Enovasense

01 — Introducción

Recubrimientos aislantes: unas pocas micras que deciden el rendimiento de motores y transformadores

El acero eléctrico constituye el núcleo magnético de todo transformador, motor eléctrico y generador. Para limitar las pérdidas por corrientes de Foucault, el núcleo se construye con chapas finas — normalmente de 0,20 a 0,65 mm de espesor — apiladas o bobinadas unas sobre otras. Cada chapa debe estar aislada eléctricamente de sus vecinas. Esa es la función del recubrimiento aislante, una capa fina aplicada en ambas caras de la banda al final del proceso siderúrgico.

Se fabrican dos familias de acero eléctrico, cada una con su propia arquitectura de recubrimiento:

Grano orientado (GO) Grano no orientado (NO / NGO) Barnices autoadhesivos

El acero de grano orientado, utilizado en transformadores, lleva una película de forsterita formada durante el recocido a alta temperatura a partir de un separador de MgO, cubierta por un recubrimiento de tensión a base de fosfato. El acero de grano no orientado, utilizado en motores y generadores — incluidos los motores de tracción de vehículos eléctricos —, recibe un único barniz aislante. Según la aplicación, estos recubrimientos son inorgánicos, orgánicos o híbridos (por ejemplo, las clases C3, C5 y C6 según ASTM A976), y cada vez con más frecuencia sin cromo. Una parte creciente de la banda NO recibe también barnices autoadhesivos que sustituyen a la soldadura o al engatillado en el paquete de chapas.

En todos los casos, el recubrimiento se aplica en estado líquido mediante recubridoras de rodillos y después se seca y se cura en un horno continuo antes del bobinado.

Clases de recubrimiento y productos típicos

Los recubrimientos aislantes se clasifican según ASTM A976 (clases C-0 a C-6), con designaciones EC equivalentes en IEC 60404-1-1. A continuación se indican las clases más aplicadas en las líneas de recubrimiento, con ejemplos de productos comerciales medidos o previstos para los sensores Enovasense.

Ejemplos de recubrimientos comerciales en este campo (lista no exhaustiva):

• Rembrandtin / Kansai Helios — REMISOL®, recubrimientos para acero eléctrico, p. ej., REMISOL EB 5308, EB 5320 (sin cromo, acero de grano orientado), EB 5340, EB 5350S y EB 5002M.
• Axalta — Voltatex®, recubrimientos para acero eléctrico y barnices autoadhesivos, p. ej., Voltatex 1175W, 1230 y 1250V.
• ELANTAS (ALTANA), barnices aislantes para chapa magnética.
• Kluthe, recubrimientos aislantes para acero eléctrico.
• Recubrimientos de tensión a base de fosfato para acero de grano orientado, como los de tipo CARLITE®, y formulaciones propias de los fabricantes de acero.

Todas las marcas pertenecen a sus respectivos propietarios. Su mención identifica el tipo de recubrimiento de que se trata y no implica ningún respaldo ni colaboración.

02 — Requisitos de calidad

Por qué el espesor del recubrimiento debe controlarse en ambas caras y en toda la banda

El recubrimiento aislante se sitúa en una ventana de proceso estrecha. Los espesores secos típicos van desde unas décimas de micra hasta unos 10 µm por cara, y las especificaciones se expresan a menudo como gramaje en g/m². Las desviaciones por encima o por debajo de esa ventana tienen consecuencias directas en la máquina eléctrica final.

Demasiado fino: fallo del aislamiento

Un recubrimiento localmente demasiado fino deja de garantizar la resistencia interlaminar. El contacto eléctrico entre chapas crea caminos de cortocircuito en el núcleo, que aumentan las pérdidas por corrientes de Foucault y el calentamiento local. En los barnices autoadhesivos, una capa insuficiente también debilita la resistencia de unión del paquete.

Demasiado grueso: menor factor de apilamiento y problemas de procesado

Cada micra adicional de recubrimiento es material no magnético dentro del núcleo. Un recubrimiento excesivo reduce el factor de apilamiento — la proporción de acero en el volumen del núcleo — y, por tanto, el rendimiento del motor o del transformador. También puede degradar la aptitud al troquelado, la soldabilidad y la adherencia, y aumenta el consumo de recubrimiento.

Deriva de la recubridora de rodillos y reformulación sin cromo

El desgaste de los rodillos, los cambios de viscosidad, las variaciones de la separación entre rodillos o de la velocidad y los efectos de borde modifican el espesor aplicado a lo ancho y a lo largo de la bobina. Al mismo tiempo, el paso generalizado del sector a formulaciones sin cromo obliga a los fabricantes a recualificar sus gramajes. Solo una medición densa en todo el ancho de la banda, en ambas caras, revela estas desviaciones antes de expedir la bobina.

03 — Retos de medición

Por qué los métodos convencionales dejan la línea de recubrimiento a ciegas

Los recubrimientos aislantes son finos, de baja densidad, a menudo transparentes, y se aplican sobre un sustrato ferromagnético que avanza a gran velocidad. La mayoría de los fabricantes de acero siguen recurriendo a métodos de laboratorio aplicados a muestras cortadas en el extremo de la bobina.

Gravimetría por decapado y pesada: precisa, pero destructiva y lenta

El gramaje se determina pesando una muestra antes y después del decapado químico del recubrimiento. Es el método de referencia habitual, pero es destructivo, requiere tiempo y da un solo valor por muestra, normalmente en la cabeza o en la cola de la bobina. Una deriva que se produzca en mitad de la bobina pasa desapercibida.

Ensayos de resistencia de aislamiento: un control funcional, no un espesor

Los ensayos de resistencia de aislamiento superficial (como el ensayo Franklin) verifican que el recubrimiento aísla, pero no proporcionan su espesor. Se realizan fuera de línea y no indican al operario cómo ajustar la recubridora de rodillos.

Medidores por contacto y en línea: limitados por el propio recubrimiento

Las sondas portátiles de inducción magnética o de corrientes de Foucault dan un espesor, pero requieren contacto y siguen siendo controles puntuales sobre muestras cortadas. Los medidores en línea basados en la absorción de rayos X o en la fluorescencia tienen otros límites: la baja densidad y la composición variable de los recubrimientos en el primer caso, y la necesidad de un componente fluorescente o pigmentado en el segundo, lo que excluye muchos recubrimientos inorgánicos y transparentes.

Ventajas de una cartografía de espesor sin contacto

• Se mide cada bobina, no solo su muestra de cabeza o de cola.
• Se controlan ambas caras, de modo que una desviación en una recubridora se identifica de inmediato.
• Los recubrimientos orgánicos, inorgánicos e híbridos se miden con el mismo principio, ya sean transparentes o pigmentados.
• La corrección en lazo cerrado de la recubridora de rodillos se vuelve posible, lo que reduce el consumo de recubrimiento y el material fuera de especificación.

04 — Comparación de tecnologías

Por qué la radiometría fototérmica láser se adapta a los recubrimientos aislantes

La radiometría fototérmica láser patentada por Enovasense mide el recubrimiento a través de sus propiedades térmicas. Un haz láser modulado genera una onda térmica en la superficie; un detector infrarrojo capta el calor que se difunde de vuelta; el espesor del recubrimiento se obtiene a partir de la fase de la respuesta térmica. Como los recubrimientos aislantes y el acero tienen propiedades térmicas muy diferentes, el contraste es elevado incluso en capas submicrométricas. El método es totalmente sin contacto, no destructivo y no depende del color ni de la transparencia del recubrimiento.

05 — Rendimiento metrológico

Caso práctico: recubrimientos aislantes de un fabricante siderúrgico integrado

Un fabricante siderúrgico integrado suministró muestras de banda recubierta procedentes de sus líneas de acero eléctrico, que cubrían las clases C3, C5 y C6 con varios gramajes. Las muestras se midieron sin contacto con un sensor Enovasense en una estación de control de laboratorio, con la siguiente configuración:

Los valores indicados a continuación corresponden a la configuración de medición utilizada en este estudio. El rendimiento real en una aplicación determinada depende del sistema óptico elegido, de la formulación del recubrimiento y de su rango de espesor.

Exactitud: correlación con un medidor de referencia por contacto

Los resultados de Enovasense se compararon con los valores de espesor obtenidos en las mismas muestras con un medidor por contacto de inducción magnética / corrientes de Foucault. Ambos métodos muestran una correlación lineal con R² = 0,96 en el rango de 2–8 µm cubierto por las mediciones de referencia, con una única recta de regresión para las tres clases de recubrimiento.

Repetibilidad

Se realizaron diez mediciones sucesivas exactamente en el mismo punto de una muestra C5. El espesor medio es de 5,41 µm con una desviación típica de 0,09 µm, es decir, una desviación típica relativa del 1,7 %, muy por debajo de la tolerancia habitual de una especificación de gramaje.

Tolerancia a la distancia de trabajo

La planitud de la banda, su vibración y las variaciones de la línea de paso modifican la distancia entre el sensor y la superficie. La muestra se midió variando esta distancia en torno a su valor nominal: el sesgo de medición se mantiene despreciable dentro de una ventana de ±5 mm, que es la tolerancia de trabajo recomendada para esta configuración óptica.

06 — Integración industrial

De la cartografía en laboratorio al control en línea

Enovasense acompaña a los fabricantes de acero y a los transformadores de bobinas en cada etapa, desde la cualificación de una nueva formulación hasta el control continuo de una línea de producción.

Control de laboratorio a pie de línea

Las muestras de extremo de bobina se colocan en una estación de control Enovasense que cartografía automáticamente el espesor del recubrimiento en ambas caras. El resultado sustituye o complementa los ensayos gravimétricos en minutos en lugar de horas, y es la forma más rápida de cualificar formulaciones sin cromo o nuevos gramajes.

Medición en línea

En la línea, los cabezales de medición Enovasense se instalan después del horno de curado, en una o en ambas caras de la banda, en posiciones fijas o sobre un bastidor de traslación transversal. Se sopla aire sobre la ventana de salida para proteger la óptica. La distancia de trabajo de varios centímetros mantiene el cabezal alejado de la banda, y la tolerancia de distancia de ±5 mm absorbe las variaciones de la línea de paso. Los resultados se envían en tiempo real por Ethernet (TCP/IP) a la automatización de la línea y a los sistemas L2 o MES, para la documentación de las bobinas y la corrección de la recubridora de rodillos.

Etapas de implantación