Guía de tipos de armarios eléctricos y control térmico

Una de las decisiones más importantes que hay que tomar en cualquier proyecto que tenga que ver con electrónica sensible es la selección del tipo de caja. Es la primera línea de defensa de sus componentes, la armadura que los mantiene fuera de la vista del mundo exterior. Sea cual sea su finalidad, interior o exterior, una caja realmente eficaz es la que mejor se adapta a sus necesidades. plan de cerramiento implica algo más que encerrar una pared; significa desarrollar un microclima estable en el que su equipo no sólo sobreviva, sino que prospere.

La guía le llevará a recorrer los pilares clave de la selección de armarios: conocer las clasificaciones de protección, como NEMA, seleccionar el material más adecuado para su entorno y determinar el factor de forma física apropiado. Y lo que es más importante, podremos ver la lucha invisible que se libra después de cerrar una caja: el calor interno. Discutiremos por qué el control térmico no es un factor secundario, sino un componente importante e integrado del rendimiento y la fiabilidad a largo plazo de su sistema.

Comprender los grados de protección: Explicación de los tipos de cajas NEMA

En Norteamérica, el sistema de clasificación NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos) es la norma más utilizada para clasificar los armarios eléctricos. Estas clasificaciones establecen los tipos de entornos en los que se puede utilizar un armario eléctrico y determinan su resistencia a los sólidos, el agua, el aceite y los refrigerantes.

Clasificaciones NEMA comunes para interiores (Tipo 1, 12, 13)

En situaciones en las que los entornos no requieren las condiciones climáticas extremas que se dan en el exterior, una determinada gama de clasificaciones NEMA proporciona el tipo de protección adecuado.

• NEMA Tipo 1: Es el tipo de clasificación más sencillo. Ofrece un grado de protección al personal contra la exposición a partes peligrosas, y protege el equipo dentro de la envolvente contra la intrusión de objetos extraños sólidos, por ejemplo, suciedad que cae. Se utilizan en aplicaciones interiores de uso general que no presentan condiciones de servicio especiales.
• NEMA Tipo 12: Una gran mejora, las cajas de Tipo 12 están hechas para ser utilizadas en aplicaciones industriales de interior. Protegen del polvo flotante, la suciedad que cae y el goteo de líquidos no corrosivos. No incorporan orificios ciegos y, en muchos casos, tienen puertas con juntas para proporcionar un ajuste hermético, por lo que son muy adecuadas para una planta de producción en la que las partículas en suspensión pueden ser un problema.
• NEMA Tipo 13: Basándose en el Tipo 12, el NEMA Tipo 13 también se creó para combatir la pulverización y las salpicaduras de aceite y refrigerante no corrosivo. Por eso es la opción preferida en aplicaciones en las que existen lubricantes y fluidos de maquinaria.

Clasificaciones NEMA comunes para exteriores y entornos difíciles (tipo 3R, 4, 4X)

Se necesita una clasificación más pesada cuando una caja debe resistir los elementos o productos químicos industriales agresivos.

• NEMA Tipo 3R: Se trata de un tipo de caja que se utiliza habitualmente en aplicaciones de cableado y cajas de empalmes en exteriores. La caja de tipo 3R está diseñada para resistir la lluvia, el aguanieve, la nieve y la formación de hielo externo. No es hermética, pero ofrece la protección necesaria para los equipos de exterior.
• NEMA Tipo 4: Esta especificación significa una caja estanca. Está probada para resistir salpicaduras de agua e incluso un lavado con manguera. Esto permite su uso en formas de lavado al aire libre o en interiores, donde se realiza mucha limpieza de equipos. También ofrece una protección perfecta contra el polvo y la suciedad.
• NEMA Tipo 4X: La "X" de 4X significa resistencia a la corrosión. Se trata de una caja que ofrece todas las ventajas del tipo 4 de NEMA (hermética al agua y al polvo), con la ventaja añadida de la protección contra la corrosión. Suele ser de acero inoxidable o fibra de vidrio y es un componente esencial en plantas de procesamiento de alimentos, tratamiento de aguas residuales y marinas.

Comparación de las clasificaciones NEMA con las normas IP y UL

Aunque NEMA domina en EE.UU., la norma internacional es el sistema de clasificación IP (Ingress Protection). Este sistema otorga a las clasificaciones IP dos dígitos, el primero para indicar la protección contra sólidos (polvo) y el segundo para indicar la protección contra líquidos (agua). Los armarios también están normalizados y certificados por UL (Underwriters Laboratories) y con frecuencia siguen un enfoque de clasificación NEMA similar, pero con un programa de pruebas y certificación de terceros más intensivo.

La siguiente tabla le ayudará a ver la relación aproximada entre estas normas:

Nota: Esta tabla es una guía general. Aunque existe un solapamiento significativo, las normas NEMA e IP no son directamente equivalentes debido a los diferentes métodos de ensayo.

Cómo influye el material de la carcasa en la durabilidad y la disipación del calor

El material de la carcasa determina su peso, coste, resistencia a la corrosión y, lo que es más importante, su capacidad para soportar el calor en distintas condiciones ambientales.

Metales: Acero al carbono, acero inoxidable y aluminio

• Acero al carbono: La opción más popular y asequible de cerramiento interior (como NEMA 1 y 12). Es resistente y duro, pero puede dañarse fácilmente por el óxido y necesita un recubrimiento de polvo protector al final. El acero es un buen conductor térmico, por lo que es posible cierta disipación pasiva de la superficie de la caja. Combina bien con una amplia gama de materiales en interiores.
• Acero inoxidable (304, 316): Las aplicaciones NEMA 4X se fabrican con acero inoxidable, que es un material muy resistente a la corrosión y a los productos químicos. El estándar es el Tipo 304, y el Tipo 316 resiste mejor los cloruros (agua salada, sales de deshielo). No es tan conductor térmico como el acero al carbono o el aluminio, es decir, retiene mejor el calor, y esto debe tenerse en cuenta en la gestión térmica cuando se trabaja en condiciones ambientales duras.
• Aluminio: El aluminio es un material más ligero que el acero y es naturalmente resistente a la corrosión, por lo que puede utilizarse en muchas aplicaciones. También tiene una alta conductividad térmica, por lo que es la mejor opción metálica para refrigerar pasivamente los componentes internos. Gracias a su versatilidad, puede utilizarse en muchos materiales y entornos diferentes.

No metálicos: Policarbonato y fibra de vidrio

• Policarbonato: El policarbonato es un termoplástico duro, ligero, resistente a los golpes y a la corrosión. También es radiotransparente, por lo que puede albergar los equipos inalámbricos. Pero es un material termorresistente, por lo que no disipa el calor en absoluto y, en algunas circunstancias ambientales, puede atraparlo con bastante eficacia.
• Fibra de vidrio (poliéster reforzado con fibra): La fibra de vidrio es resistente a los productos químicos y a la corrosión en ciertos casos, incluso más que el acero inoxidable. Es potente, ingrávida y soporta temperaturas extremas. También es un aislante térmico como el policarbonato, y refrigeración activa es, por tanto, una certeza casi absoluta para cualquier componente generador de calor que esté encerrado en su interior, y en condiciones ambientales adversas en particular.

Tipos comunes de armarios eléctricos por factor de forma

Además de las clasificaciones y los materiales, la forma física y el método de montaje determinan la manera en que la caja se insertará en su proyecto. Los más populares son:

• Armarios murales: La caja más común, utilizada en paneles de control y cajas de conexiones, y fijada a paredes o máquinas.
• Armarios autoportantes / de suelo: Grandes armarios independientes, que pueden utilizarse para alojar un gran sistema de control, unidades de distribución de energía o varias piezas.
• Cajas de conexiones: Cajas más pequeñas que se utilizan para proteger específicamente las conexiones y empalmes del cableado.
• Interfaz de operador / Armarios HMI: Pueden tener recortes, frentes abatibles o ventanas transparentes para alojar pantallas, botones e interruptores que permitan la interacción persona-máquina.
• Armarios para montaje en poste: Están dotados de herrajes especiales para fijarlos a los postes de los servicios públicos y se utilizan en los sistemas de telecomunicaciones y control del tráfico.

El reto invisible: por qué es importante el control térmico en el interior del armario

Para garantizar su VFD no está expuesto a un entorno de lavado corrosivo, ha elegido una caja de acero inoxidable NEMA 4X. Ha cerrado la puerta y sus componentes no son vulnerables a las fuerzas externas. Y al hacerlo, ha creado un nuevo problema: un horno.

Todos los componentes electrónicos, como una fuente de alimentación, un PLC, un accionamiento, etc., producen calor como subproducto de su trabajo. Este calor se pierde por convección natural en un entorno abierto. Pero dentro de un sistema cerrado, especialmente uno compuesto de materiales aislantes como la fibra de vidrio o el acero inoxidable menos conductor, ese calor no tiene por dónde escapar. La temperatura ambiente en el interior aumenta gradualmente. Cada 10 °C (18 °F) por encima de la temperatura de funcionamiento recomendada de un componente puede reducir su vida útil a la mitad. Esto provoca averías inoportunas, tiempos de inactividad inútiles y un rendimiento poco fiable.

Así, gestión térmica activa no es un lujo caro: es un requisito de fiabilidad y duración del sistema que tanto te ha costado defender.

Su solución: Gestión térmica óptima con ACDCFAN

Este problema térmico debe abordarse de forma proactiva, y ahí es donde entramos nosotros. En ACDCFAN, nos hemos propuesto desarrollar soluciones sólidas, sistemas de refrigeración de confianza que se adaptan específicamente a las condiciones extremas de los armarios eléctricos. Sabemos que un ventilador no es un ventilador; es una póliza de seguro para sus piezas vitales.

Lo realmente diferente de una solución ACDFN es nuestro énfasis en los valores que preocupan a los diseñadores e ingenieros de sistemas:

• Sostenibilidad: El tiempo de inactividad no es una opción. El diseño de nuestros ventiladores incorpora la tecnología de doble rodamiento de bolas para alcanzar un MTBF (tiempo medio entre fallos) muy superior a 70.000 horas, lo que significa que ofrecerán una refrigeración estable y fiable durante toda la vida útil de su máquina.
• Resistencia ambiental total: ¿Por qué combinar una carcasa NEMA 4X con un ventilador genérico? Proporcionamos a los ventiladores una tecnología de encapsulado IP68 completamente impermeable. Permite que nuestra solución de refrigeración sea prácticamente tan resistente al polvo y al agua como su carcasa, formando un sistema de defensa total.
• Refrigeración inteligente a demanda: El control de velocidad inteligente PWM es compatible con nuestros ventiladores DC y EC de gama alta. Esto permite que el ventilador se conecte directamente a los controles de su sistema, proporcionando un gran flujo de aire cuando las cargas son altas, y también funciona de manera eficiente y silenciosa cuando las cargas son bajas. Es el método más inteligente para gestionar el calor.
• Tranquilidad certificada: su proyecto depende de la conformidad. Todos nuestros productos cuentan con materiales conformes con RoHS 2.0, y todos disponen de un completo conjunto de certificaciones UL, CE y TUV, además de certificaciones, lo que facilita enormemente las homologaciones a nivel de sistema y garantiza su aceptación en todo el mundo.

¿No está seguro de qué refrigeración necesita exactamente? Nuestro equipo de ingenieros puede analizar sus necesidades y ofrecerle una solución térmica preliminar en 12 horas.

Lista de comprobación de 4 pasos para elegir el sistema de armarios perfecto

Para resumirlo todo, la sencilla lista de comprobación que figura a continuación le ayudará a seleccionarlo todo antes y después.

1. Evalúe su entorno (clasificaciones): Se trata de evaluar dónde va a vivir el recinto. ¿Es interior o exterior? ¿Estará sometida a polvo, goteo de agua, lavados a alta presión o agentes corrosivos? Esta será su clasificación NEMA o IP más baja.
2. Evaluar los requisitos físicos y químicos (material): Identifique su material en función del entorno. ¿Necesita la máxima resistencia a la corrosión (acero inoxidable, fibra de vidrio)? ¿Depende del peso (aluminio, policarbonato)? ¿Desea utilizar refrigeración pasiva (aluminio)?
3. Identifique los requisitos de espacio y acceso (factor de forma): ¿Qué equipos tienen que caber dentro y cómo los va a colocar? Elija un formato: mural, independiente, etc., que deje espacio suficiente para alojar los componentes y el cableado sin invadir la zona en la que puede mantenerse el flujo de aire.
4. Planificar el clima interno (gestión térmica): Determine la cantidad total de calor que disipan sus componentes internos (en vatios). En función del tamaño, el material y la temperatura ambiente del exterior de la carcasa, decida si puede o no utilizar refrigeración pasiva. En caso contrario, considere la posibilidad de utilizar un dispositivo de refrigeración activa, como un ventilador de alta fiabilidad o una unidad de ventilador/filtro, para controlar de forma proactiva la temperatura interna y garantizar la salud del sistema a largo plazo.

Conclusión

La elección de la envolvente eléctrica es una de las acciones básicas para establecer un sistema estable. Es un malabarismo prudente entre la naturaleza, la ciencia de los materiales y la integración física. Conociendo los términos de las clasificaciones NEMA e IP, así como las diferencias en las propiedades de los distintos materiales, puede seleccionar un armario que ofrezca el blindaje externo ideal a sus componentes, ya sea para uso interior o exterior.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que la verdadera seguridad es un enfoque omnidireccional. Ninguna armadura puede ser más fuerte sin una estrategia que ayude a controlar la amenaza interna del calor. Puede estar seguro de que sus componentes no sólo están a salvo del mundo exterior, sino también de sí mismos, incorporando a su producto desde el principio una solución de gestión térmica inteligente y reputada. El principio del holismo es el secreto para crear sistemas que no sólo sean resistentes, sino que también actúen de forma óptima en los próximos años.