hora de especificar el aislamiento moldeado para cualquier aplicación de MT, el proceso que hay detrás de la pieza es tan importante como la propia pieza: verifique siempre la capacidad APG, exija certificados PD a nivel de lote y considere la documentación de control de calidad como un elemento obligatorio, no como un extra opcional.

Preguntas frecuentes sobre el proceso APG frente a la fundición convencional

1. Comprender el fenómeno de la descarga parcial y su impacto en la longevidad del aislamiento eléctrico. ↩

2. Explore las propiedades químicas y mecánicas de las resinas epoxi utilizadas en aplicaciones de alta tensión. ↩

3. Conozca los factores que determinan la rigidez dieléctrica y la integridad de los componentes moldeados. ↩

4. Acceda a la norma internacional sobre técnicas de ensayo de alta tensión y mediciones de descargas parciales. ↩

5. Detalles técnicos sobre cómo afecta la contracción de la resina a la fabricación de componentes sin huecos. ↩