Cómo dimensionar un gabinete eléctrico

Dimensiones exteriores, interiores y de la placa de montaje

Los gabinetes se venden por el tamaño exterior del cuerpo, alto x ancho x profundidad. Tres números menores son importantes para la disposición:

• Dimensiones internas: el tamaño exterior menos el espesor de la lámina y cualquier reborde o pestaña de la puerta.
• Placa de montaje: la placa extraíble a la que se atornillan los dispositivos. Es más pequeña que el interior, ya que se asienta sobre pernos fuera de las paredes y de la pestaña de la puerta.
• Profundidad utilizable: desde la cara de la placa de montaje hasta el interior de la puerta cerrada.

Ejemplo práctico. Nuestro gabinete de montaje en pared de 24 × 20 × 8 pulg en acero inoxidable 304 tiene, según su plano de referencia: interior nominal de 606.6 × 505.0 × 200.2 mm; placa de montaje de 545.6 × 444.0 mm (aprox. 21.5 × 17.5 pulg); profundidad útil de 184.9 mm (aprox. 7.3 pulg). Por lo tanto, una caja de 24 × 20 pulg le brinda un área de diseño de aproximadamente 21.5 × 17.5 pulg, no 24 × 20. Cada página de producto enumera el tamaño interior nominal, y el buscador de tamaños filtra por altura, ancho y profundidad interior mínimos.

Los mismos números en toda la gama, tomados del CAD de referencia de cada tamaño, muestran cuánto espacio exterior real tiene disponible para la distribución. El recuento de módulos DIN utiliza el ejemplo de distribución de cada página de producto (17.5 mm de módulos en rieles horizontales entre conductos de cables), y la columna de calor aplica el método del Paso 5 (superficie efectiva IEC/TR 60890, k = 3.7 W/m²K) a ese tamaño en una pared:

Dimensiones nominales del CAD de referencia de cada tamaño; las dimensiones finales se confirman con su pedido. Módulos DIN: módulos de 17.5 mm en el diseño de ejemplo dibujado en cada página de producto. Calor: lo que el gabinete sellado disipa en una pared con un aumento de 10 K (18 °F), k = 3.7 W/m²K.

Hay dos patrones que vale la pena notar. La placa de montaje es aproximadamente de 40 a 65 mm (1.5 a 2.5 pulg) más pequeña que el exterior en cada dirección en todos los tamaños, por lo que la proporción que se pierde es mayor en las cajas pequeñas. Y el calor que disipa un tamaño sellado aumenta con su área superficial, por lo que una caja más profunda con la misma cara añade capacidad térmica y profundidad sin añadir área de placa. La tabla de tamaños de gabinete enumera cada tamaño estándar de la misma manera, en pulgadas y milímetros, con ambos grados y las carcasas HMI.

Paso 1: la envolvente de los componentes

Enumere cada dispositivo que se instale en el gabinete con su altura, anchura y profundidad según la ficha técnica del fabricante: fuentes de alimentación, disyuntores, bloques de terminales, relés, PLC o E/S, conmutadores de red, la computadora. Luego, dibújelos en la placa de montaje en sus posiciones reales, con los rieles DIN y los conductos de cables entre las filas. Dibujarlo a escala, o en CAD sobre el contorno de la placa, detecta lo que la suma de áreas pasa por alto: los dispositivos solo caben en filas completas, y el conducto de cables ocupa una parte sorprendente de la placa.

Respete los despejes que especifican los fabricantes de dispositivos. Los variadores, las fuentes de alimentación y las computadoras a menudo necesitan espacio libre arriba y abajo para el flujo de aire, y estos varían según el producto y el tamaño del bastidor, por lo que debe tomarlos de cada manual en lugar de usar una regla general.

Paso 2: espacio de reserva para cambios

Los paneles crecen. Los ingenieros entrevistados por Control Design describen el 20% de espacio de reserva como un requisito comúnmente especificado, y del 20–25% como lo típico, con un 25% donde se espera expansión; AutomationDirect sugiere aproximadamente un 20–25% de terminales o espacio de reserva instalado, con un 10% como mínimo. El ducto de cables también suele dimensionarse con capacidad de reserva, para que el cableado posterior no tenga que forzarse. Si el diseño llena el panel hasta el borde desde el primer día, aumente el tamaño. El área vacía del panel no es toda reserva utilizable: medir el espacio de reserva utilizable en un panel de control separa el espacio de expansión de los despejes requeridos, los huecos de ventilación, las rutas de cables y el acceso de servicio.

Paso 3: espacio de curvatura y enrutamiento de cables

Los conductores necesitan espacio para doblarse desde la terminal hacia la entrada del cable sin ser forzados contra la terminal. Para los gabinetes cubiertos por el Artículo 312 del NEC (gabinetes y cajas de recorte), el NEC 312.6 establece el espacio mínimo de doblado de cables en las terminales en dos tablas: la Tabla 312.6(A) donde el conductor no entra ni sale de la pared opuesta a su terminal, y la Tabla 312.6(B) donde sí lo hace. El espacio depende del tamaño del conductor y del número de cables por terminal, por lo que los alimentadores grandes necesitan mucho más espacio que el cableado de control. El NEC 312.8 también limita qué tanto de un gabinete para interruptores o dispositivos de sobrecorriente puede llenarse con conductores, empalmes y derivaciones.

Planifique también la ruta desde las entradas de cables hasta los terminales. Los prensaestopas y los conectores de conductos ocupan espacio en el interior de la pared, y en ubicaciones de lavado a presión y al aire libre recomendamos introducir los cables por la cara inferior para que el agua escurra de las entradas. La guía de recortes y prensaestopas cubre los tamaños de entrada.

Paso 4: profundidad y elementos en la puerta

La profundidad se determina por el dispositivo más profundo en la placa de montaje, más su cableado y conectores, además de cualquier elemento montado en la puerta: pulsadores, luces piloto, selectores, una pantalla o un panel PC. Los dispositivos montados en la puerta se extienden hacia el interior del gabinete, y un gabinete más profundo es la forma sencilla de evitar que golpeen los componentes de la placa. Compare la profundidad del dispositivo detrás de la placa según su hoja de datos con la profundidad útil del gabinete, y deje espacio para la curvatura del cable detrás de los conectores.

Para el hardware de IMD, hemos realizado esa verificación por usted: la configuración "IMD mini PC" añade una placa adaptadora VESA / riel DIN y dos prensaestopas, y la configuración de panel PC tiene la puerta recortada para el panel PC de IMD que elija. Cada página de producto enumera los dispositivos IMD para los cuales ese tamaño está configurado.

Paso 5: calor que un gabinete sellado puede disipar

Un gabinete NEMA 4X-type está sellado, por lo que el calor de los dispositivos internos debe salir a través de las paredes del gabinete. La relación básica utilizada en las guías térmicas de gabinetes es:

Calor disipado (W) = k x A x aumento de temperatura
A = área de superficie efectiva en m², aumento de temperatura = aire interior menos aire exterior en kelvin (°C), k = coeficiente de transferencia de calor: aproximadamente 5.5 W/m²K para lámina de acero pintada, aproximadamente 3.7 W/m²K (0.344 W/ft²K) para acero inoxidable.

Solo cuentan las superficies que pueden emitir calor, y no todas de la misma manera. La superficie efectiva IEC/TR 60890, que nuestras páginas de productos, tablas de dimensiones y calculadora de calor utilizan, excluye la parte posterior de un gabinete de montaje en pared y pondera las otras caras según su capacidad para disipar calor: A = 1.4 x W x (H + D) + 1.8 x D x H, con las dimensiones exteriores en metros. Los métodos de área de superficie en los catálogos de control climático de gabinetes, como DIN 57 660 parte 500, también distinguen entre instalaciones independientes, de montaje en pared y contiguas. Utilice el resultado como una primera comprobación.

Ejemplo práctico, continuación. El gabinete de 24 × 20 × 8 pulg (0.610 × 0.508 × 0.203 m) en una pared tiene una superficie efectiva de 1.4 × 0.508 x (0.610 + 0.203) + 1.8 × 0.203 × 0.610 = 0.801 m² (8.6 ft²). En acero inoxidable a k = 3.7 W/m²K:

• Un aumento de 10 °C (18 °F) sobre la temperatura ambiente permite unos 30 W de calor en el interior (3.7 × 0.801 × 10 = 29.6 W).
• Un aumento de 20 °C (36 °F) permite aproximadamente 59 W.
• La guía térmica de un fabricante de gabinetes recomienda un margen de seguridad del 25%, lo que reduce esos 59 W a aproximadamente 47 W.

Compare eso con lo que va en el interior: pérdidas de la fuente de alimentación, variadores, una computadora, un interruptor de red. La guía térmica de un fabricante de gabinetes señala que por cada 18 °F (10 °C) de aumento por encima de aproximadamente 72–75 °F, la confiabilidad de los componentes electrónicos se reduce a la mitad. Mantenga la temperatura interna dentro de la temperatura ambiente clasificada de cada dispositivo.

Al aire libre, considere el sol. La misma guía sitúa la carga solar máxima en aproximadamente 97 W/ft² (aproximadamente 1,040 W/m²) en gran parte de los Estados Unidos, y sus pruebas mostraron que un escudo solar reduce el aumento de temperatura en un 25% (solo la parte superior) hasta un 56% (escudo de montaje en pared). Sombree el gabinete, o use un escudo solar, donde sea posible.

Si la carga es demasiado alta para una caja sellada: aumente el tamaño (más superficie), mueva las fuentes de calor al exterior o añada refrigeración de circuito cerrado, como un intercambiador de calor o un aire acondicionado para gabinete clasificado para el tipo de gabinete. Los ventiladores y filtros que intercambian aire exterior rompen el sello NEMA 4X a menos que tengan la misma clasificación de tipo. La calculadora de calor del gabinete realiza esta comprobación para su propia carga, ambiente y montaje.

Paso 6: giro de la puerta y espacio de trabajo

Cuando el gabinete contiene equipos que probablemente deban ser examinados, ajustados, reparados o mantenidos mientras estén energizados, el Código Eléctrico Nacional requiere espacio de trabajo frente al mismo. Según el NEC 110.26(A) (ediciones 2020 y 2023):

• Profundidad: al menos 3 ft (900 mm) para 0–150 V a tierra en la Condición 1, más a voltajes más altos y otras condiciones (Tabla 110.26(A)(1)).
• Ancho: el ancho del equipo o 30 pulg (762 mm), lo que sea mayor.
• Altura: 6.5 ft (2.0 m) o la altura del equipo, lo que sea mayor.
• Puertas: "En todos los casos, el espacio de trabajo debe permitir una apertura de al menos 90 grados de las puertas del equipo o de los paneles con bisagra."

Así que compruebe el giro de la puerta, no solo el gabinete. El ejemplo de 24 × 20 × 8 pulg tiene un radio de giro de puerta de 511.3 mm (aprox. 20.1 pulg) y un tamaño total con pies, bisagra y cierres de 697.6 × 515.2 × 213.7 mm, todo en su plano de referencia (PDF). Deje espacio en el lado de la bisagra para que la puerta se abra completamente y confirme la edición del código local con la autoridad competente.

Montaje del gabinete

Suspenda un gabinete clasificado por tipo mediante sus medios de montaje externos. NEMA señala que muchos gabinetes clasificados por tipo requieren un montaje externo a la cavidad eléctrica, a menos que se utilice un soporte o pie intermedio, en lugar de tornillos a través de orificios perforados en la parte posterior de la cavidad eléctrica. Nuestros gabinetes de montaje en pared se envían con cuatro pies de montaje en pared externos, y el patrón de orificios de montaje en pared se encuentra en cada plano de referencia. Considere el peso del gabinete y de todo su contenido al elegir los anclajes de pared.

Si se convierte en un panel de control industrial

Un gabinete con controladores de motor, protección contra sobrecorriente y dispositivos de control en su interior es un panel de control industrial según los términos del NEC. El Artículo 409 del NEC cubre los paneles de control industrial y requiere que estén marcados con información que incluya la clasificación de corriente de cortocircuito; el Suplemento SB de UL 508A es un método reconocido para determinar dicha clasificación. Si el panel también debe estar listado lo decide la autoridad competente o la especificación del proyecto.

Verifíquelo en CAD antes de realizar su pedido

Cada página de producto de NEMA4 Enclosure cuenta con CAD de referencia que puede descargar: un modelo STEP, un plano DWG/DXF y un plano PDF con las dimensiones exteriores, interiores, de la placa de montaje y de los orificios de montaje. Superponga el diseño de su panel sobre el contorno de la placa de montaje, verifique la profundidad con respecto a la puerta y verifique el giro de la puerta en el área. Las dimensiones son nominales; las dimensiones finales se confirman con su pedido.

Fabricamos 65 tamaños de montaje en pared, desde 6 × 4 × 4 pulg hasta 60 × 36 × 16 pulg, en 304 y 316L, por lo que generalmente hay un tamaño un paso superior disponible cuando el espacio es limitado.

Preguntas frecuentes

Fuentes

1. NFPA 70, Código Eléctrico Nacional (acceso gratuito de solo lectura): 110.26, 110.28, Artículo 312, Artículo 409
2. EC&M, "requisitos de la NEC para espacios de trabajo" (110.26 de apertura de puerta)
3. IAEI Magazine, "Artículos 312 y 314" (Tablas 312.6(A) y (B))
4. EC&M, NEC 312.8: límites de llenado para gabinetes de dispositivos de sobrecorriente
5. EC&M, Artículo NEC 409, tableros de control industrial (marcado SCCR, UL 508A Suplemento SB)
6. Rittal, Catálogo de Sistemas Técnicos de Control Climático (relación de pérdida de calor, k = 5.5 W/m²K, lámina de acero)
7. Hammond Manufacturing, selección de calefacción (k para acero pintado y acero inoxidable)
8. nVent HOFFMAN, Spec-00488, gestión térmica (método de área superficial, margen del 25%, confiabilidad, carga solar, protectores solares)
9. nVent HOFFMAN, Spec-01113, prueba de protector solar de montaje en pared
10. Control Design, "Expertos analizan las mejores prácticas para carcasas de paneles de control" (espacio de reserva, dispositivos de puerta)
11. Control Design, "Cómo planificar el espacio de E/S de reserva"
12. NEMA, "Preguntas frecuentes de NEMA: Gabinetes" (Q16, montaje externo)