Errores en el enfriamiento de gabinetes de paneles de control industrial

La importancia de una refrigeración eficaz del recinto a menudo es pasado por alto por los diseñadores de paneles de control industrial. Esto conduce a diseños que cuentan con ventilación natural sin dar suficiente importancia a los efectos combinados de la carga de calor de los componentes y la temperatura ambiente. Como resultado, el gabinete no logra mantener la temperatura interna en los niveles recomendados. Los peligros de los niveles de temperatura inseguros son bien conocidos, y van desde daños en el equipo hasta la reducción de la vida útil de los componentes y un incendio total. Estos pueden minimizarse reconociendo y subsiguientemente rectificando los errores que se cometen al enfriar los gabinetes.

¿Por qué se calientan los paneles de control industriales?

La tasa de calor generado dentro del panel y la tasa a la que se elimina el calor impactan directamente en la temperatura dentro de un gabinete. El uso generalizado de equipos electrónicos y basados ​​en microprocesadores significa que los sistemas de control emiten más calor. La situación empeora aún más por el uso de accionamientos eléctricos que son conocidos por generar calor. Esto se combina con el deseo de los diseñadores de empacar todos los componentes en el menor espacio posible, creando una receta para el desastre.

Consecuencias

No es raro que los equipos industriales tengan un rango de temperaturas de funcionamiento. Dado que se sabe que los entornos industriales son desafiantes, los fabricantes seguramente brindarán flexibilidad en términos de operación, pero varía de un componente a otro. Los paneles de control industrial empacados por densidad pueden acumular pronto calor que puede provocar daños en los equipos, especialmente en los sensibles, como fuentes de alimentación, controladores y dispositivos de medición de precisión. También existe el riesgo de dispositivos controlados por microprocesadores, como los PLC para comenzar a funcionar mal cuando la temperatura cruza un cierto umbral.

Errores comunes

Muy a menudo, los pequeños errores son los que tienen el mayor impacto. Y los errores pueden ser costosos cuando se trata de paneles de control industriales, cuando se sabe que albergan equipos sensibles como variadores de frecuencia, fuentes de alimentación, transformadores, etc. Estos son costosos y las fallas también pueden reducir la productividad. Además, incluso si los componentes pierden eficiencia o desarrollan fallas, las líneas de ensamblaje completas pueden verse afectadas hasta que se lleve a cabo la rectificación.

Generalmente, los fabricantes suelen indicar un límite máximo de temperatura permisible en la documentación de sus productos, que oscila entre 35 y 40 grados centígrados. Esto puede parecer adecuado, pero la acumulación de calor dentro de un recinto da como resultado una temperatura aún más alta. Ejemplos comunes de cuándo esto puede ocurrir es cuando los VFD se calientan o se disparan , lo que provoca apagones completos en la planta.

Los siguientes son tres de los errores más comunes que, si se corrigen, pueden evitar el tiempo de inactividad excesivo y los costos de reparación al mismo tiempo que se mejora la longevidad del equipo.

Elegir un sistema de refrigeración incompatible

Se debe comprender el entorno industrial en el que se instalará el panel de control. Los límites de temperatura ambiente alta y baja deben conocerse de antemano, mientras que otros factores que deben tenerse en cuenta incluyen la exposición a la radiación solar, los niveles de humedad y la presencia de contaminantes como el polvo y la suciedad. Una vez conocida, esta información se puede utilizar para diseñar el gabinete correcto según las clasificaciones NEMA.

NEMA o Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos es un sistema regulatorio maduro y establecido que tiene especificaciones para gabinetes eléctricos para operación en interiores o exteriores. Los fabricantes suelen diseñar sus gabinetes según los estándares NEMA. Por ejemplo, los gabinetes NEMA 1 funcionan en interiores en ambientes libres de contaminación, mientras que los gabinetes NEMA 4 pueden proteger contra todo tipo de clima y penetraciones de agua.

Para gabinetes NEMA 1 y NEMA 3R, el enfriamiento se puede mantener a través de un sistema de enfriamiento de circuito abierto, p. paquete de ventilador filtrado, que puede evitar que la temperatura suba por encima del límite seguro. Los ventiladores suelen ser la técnica más rentable para mantener la temperatura, dado que las condiciones ambientales no son hostiles. Los ventiladores de enfriamiento son muy efectivos para gabinetes instalados en interiores con temperaturas ambiente nominales, donde existen niveles mínimos de suciedad y polvo.

Por otro lado, si el gabinete tiene una clasificación NEMA Tipo 4, 4x o 12, entonces se requerirá un sistema de enfriamiento de circuito cerrado sellado, para evitar que cualquier contaminante entre en contacto con el equipo en el interior.

Por último, siempre que el recinto esté situado en una zona donde la temperatura ambiente esté por debajo del límite máximo, un intercambiador de calor aire-aire también hará el trabajo. Pero si la temperatura ambiente está cerca del límite, se requerirá un acondicionador de aire. Si lo hace, también traería beneficios adicionales, como una caída en los niveles de humedad.

Ignorar la humedad y la corrosión

Muchos componentes eléctricos tienen la tendencia a fallar en niveles de humedad excesivos, y en todo momento deben mantenerse en ambientes secos para evitar que ocurran cortocircuitos eléctricos. Las condiciones de alta humedad se abordan mejor con acondicionadores de aire que pueden condensarlo del aire. Ha habido avances notables en el campo, con algunos sistemas de aire acondicionado para recintos que se ocupan de la humedad resultante a través de un evaporador de condensación, evitando que el agua gotee fuera del recinto. Al mismo tiempo, no se debe sobredimensionar el acondicionador de aire, ya que una unidad con alta capacidad de enfriamiento no podrá mantener la temperatura del aire del recinto deseada.

En ambientes más fríos, el agua puede condensarse en el equipo siempre que las temperaturas caigan por debajo del punto de rocío. En estos casos, se debe utilizar un elemento calefactor para mantener la temperatura interna por encima de este nivel.

Por otro lado, existen ambientes que exponen los recintos a humos y líquidos corrosivos, por ejemplo, en áreas marinas o plantas de tratamiento de agua. Para proteger los componentes internos del gabinete, debe sellarse para que los contaminantes no puedan penetrar. Pero, dado que los líquidos son generalmente corrosivos, pueden afectar la carcasa exterior del recinto. Para evitar tales situaciones, se pueden aplicar recubrimientos anticorrosivos a la tubería de cobre o a los serpentines del condensador.

Especificar una capacidad de refrigeración incorrecta

Una vez que el tipo de sistema de refrigeración y se ha decidido la clasificación NEMA, la capacidad de enfriamiento del gabinete debe elegirse correctamente. Este es un paso importante ya que, de lo contrario, los componentes perderán su eficiencia y correrán un riesgo constante de fallar.

La capacidad de enfriamiento de un gabinete debe exceder la carga de calor producida por los componentes. Para poder dimensionar el calor producido, se deben referenciar las especificaciones técnicas de cada componente. La eficiencia del componente se debe restar de 1 y el resultado se multiplica por la potencia nominal del dispositivo.

Por último, en el cálculo de la carga térmica se debe tener en cuenta el calor transferido a través de las paredes del cerramiento debido a la temperatura ambiente y las fuentes de radiación solar. Una calculadora de gestión de temperatura digital es la mejor manera de hacerlo, ya que le dará valores precisos, lo que le permitirá seleccionar el gabinete más económico.

Prácticas recomendadas

Hay algunas prácticas recomendadas que pueden tenerse en cuenta al diseñar paneles de control industriales y evaluar sus necesidades de refrigeración.

Planifique con anticipación

Cuando un sistema de gestión térmica se diseña con consideraciones a largo plazo, puede proporcionar beneficios duraderos, manteniendo todos los componentes eléctricos dentro del panel de control a niveles de temperatura seguros. Mientras coloca los componentes con la caja, asegúrese de que los componentes electrónicos sensibles estén colocados cerca de la entrada de aire frío. Siempre se debe dejar espacio para futuras expansiones; de lo contrario, se interrumpirá el delicado equilibrio de densidad de componentes, lo que puede resultar en el reemplazo del sistema de enfriamiento.

Evaluar el entorno

Seguramente, los componentes que se colocarán dentro del recinto serán los encargados de generar la mayor parte del calor. Pero las temperaturas ambientales juegan un papel importante en términos de enfriamiento del recinto. Uno debe asegurarse de tener en cuenta todos los factores externos al diseñar el gabinete:

• Temperaturas ambientales
• Vibraciones
• Contaminantes
• Materiales corrosivos

Plan de mantenimiento

Instalar un panel de control y dejarlo así no es la forma correcta de hacer las cosas. Idealmente, debe existir un mecanismo de mantenimiento predictivo para proporcionar al operador todas las lecturas y alarmas necesarias por adelantado. Esto permitirá a los gerentes de planta realizar un seguimiento de las actividades de mantenimiento y la longevidad lograda gracias a las reparaciones oportunas.

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