Los cinco materiales de un vistazo
| Material | Densidad | Rigidez (módulo) | Corrosión y productos químicos | Señales de radio | Corte |
|---|---|---|---|---|---|
| 304 / 316L acero inoxidable | 7.90 / 8.03 g/cm³ | 200 GPa | Película pasiva de óxido de cromo; 316L añade molibdeno para cloruros | Bloquea; protege contra EMI | Difícil; endurecimiento por deformación |
| Acero al carbono con recubrimiento en polvo | aproximadamente 7.85 g/cm³ | Como el acero inoxidable (ambos aceros) | Determinado por el recubrimiento y el pretratamiento; el acero sin recubrimiento se oxida donde el recubrimiento está dañado | Bloquea; protege contra EMI | Moderado; retocar con pintura después del corte |
| Aluminio (5052) | aproximadamente 2.7 g/cm³ | 70 GPa | La película de óxido es estable desde aproximadamente pH 4 hasta 9; evite los álcalis fuertes | Bloquea; protege contra EMI | Moderado |
| Policarbonato | 1.20 g/cm³ | 2.4 GPa | Resiste ácidos diluidos y la mayoría de los aceites; es atacado por álcalis, amoníaco y muchos solventes | Pasa; sin blindaje | Fácil |
| Poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) (SMC de poliéster) | 1.65–1.90 g/cm³ | 11–12.7 GPa | Se utiliza en áreas corrosivas con muchos ácidos y solventes; los datos sobre álcalis fuertes varían | Pasa; sin blindaje | Moderado; herramientas de carburo o diamante |
Los valores provienen de las hojas de datos del productor, excepto la densidad del acero al carbono y las clasificaciones de corte, que son cifras de un fabricante de gabinetes. La columna de módulo explica mucho: para el mismo espesor de pared, una pared de policarbonato es aproximadamente 80 veces más flexible que una de acero (200 ÷ 2.4, nuestro cálculo), razón por la cual los gabinetes de plástico moldeado utilizan paredes y nervaduras más gruesas.
Resistencia a la corrosión y a los productos químicos
El acero inoxidable resiste la corrosión debido a una fina película pasiva rica en cromo que se vuelve a formar por sí sola en el aire. La prueba de corrosión de NEMA para el Tipo 4X somete al gabinete a 600 horas de niebla salina y luego a otras 200 horas, comparado con una muestra de acero inoxidable AISI 304. Esa muestra es el punto de referencia de la prueba, no una garantía para ningún diseño: la clasificación depende de cómo esté construido todo el gabinete. Donde hay presencia de cloruros (aire salino, salmuera, desinfectantes clorados), el 316L es el grado más seguro: consulte acero inoxidable 304 vs 316L para gabinetes y la guía de gabinetes de acero inoxidable.
Acero al carbono con recubrimiento en polvo está protegido por su recubrimiento. La práctica del recubrimiento en polvo trata el pretratamiento como parte del sistema anticorrosión: el acero se trata normalmente con fosfato de hierro o de zinc, y el fosfato de zinc es el estándar para trabajos de alto rendimiento. Cuando el recubrimiento se perfora, se corta o se astilla, el acero al descubierto debajo necesita retoque, o quedará expuesto al medio ambiente. Las horas de niebla salina indicadas para los recubrimientos son comparaciones, no predicciones de vida útil: la propia ASTM B117 afirma que el desempeño en entornos naturales «rara vez se ha correlacionado con los resultados de niebla salina cuando se usan como datos independientes.»
El aluminio forma una película de óxido densa y aislante que es estable en un rango de aproximadamente pH 4 a pH 9. La Aluminum Association describe la serie 5xxx (aluminio-magnesio) como con buena resistencia a la corrosión en el entorno marino y enumera la 5052 entre las aleaciones para electrónica. La misma película de óxido es la razón por la que los limpiadores cáusticos son un problema: la guía de extrusión es simplemente "evite el contacto con álcalis fuertes".
El policarbonato resiste ácidos diluidos y la mayoría de los aceites y grasas industriales, pero la guía de resistencia química de su productor enumera los álcalis, el amoníaco y las aminas como agresivos, y la acetona, el MEK y los solventes aromáticos como causantes de hinchamiento. El poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) se utiliza en entornos petroquímicos, de tratamiento de agua y marinos, y con muchos solventes, alcoholes y ácidos y álcalis moderadamente fuertes. Para álcalis fuertes, las tablas de resistencia de los fabricantes de gabinetes discrepan, por lo que debe verificar el químico y la concentración específicos. Los detalles se encuentran en gabinetes de policarbonato vs. PRFV.
Sol, UV y exposición al aire libre
- El acero inoxidable sin recubrimiento y el aluminio no tienen recubrimiento que se desvanezca.
- Recubrimiento en polvo: la química es importante. La orientación de la industria del recubrimiento en polvo indica que los polvos que contienen epoxi, incluidos los híbridos, no pueden usarse donde la apariencia deba mantenerse a la intemperie; los poliésteres de nivel básico comienzan a desteñirse, perder brillo y presentar caleo (chalking) después de 12 a 18 meses de exposición continua; los poliésteres "superduraderos" resisten aproximadamente cinco años antes de que el color y el brillo cambien. Pregunte qué polvo utiliza un gabinete para exteriores.
- Policarbonato requiere un grado estabilizado contra UV para exteriores. Un fabricante de gabinetes señala que el policarbonato transparente expuesto a UV, con el paso de los años, se tornará amarillento y perderá resistencia al impacto.
- Las superficies de poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) se degradan lentamente bajo la radiación UV hasta que las fibras de vidrio se hacen visibles ("floración de fibra"). Las formulaciones con inhibición de UV ralentizan este proceso.
Para los plásticos, la clasificación para exteriores que debe buscar es la clasificación UL 746C "f1": adecuada para uso en exteriores con respecto a la luz UV, la exposición al agua y la inmersión. El sol también añade carga térmica, por lo que un gabinete de plástico para exteriores también requiere la verificación de calor a continuación.
Peso, rigidez e impacto
El aluminio pesa aproximadamente un tercio del peso del acero inoxidable (2.7 frente a 7.9 g/cm³). Con el mismo espesor de pared de 1.5 mm, un metro cuadrado de lámina de 304 pesa aproximadamente 11.9 kg y un metro cuadrado de 5052 aluminio aproximadamente 4 kg (cálculo nuestro a partir de las densidades). Eso es importante para el montaje en poste y el equipo móvil.
Los plásticos son aún más ligeros. El policarbonato tiene una resistencia al impacto muy alta: la ficha técnica de un grado estabilizado contra UV indica una energía de perforación de 60 J a 23 °C y 65 J a −30 °C. Sin embargo, su valor de impacto con entalla cae de 70 a 15 kJ/m² entre esas temperaturas, por lo que las entallas y las esquinas afiladas son más críticas en el frío. El poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) es aproximadamente cinco veces más rígido que el policarbonato (11–12.7 GPa frente a 2.4 GPa). Las clasificaciones de impacto (del fabricante) para los gabinetes terminados son específicas de cada producto: solicite el código IK bajo IEC 62262.
Límites de calor y temperatura
Los metales conducen el calor mucho mejor que los plásticos: la conductividad térmica es de aproximadamente 55 W/m·K para el acero sin alear, 15 W/m·K para 304 a temperatura ambiente, 138 W/m·K para el aluminio 5052 recocido, 0.2 W/m·K para el policarbonato y 0.30–0.36 W/m·K para el compuesto de moldeo de láminas de grado eléctrico. Pero un gabinete disipa el calor principalmente desde su superficie exterior hacia el aire, y los cálculos de calor del gabinete utilizan un coeficiente de superficie en su lugar:
| Material | Referencia A | Referencia B | Referencia C |
|---|---|---|---|
| Acero pintado | 5.5 | 5.5 | 5.5 |
| Acero inoxidable | 3.7 | 4.5 | 6.5 |
| Aluminio | 12 | 12.5 | no especificado |
| Plástico | 3.5 | 3.5 | 3.5 |
La Referencia A es un documento técnico de dimensionamiento de gabinetes de un distribuidor; B y C son documentos técnicos de dos fabricantes de gabinetes. Coinciden en el acero pintado y el plástico, pero discrepan en el acero inoxidable. La nota térmica de un fabricante de gabinetes añade que el aluminio y el acero inoxidable sin acabado se calientan más que los gabinetes pintados porque irradian el calor con menor eficiencia, mientras que los gabinetes no metálicos se comportan de forma muy similar al metal pintado. Trate las cifras de metal desnudo como aproximadas y mantenga un margen; consulte el cálculo de calor del gabinete.
Los límites de temperatura son una cuestión de los plásticos. Un fabricante de gabinetes indica aproximadamente de −50 °C a +120 °C para su policarbonato y, típicamente, de −50 °C a +150 °C para poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV); otro especifica un rango de −40 °C a +80 °C a largo plazo para una línea de policarbonato. Utilice el rango publicado para el gabinete específico. Para gabinetes metálicos, el mismo fabricante señala que el límite lo establece la junta o la pintura, no el metal.
Blindaje EMI, señales inalámbricas y conexión a tierra
Los gabinetes metálicos (acero, acero inoxidable, aluminio) forman un límite conductor que refleja y absorbe la interferencia. Los plásticos son aislantes eléctricos y ofrecen una protección EMI insignificante, a menos que estén chapados o tengan un recubrimiento conductor. La misma propiedad funciona a la inversa para las comunicaciones inalámbricas: colocar una radio dentro de una caja de acero es, como dice un columnista de instrumentación, lo mismo que colocarla en una jaula de Faraday, mientras que el policarbonato y el poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) permiten el paso de señales de Wi-Fi, celulares y otras. Con un gabinete metálico, la antena se coloca en el exterior; especifique esa abertura con sus otros recortes.
La puesta a tierra también difiere. En el NEC, según lo citado por los comentaristas de códigos, 314.3 limita las cajas no metálicas a métodos de cableado no metálicos a menos que se proporcione una conexión equipotencial interna entre todas las entradas metálicas, y 314.4 requiere que las cajas metálicas se conecten a un conductor de puesta a tierra del equipo según 250.148. Estas secciones están escritas para cajas: aplíquelas tal como lo haga su autoridad con jurisdicción y verifique la edición que esta imponga.
Corte, perforación y modificación
- Acero inoxidable: se endurece por deformación. Mantenga las herramientas afiladas, mantenga un avance positivo y no permita que la herramienta se detenga. Use herramientas reservadas para acero inoxidable, o el hierro recogido del trabajo con acero al carbono se oxidará en la superficie.
- Acero con recubrimiento en polvo: retoque la pintura alrededor de cada orificio nuevo para que no quede acero al descubierto.
- Aluminio: clasificado como de dificultad moderada en las tablas de un fabricante, similar al acero suave. Elimine las rebabas y utilice tornillería de acero inoxidable o aluminio en lugar de acero común. Para aluminio en exteriores, tornillos que previenen la corrosión galvánica en aluminio compara las opciones y muestra por qué una arandela plástica sola no aísla un tornillo.
- Policarbonato: fácil de mecanizar con herramientas afiladas. Enfríe con aire o una ligera neblina de agua; los aceites de corte derivados del petróleo y los refrigerantes agresivos pueden causar agrietamiento por tensión.
- Poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV): abrasivo. Una herramienta sin filo es la causa más común de agujeros astillados; las sierras de corona con punta de carburo o de diamante a alta velocidad y baja alimentación funcionan mejor. Extraiga el polvo y use protección ocular y respiratoria.
Cada abertura debe cerrarse con un accesorio con una clasificación al menos tan alta como la del gabinete: consulte recortes, prensaestopas y ventanas HMI.
Qué material para cada aplicación
| Aplicación | Primera opción | Considere también |
|---|---|---|
| Lavado a presión para alimentos, bebidas y farmacéutica | 304 o 316L de acero inoxidable | 316L donde se utilizan desinfectantes clorados |
| Costero, marino, sal de deshielo | acero inoxidable 316L | Poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV); 5xxx aluminio |
| Paneles industriales para interiores o protegidos | Acero al carbono con recubrimiento en polvo | acero inoxidable 304 |
| Sensible al peso, móvil, de montaje en poste | Aluminio | Policarbonato |
| Equipo inalámbrico en el interior | Policarbonato o poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) | Metal con una antena externa |
| Ácidos y muchos solventes, sin álcalis fuertes | poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) | acero inoxidable 316L |
| Electrónica sensible a EMI | Metal: acero, acero inoxidable o aluminio | Plástico solo si tiene un recubrimiento conductor |
Diseños personalizados. NEMA4 Enclosure fabrica gabinetes personalizados en acero inoxidable 304 y 316L, acero al carbono con recubrimiento en polvo (RAL 7035 gris claro; otros colores a solicitud), aluminio, policarbonato y poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV). Los no metálicos se ofrecen en tamaños moldeados estándar, cortados según su disposición. Los tipos NEMA 1, 3R, 4, 4X, 6P, 12 y 13 se ofrecen como clasificaciones del fabricante para el diseño especificado; los gabinetes no están listados por UL y no se ofrecen tipos para ubicaciones peligrosas. Desde una sola pieza, con cotización por correo electrónico y entrega en 10 días hábiles a partir de su aprobación del plano.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el mejor material para un gabinete NEMA 4X?
No hay un único material ideal. El acero inoxidable es adecuado para el lavado a presión y plantas de alimentos, 316L cloruros y aire salino, y el poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) o el policarbonato para aplicaciones inalámbricas, sensibles al peso o de ciertos productos químicos. La clasificación 4X pertenece al diseño final, no al material.
¿Es el aluminio adecuado para gabinetes de exterior?
Por lo general, sí. El aluminio forma una película de óxido protectora y las aleaciones 5xxx resisten bien los entornos marinos. Evite los limpiadores alcalinos fuertes y aísle el material del acero y el cobre para evitar la corrosión galvánica.
¿Los gabinetes de plástico bloquean las señales de Wi-Fi o celulares?
No. El policarbonato y el poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) permiten el paso de señales de radio, razón por la cual se utilizan para equipos inalámbricos. Los gabinetes metálicos las bloquean, por lo que la antena debe montarse en el exterior.
¿Es el acero con recubrimiento de polvo tan resistente a la corrosión como el acero inoxidable?
No utilizar en áreas de lavado a presión o corrosivas. Su protección depende del recubrimiento y el pretratamiento, y cualquier desprendimiento o corte expone el acero desnudo. Es una opción buena y económica para interiores y ubicaciones protegidas.
¿Qué material de gabinete disipa mejor el calor?
Depende tanto del acabado como del metal. Las tablas de coeficientes sitúan al aluminio en el nivel más alto, seguido del acero pintado y, por último, el plástico; sin embargo, una nota térmica de un fabricante indica que el aluminio desnudo y el acero inoxidable irradian menos calor que las superficies pintadas, y las cifras para el acero inoxidable desnudo varían según la referencia. Nuestras guías utilizan 3.7 W/m²K para el acero inoxidable; calcule con un margen.
Fuentes
- NEMA, "Preguntas frecuentes de NEMA: Gabinetes" (Q14 de niebla salina: 600 h frente a G90, luego 200 h frente a AISI 304 para el Tipo 4X)
- ATI, ficha técnica de tipos 302/304/304L/305 (densidad, módulo, conductividad térmica)
- ATI, ficha técnica de tipos 316/316L/317/317L (densidad)
- Outokumpu, grados de acero, propiedades y estándares globales (Tabla 12)
- Kaiser Aluminum, hoja de datos de la aleación 5052
- Asociación del Aluminio, serie de aleaciones (5xxx: resistencia a la corrosión en el medio marino; 5052 en electrónica)
- Asociación del Aluminio, electrónica y electrodomésticos
- Profilgruppen, resistencia a la corrosión del aluminio (película de óxido estable en pH 4–9; evite los álcalis fuertes)
- Covestro, hoja de datos de policarbonato Makrolon 2807
- Covestro, "Makrolon: la resistencia química"
- Altraset AS8125 hoja de datos de SMC eléctrico (gravedad específica, módulo de tracción)
- LyondellBasell, ficha técnica de Premi-Glas SMC (densidad, conductividad térmica)
- nVent HOFFMAN, Información técnica (propiedades del material, tasas de transferencia de calor)
- nVent HOFFMAN, Spec-00488 (el aluminio y el acero inoxidable sin acabado se calientan más; los no metálicos son similares a los pintados)
- AutomationDirect, "Cómo seleccionar y dimensionar un gabinete" (coeficientes de transferencia de calor por material)
- Rittal, informe técnico de Thermal Management Solutions (coeficientes de transferencia de calor)
- Fibox, declaración de gabinete de policarbonato (temperatura de funcionamiento a largo plazo)
- Fibox, materiales de gabinete
- ASTM B117, Aparato de niebla salina (spray)
- Powder Coated Tough (Powder Coating Institute), estrategias de recubrimiento en polvo para la resistencia a la corrosión
- Powder Coated Tough, "Pretratamiento para el rendimiento en exteriores" (estándar de fosfato de zinc para acero)
- Powder Coated Tough, "Una guía de recubrimientos en polvo para entornos de servicio extremo"
- CompositesWorld, degradación superficial por UV del poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) (visibilidad de la fibra)
- UL Solutions, Entendiendo la serie UL 746 (f1 / f2 clasificaciones para exteriores)
- Interference Technology, nuevas técnicas para el blindaje de EMI
- Control Global, "Los gabinetes son más que una caja"
- Interstate Plastics, guía de fabricación de policarbonato (refrigerantes y agrietamiento por tensión)
- Stahlin, corte y perforación de gabinetes de poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) (herramientas, velocidades y avances)
- Mike Holt, comentario del Artículo 250 del NEC (314.3 cajas no metálicas, 314.4 y 250.148)
- Euro Inox, acero inoxidable decapado y pasivado (autopasivación)
- SSINA, mecanizado de aceros inoxidables
- BSI, IEC 62262 (código IK)
