Por qué un gabinete sellado se moja por dentro
El aire contiene vapor de agua, y la cantidad que puede retener disminuye a medida que se enfría. Enfríe aire húmedo lo suficiente y alcanzará su punto de rocío; por debajo de ese punto, el agua sale en forma de gotas en las superficies más frías. En un gabinete, estas son las paredes y la puerta, y el agua gotea sobre lo que esté debajo.
Un gabinete con junta mantiene fuera la lluvia y el agua de manguera, pero también mantiene la humedad que había en el aire cuando se cerró la puerta, además de cualquier otra que entre después. Las normas lo dicen claramente. El alcance de NEMA 250 excluye la protección del equipo encerrado contra condiciones como la condensación que ocurre dentro del gabinete. IEC 60529 excluye la humedad producida por condensación, y sus pruebas de agua señalan que el rocío que se forma dentro durante la prueba no debe confundirse con la entrada de agua. Por lo tanto, una clasificación NEMA 4X o IP66 no es una promesa de un interior seco.
Punto de rocío: el número que importa
El Servicio Meteorológico Nacional de los EE. UU. publica las fórmulas que utiliza su calculadora meteorológica. La presión de vapor de saturación es es = 6.11 x 10^(7.5T / (237.3 + T)) hPa, con T en °C; al multiplicar por la humedad relativa se obtiene la presión de vapor real, y al resolver la misma ecuación a la inversa se obtiene el punto de rocío. Valores de esas fórmulas, a presión a nivel del mar:
| Aire | Humedad relativa | Punto de rocío |
|---|---|---|
| 20 °C (68 °F) | 50% | 9.3 °C (48.7 °F) |
| 25 °C (77 °F) | 60% | 16.7 °C (62.1 °F) |
| 30 °C (86 °F) | 60% | 21.4 °C (70.5 °F) |
| 30 °C (86 °F) | 80% | 26.2 °C (79.1 °F) |
| 35 °C (95 °F) | 70% | 28.7 °C (83.7 °F) |
| 40 °C (104 °F) | 90% | 38.0 °C (100.5 °F) |
Léalo de esta manera: si un gabinete se cierra en una tarde húmeda de 30 °C con un 80% de humedad relativa, cualquier superficie interna que baje de aproximadamente 26 °C acumulará agua. Una noche despejada al aire libre, un enjuague con agua fría o una habitación con aire acondicionado lo harán fácilmente. Bajo las condiciones de la última fila, casi cualquier superficie más fría condensa.
Respiración: los ciclos de temperatura bombean aire húmedo hacia el interior
El aire atrapado en un gabinete contiene poca agua. Usando la fórmula de relación de mezcla de NWS, el aire a 30 °C y 80% transporta aproximadamente 21.6 g de agua por kg de aire seco; el aire saturado a 20 °C contiene aproximadamente 14.7 g/kg. Para el volumen interno de un gabinete de 24 × 20 × 8 pulg (0.607 × 0.505 × 0.200 m = 0.061 m³) con una densidad de aire de 1.2 kg/m³, el enfriamiento del primer estado al segundo libera 0.061 × 1.2 × 6.9 = aproximadamente 0.5 g de agua. Son apenas unas gotas.
El problema es la repetición. La norma IEC 60529 reconoce gabinetes en los que "el ciclo de trabajo normal del equipo causa reducciones en la presión del aire dentro del gabinete por debajo de la del aire circundante, por ejemplo, debido a efectos de ciclos térmicos", y sus pruebas de agua requieren un equilibrio de presión si el agua está más de 5 K más fría que el gabinete. El enfriamiento de 30 °C a 20 °C contrae el aire atrapado en aproximadamente un 3.3% (293 K / 303 K), por lo que cada ciclo puede succionar aire exterior a través de una junta desgastada, un prensaestopas flojo o un conducto. Un fabricante de drenajes describe estos vacíos inducidos por la temperatura como una succión de agua y humedad hacia el interior del gabinete. Cada carga de aire húmedo deja su agua atrás y, con el paso de las semanas, las gotas se convierten en un charco.
El conducto lo empeora: el alcance de NEMA 250 también excluye las condiciones que entran a través de conductos o aberturas sin sellar, y un tramo de conducto desde un espacio más cálido o húmedo transporta aire húmedo directamente al interior. Selle las entradas de los conductos y use prensaestopas que coincidan con la clasificación del gabinete; vea recortes y prensaestopas.
Calentadores: mantienen las paredes por encima del punto de rocío
La solución más directa es mantener las superficies internas más cálidas que el punto de rocío del aire en el interior. Un calentador para gabinetes hace eso, y la guía de calentadores de un fabricante de gabinetes señala un caso menos obvio: un sistema puede funcionar todo el día y luego enfriarse rápidamente cuando se apaga por la noche, y esa caída de temperatura puede causar condensación y corrosión.
Dos métodos de dimensionamiento publicados utilizan la misma relación que la disipación de calor:
Salida del calentador = ΔT x k x A - calor de los componentes
ΔT = cuánto por encima de la temperatura ambiente desea mantener el gabinete (K); k = coeficiente de transferencia de calor (aproximadamente 3.7 W/m²K para acero inoxidable, 5.5 W/m²K para acero pintado); A = área de superficie (m²). Para un gabinete al aire libre en aire en movimiento, ambos métodos duplican el término ΔT x k x A.
Ejemplo práctico. El mismo gabinete de acero inoxidable de 24 × 20 × 8 pulg en una pared expone 0.764 m² de área de superficie plana (frente, parte superior, inferior y lados), el área que utilizan estos métodos de calefacción; los 0.801 m² en nuestras páginas de productos son la superficie efectiva IEC/TR 60890 para la disipación de calor. Para este ejemplo, elegimos mantenerlo 5 K por encima de la temperatura ambiente, y asumimos que el equipo en el interior se apaga por la noche, por lo que no contribuye con calor:
- En interiores: 5 × 3.7 × 0.764 = 14.1 W.
- En exteriores, duplicado: 2 × 14.1 = 28.3 W.
- Mantener 10 K por encima de la temperatura ambiente en exteriores requeriría 2 × 10 × 3.7 × 0.764 = 56.5 W.
Cuando el equipo esté en funcionamiento, reste su calor. Elija un calentador por encima del resultado y contrólielo con un termostato para que no añada calor en días calurosos; la guía de cálculo de calor muestra qué tan rápido se sobrecalienta una caja sellada.
Dónde montarlo: bajo. Un estudio de flujo de aire de un catálogo de control climático encontró que las áreas debajo de un calentador solo se calientan mínimamente y calificó como esencial el montaje del calentador en el área de la base del gabinete para una temperatura uniforme. Manténgalo alejado de cables y de cualquier elemento sensible al calor.
Drenajes y respiraderos clasificados según el tipo de gabinete
Un drenaje de ventilación montado en la parte inferior del gabinete permite que el agua condensada salga por gravedad y equilibra la presión, lo que reduce el vacío que succiona aire húmedo. Existen drenajes de ventilación listados con clasificaciones Tipo 4 y 4X, que se indica que mantienen la clasificación cuando se instalan correctamente en un gabinete listado Tipo 4 o 4X. En un gabinete con clasificación del fabricante como el nuestro, la clasificación con un drenaje instalado es la propia evaluación del fabricante.
- Colóquelo en el punto más bajo, donde se acumula el agua.
- Verifique la clasificación propia del drenaje. La regla de NEMA es que la clasificación de tipo de un ensamblaje instalado en campo está limitada por el componente con la clasificación más baja, y los accesorios deben probarse para una clasificación de tipo igual o superior a la del gabinete.
- Un orificio abierto no es un drenaje en un gabinete 4X: permite la entrada de agua de manguera y el gabinete ya no cumple con el Tipo 4X.
El agua que entra tiene que salir, pero un drenaje no elimina la fuente de humedad. Combínelo con buenas juntas, entradas selladas y, donde sea necesario, un calentador.
Desecante para gabinetes que permanecen cerrados
El desecante absorbe el vapor de agua hasta que se satura, por lo que es adecuado para gabinetes que se abren con poca frecuencia. Su capacidad se agota rápidamente al aire libre. Una nota de aplicación de un fabricante de instrumentos cita pruebas del fabricante de desecantes a 60% de humedad relativa y 30 °C, en las que aproximadamente el 25% de la capacidad de una bolsa se agotó tras una hora de exposición, y recomienda a los usuarios instalar desecante nuevo cada vez que se abra la carcasa y se expongan los componentes electrónicos. Lo mismo se aplica a un gabinete: mantenga los paquetes de repuesto sellados, reemplácelos siempre que la puerta haya estado abierta durante mucho tiempo y no espere que el desecante pueda con una caja que respira a través de una fuga.
Aire acondicionado y lavado a presión: dos casos especiales
Aires acondicionados para gabinetes eliminan el agua del aire interior como efecto secundario: se condensa en la bobina del evaporador fría y debe ser evacuada fuera del gabinete. Un catálogo de control climático presenta un ejemplo: con la puerta cerrada, deshumidificar un gabinete de 0.6 m³ libera 0.6 × 1.2 × 11 = 7.92 g, aproximadamente 8 ml. Con entradas mal selladas o juntas dañadas, el aire se reemplaza continuamente y, con una fuga de 5 m³/h, se pueden formar hasta 80 ml de condensado cada hora. Su consejo: opere las unidades de refrigeración solo con la puerta cerrada, selle el gabinete por todos sus lados, instale un interruptor de puerta, ajuste la temperatura interior solo al nivel necesario y no apunte el aire frío directamente a los componentes electrónicos. Si un gabinete con aire acondicionado sigue humedeciéndose, por qué la refrigeración del gabinete causa condensación rastrea el agua hasta su origen: la ruta de drenaje del enfriador, sellos y entradas con fugas, o una superficie por debajo del punto de rocío.
Lavado a presión crea ambas condiciones a la vez. Un gabinete caliente golpeado por agua de enjuague fría se enfría rápido y absorbe aire que está cerca de la saturación. Siempre que sea posible, enjuague con agua cercana a la temperatura del gabinete, mantenga las juntas y los prensaestopas en buen estado e instale un drenaje de ventilación con clasificación del fabricante. Consulte gabinetes para lavado a presión para alimentos y bebidas y, para sitios al aire libre, gabinetes eléctricos para exteriores.
Diseños personalizados. NEMA4 Enclosure fabrica gabinetes a medida en acero inoxidable grado 304 o 316L, acero al carbono con recubrimiento en polvo, aluminio, policarbonato y poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) (los no metálicos en tamaños moldeados estándar cortados según su diseño), a partir de una pieza. Indíquenos el drenaje, el respiradero, la entrada de cableado del calentador o el prensaestopas que instalará y dónde, y cortaremos las aberturas para ello; la clasificación del conjunto ensamblado está limitada por la clasificación de cada componente. Nuestros gabinetes de montaje en pared en acero inoxidable 304 y 316L tienen una clasificación del fabricante NEMA 4X / IP66; no listado por UL.
Preguntas frecuentes
¿Por qué hay agua en mi gabinete NEMA 4X?
La mayoría de las veces se trata de condensación. El aire húmedo dentro del gabinete se condensa en las paredes que se enfrían por debajo de su punto de rocío, y los ciclos de temperatura atraen más aire húmedo a través de juntas, prensaestopas y conductos. Una clasificación cubre el agua del exterior, no la condensación interna.
¿Cómo detengo la condensación en un gabinete eléctrico?
Mantenga las superficies internas por encima del punto de rocío con un calentador controlado por termostato, permita la salida de agua con un drenaje de ventilación clasificado según el tipo de gabinete, selle las entradas de conductos y cables, y use desecante en gabinetes que se abren con poca frecuencia.
¿Qué tamaño de calentador necesito para prevenir la condensación?
Multiplique el aumento de temperatura deseado sobre la temperatura ambiente por el coeficiente de transferencia de calor y el área superficial, duplique el valor para exteriores y reste el calor del equipo en funcionamiento. Mantener un gabinete de acero inoxidable de 0.764 m² a 5 K por encima de la temperatura ambiente en exteriores requiere aproximadamente 28 W.
¿Un respiradero o un drenaje anulan la clasificación NEMA 4X?
Un drenaje clasificado Tipo 4X e instalado según las instrucciones de su fabricante está diseñado para no permitir la entrada; en un gabinete listado, su fabricante indica que se mantiene la clasificación, y en un gabinete con clasificación del fabricante, el fabricante del gabinete la evalúa. Un drenaje sin clasificar o un orificio abierto limita todo el gabinete a la clasificación de esa abertura.
¿Puede un aire acondicionado para gabinetes causar condensación?
Elimina el agua del aire en su serpentín frío, y esa agua debe drenarse. Si la puerta está abierta o los sellos tienen fugas, el aire húmedo fresco sigue entrando y el condensado sigue formándose, por lo que debe funcionar solo con el gabinete cerrado y sellado.
Fuentes
- Servicio Meteorológico Nacional de EE. UU. (El Paso), hoja de fórmulas de "Presión de vapor"
- Servicio Meteorológico Nacional de EE. UU. (El Paso), "Temperatura de bulbo húmedo y temperatura de punto de rocío a partir de la temperatura del aire y la humedad relativa" (fórmula del punto de rocío)
- Servicio Meteorológico Nacional de EE. UU. (El Paso), hoja de fórmulas de "Relación de mezcla"
- ANSI/NEMA 250-2020, contenido y alcance (condensación dentro del gabinete, conductos y aberturas sin sellar no cubiertos)
- IEC 60529 Ed. 2.2 (alcance; gabinetes de Categoría 1 y ciclos térmicos; temperatura del agua dentro de 5 K y equilibrio de presión; rocío durante las pruebas)
- NEMA, "Preguntas frecuentes de NEMA: Gabinetes" (Q15, accesorios y la regla del eslabón más débil)
- Hammond Manufacturing, selección de productos de calefacción (condensación nocturna, fórmula del calentador, factor exterior)
- Rittal, Catálogo técnico de sistemas de control climático, calentadores para gabinetes (fórmula de salida, ubicación exterior, calentador en el área de la base)
- Rittal, unidades de enfriamiento (cálculo de condensado, ejemplo de fuga, puerta cerrada, interruptor de puerta)
- Rittal, selección de unidades de enfriamiento (el aire frío no debe dirigirse a los componentes para evitar la condensación)
- nVent HOFFMAN, hoja de producto de drenajes de ventilación (drenaje por gravedad, ecualización de presión, vacío inducido por temperatura, Tipo 4/4X)
- Sea-Bird Electronics, Nota de aplicación 71, "Uso y regeneración de desecantes" (ene 2014)
