Errores Comunes de Refrigeración en Paneles de Control Industrial: Evitar Sobrecalentamiento y Fallos

La importancia de una refrigeración efectiva del gabinete a menudo es pasada por alto por los diseñadores de paneles de control industrial. Esto lleva a diseños que presentan ventilación natural sin dar suficiente importancia a los efectos combinados de la carga térmica de los componentes y la temperatura ambiente. Como resultado, el gabinete no logra mantener la temperatura interna en los niveles recomendados. Los peligros de niveles de temperatura inseguros son bien conocidos: desde daños en equipos hasta acortamiento de la vida útil de componentes, pasando por incendios totales. Estos pueden minimizarse al reconocer y rectificar los errores cometidos en la refrigeración de los gabinetes.

¿Por qué los paneles de control industrial se calientan?

La tasa de calor generado dentro del panel y la tasa a la que se elimina el calor impactan directamente la temperatura interna. El uso generalizado de equipos electrónicos y basados en microprocesadores significa que los sistemas de control emiten más calor. La situación empeora con el uso de variadores de frecuencia, notorios por generar calor. Esto se combina con el deseo de los diseñadores de empaquetar 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 operación. Dado que los entornos industriales son desafiantes, los fabricantes proporcionan flexibilidad operativa, pero varía de componente a componente. Los paneles de control industrial empaquetados densamente pueden acumular calor que lleva a daños en equipos, especialmente los sensibles como fuentes de alimentación, controladores y dispositivos de medición de precisión. También hay riesgo de que dispositivos controlados por microprocesador, como PLC, comiencen a fallar cuando la temperatura supera cierto umbral.

Errores Comunes

A menudo, los pequeños errores son los que causan mayor impacto. Y los errores pueden ser costosos en paneles de control industrial, que albergan equipos sensibles como variadores de frecuencia, fuentes de alimentación, transformadores, etc. Estos son caros, y su fallo también reduce la productividad. Además, incluso si los componentes pierden eficiencia o desarrollan fallos, líneas de ensamblaje enteras pueden verse afectadas hasta la rectificación.

Generalmente, los fabricantes suelen indicar un límite máximo de temperatura permitido en su documentación, entre 35-40 °C. Esto puede parecer adecuado, pero la acumulación de calor dentro del gabinete resulta en una temperatura aún más alta. Ejemplos comunes de cuándo esto puede ocurrir es cuando los VFD se calientan o disparan, causando paradas totales de planta.

A continuación, tres de los errores más comunes, cuya corrección puede prevenir tiempos de inactividad excesivos y costos de reparación, mejorando la longevidad del equipo.

Elegir un sistema de refrigeración incompatible

Se debe entender el entorno industrial donde se instalará el panel de control. Los límites de temperatura ambiente alta y baja deben conocerse de antemano, así como otros factores: exposición a radiación solar, niveles de humedad, presencia de contaminantes como polvo y suciedad. Una vez conocidos, esta información puede usarse para diseñar el gabinete correcto según las clasificaciones NEMA.

NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos) es un sistema regulatorio maduro y establecido que tiene especificaciones para gabinetes eléctricos para operación interior o exterior. Los fabricantes suelen diseñar sus gabinetes según estándares NEMA. Por ejemplo, los gabinetes NEMA 1 operan en interiores en entornos libres de contaminación, mientras que los NEMA 4 protegen contra todo tipo de clima y penetración de agua.

Para gabinetes NEMA 1 y NEMA 3R, la refrigeración puede mantenerse mediante un sistema de refrigeración de circuito abierto, como un paquete de ventilador con filtro, que evita que la temperatura supere el límite seguro. Los ventiladores suelen ser la técnica más rentable para mantener la temperatura, dadas condiciones ambientales no hostiles. Son altamente efectivos para gabinetes instalados en interiores con temperaturas ambientales nominales y niveles mínimos de polvo y suciedad.

Por otro lado, si el gabinete está clasificado como NEMA Tipo 4, 4X o 12, se requeriría un sistema de refrigeración de circuito cerrado sellado, impidiendo que cualquier contaminante contacte con el equipo interior.

Por último, mientras el gabinete esté en un área donde la temperatura ambiente esté por debajo del límite máximo, un intercambiador de calor aire-aire también funcionará. Pero si la temperatura ambiente está cerca del límite, se requeriría un aire acondicionado. Esto también aporta beneficios extra como reducción de humedad.

Ignorar la humedad y la corrosión

Muchos componentes eléctricos tienden a fallar con niveles excesivos de humedad y deben mantenerse siempre en entornos secos para prevenir cortocircuitos. Las condiciones de alta humedad se combaten mejor con aires acondicionados que la condensan del aire. Ha habido avances notables, con algunos sistemas de aire acondicionado para gabinetes que manejan la humedad resultante mediante un evaporador de condensado, evitando que el agua gotee fuera. Al mismo tiempo, el aire acondicionado no debe sobredimensionarse, ya que una unidad con alta capacidad de refrigeración no podrá mantener la temperatura de aire deseada.

En entornos fríos, el agua puede condensarse en el equipo cuando las temperaturas caen por debajo del punto de rocío. En estos casos, debe usarse un elemento calefactor para mantener la temperatura interna por encima de este nivel.

Por otro lado, hay entornos que exponen los gabinetes a humos y líquidos corrosivos, por ejemplo, en áreas marinas o plantas de tratamiento de agua. Para proteger los componentes internos, el gabinete debe estar sellado para que los contaminantes no penetren. Pero como los líquidos son generalmente corrosivos, pueden afectar la carcasa exterior. Para prevenir esto, pueden aplicarse recubrimientos anticorrosivos a los tubos de cobre o serpentines del condensador.

Especificar una capacidad de refrigeración incorrecta

Una vez decidido el tipo de sistema de refrigeración y la clasificación NEMA, la capacidad de refrigeración del gabinete debe elegirse correctamente. Este es un paso importante, ya que de lo contrario los componentes perderán eficiencia y estarán en constante riesgo de fallo.

La capacidad de refrigeración debe superar la carga térmica producida por los componentes. Para calcular el calor producido, deben consultarse las especificaciones técnicas de cada componente. La eficiencia del componente se resta de 1, y el resultado se multiplica por la potencia nominal del dispositivo.

Por último, el calor transferido a través de las paredes del gabinete debido a la temperatura ambiente y fuentes de radiación solar debe considerarse al calcular la carga térmica. Una calculadora digital de gestión de temperatura es la mejor opción, ya que dará valores precisos, permitiendo seleccionar el gabinete más económico.

Mejores Prácticas

Algunas mejores prácticas a considerar al diseñar paneles de control industrial y evaluar sus necesidades de refrigeración.

Planificar con antelación

Cuando un sistema de gestión térmica se diseña con consideraciones a largo plazo, proporciona beneficios duraderos, manteniendo todos los componentes eléctricos dentro del panel a temperaturas seguras. Al distribuir los componentes, asegúrese de que la electrónica sensible esté cerca de la entrada de aire frío. Siempre debe dejarse espacio para expansión futura; de lo contrario, el delicado equilibrio de densidad de componentes se romperá, lo que podría resultar en el reemplazo del sistema de refrigeración.

Evaluar el entorno

Seguramente, los componentes dentro del gabinete generarán la mayor parte del calor. Pero las temperaturas ambientales juegan un papel importante en la refrigeración. Debe asegurarse de contabilizar todos los factores externos al diseñar el gabinete:

• Temperaturas ambientales
• Vibraciones
• Contaminantes
• Materiales corrosivos

Planificar el mantenimiento

Instalar un panel de control y dejarlo no es la forma correcta. Idealmente, debe haber un mecanismo de mantenimiento predictivo que proporcione al operador todas las lecturas y alarmas necesarias con antelación. Esto permitirá a los gerentes de planta rastrear actividades de mantenimiento y la longevidad lograda gracias a reparaciones oportunas.