Por que um gabinete selado fica úmido por dentro
O ar retém vapor de água, e a quantidade que ele pode reter diminui conforme esfria. Resfrie o ar úmido o suficiente e ele atingirá seu ponto de orvalho; abaixo disso, a água sai na forma de gotas nas superfícies mais frias. Em um gabinete, essas superfícies são as paredes e a porta, e a água então goteja sobre o que estiver abaixo.
Um gabinete com vedação impede a entrada de chuva e água de mangueira, mas também retém a umidade que estava no ar quando a porta foi fechada, além de qualquer umidade que entre posteriormente. As normas dizem isso claramente. O escopo da NEMA 250 exclui a proteção do equipamento acondicionado contra condições como a condensação que ocorre dentro do gabinete. A IEC 60529 exclui a umidade produzida por condensação, e seus testes de água observam que o orvalho formado no interior durante o teste não deve ser confundido com a entrada de água. Uma classificação NEMA 4X ou IP66 não é, portanto, uma promessa de um interior seco.
Ponto de orvalho: o número que importa
O Serviço Nacional de Meteorologia dos EUA publica as fórmulas por trás de sua calculadora meteorológica. A pressão de vapor de saturação é es = 6.11 x 10^(7.5T / (237.3 + T)) hPa, com T em °C; multiplicar pela umidade relativa fornece a pressão de vapor real, e resolver a mesma equação de forma inversa fornece o ponto de orvalho. Valores dessas fórmulas, na pressão ao nível do mar:
| Ar | Umidade relativa | Ponto de orvalho |
|---|---|---|
| 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) |
Leia desta forma: se um gabinete for fechado em uma tarde úmida de 30 °C com 80% de umidade relativa, qualquer superfície interna que caia abaixo de cerca de 26 °C acumulará água. Uma noite de céu limpo em uso externo, um enxágue com água fria ou uma sala com ar-condicionado farão isso facilmente. Nas condições da última linha, quase qualquer superfície mais fria condensa.
Respiração: ciclos de temperatura bombeiam ar úmido para dentro
O ar retido em um gabinete retém pouca água. Usando a fórmula da razão de mistura NWS, o ar a 30 °C e 80% carrega cerca de 21.6 g de água por kg de ar seco; o ar saturado a 20 °C retém cerca de 14.7 g/kg. Para o volume interno de um gabinete de 24 × 20 × 8 pol (0.607 × 0.505 × 0.200 m = 0.061 m³) com uma densidade do ar de 1.2 kg/m³, o resfriamento do primeiro estado para o segundo libera 0.061 × 1.2 × 6.9 = cerca de 0.5 g de água. Isso equivale a algumas gotas.
O problema é a repetição. A IEC 60529 reconhece gabinetes nos quais "o ciclo normal de trabalho do equipamento causa reduções na pressão do ar dentro do gabinete abaixo da pressão do ar circundante, por exemplo, devido a efeitos de ciclagem térmica", e seus testes de água exigem um equilíbrio de pressão se a água estiver mais de 5 K mais fria que o gabinete. O resfriamento de 30 °C para 20 °C reduz o ar preso em cerca de 3.3% (293 K / 303 K), portanto, cada ciclo pode puxar o ar externo através de uma vedação gasta, um prensa-cabo frouxo ou um conduíte. Um fabricante de drenos descreve esses vácuos induzidos pela temperatura como algo que puxa água e umidade para dentro do gabinete. Cada carga de ar úmido deixa sua água para trás e, ao longo de semanas, as gotas tornam-se uma poça.
Eletrodutos pioram a situação: o escopo da NEMA 250 também exclui condições que entram por eletrodutos ou aberturas não vedadas, e um trecho de eletroduto vindo de um espaço mais quente ou úmido conduz ar úmido diretamente para dentro. Vede as entradas de eletrodutos e use prensa-cabos que correspondam à classificação do gabinete; consulte recortes e prensa-cabos.
Aquecedores: mantêm as paredes acima do ponto de orvalho
A solução mais direta é manter as superfícies internas mais quentes que o ponto de orvalho do ar interno. Um aquecedor de gabinete faz isso, e o guia de aquecedores de um fabricante de gabinetes observa um caso menos óbvio: um sistema pode funcionar o dia todo e depois esfriar rapidamente quando é desligado à noite, e essa queda pode causar condensação e corrosão.
Dois métodos de dimensionamento publicados usam a mesma relação que a dissipação de calor:
Saída do aquecedor = ΔT x k x A - calor dos componentes
ΔT = quanto acima da temperatura ambiente você deseja manter o gabinete (K); k = coeficiente de transferência de calor (cerca de 3.7 W/m²K para aço inoxidável, 5.5 W/m²K para aço pintado); A = área de superfície (m²). Para um gabinete de uso externo em ar em movimento, ambos os métodos dobram o termo ΔT x k x A.
Exemplo prático. O mesmo gabinete de aço inoxidável de 24 × 20 × 8 pol em uma parede expõe 0.764 m² de área de superfície plana (frente, topo, base e laterais), a área que esses métodos de aquecimento utilizam; os 0.801 m² em nossas páginas de produtos referem-se à superfície efetiva de dissipação de calor IEC/TR 60890. Para este exemplo, escolhemos mantê-lo 5 K acima da temperatura ambiente, e assumimos que o equipamento interno é desligado à noite, portanto não contribui com calor:
- Em ambientes internos: 5 × 3.7 × 0.764 = 14.1 W.
- Ao ar livre, dobrado: 2 × 14.1 = 28.3 W.
- Manter 10 K acima da temperatura ambiente ao ar livre exigiria 2 × 10 × 3.7 × 0.764 = 56.5 W.
Quando o equipamento estiver em operação, subtraia o calor gerado por ele. Escolha um aquecedor com potência superior ao resultado e controle-o com um termostato para não adicionar calor em dias quentes; o guia de cálculo de calor mostra quão rápido um gabinete selado superaquece.
Onde montar: baixo. Um estudo de fluxo de ar de um catálogo de controle climático descobriu que as áreas abaixo de um aquecedor são aquecidas apenas minimamente e classificou a montagem do aquecedor na área da base do gabinete como essencial para uma temperatura uniforme. Mantenha-o livre de cabos e de qualquer item sensível ao calor.
Drenos e respiros classificados conforme o tipo de gabinete
Um dreno de ventilação montado no fundo do gabinete permite que a água condensada escorra por gravidade e equaliza a pressão, o que reduz o vácuo que puxa o ar úmido para dentro. Existem drenos de ventilação listados com classificações Tipo 4 e 4X, declarados para manter a classificação quando instalados corretamente em um gabinete listado Tipo 4 ou 4X. Em um gabinete com classificação do fabricante, como o nosso, a classificação com um dreno instalado é a própria avaliação do fabricante.
- Coloque-o no ponto mais baixo, onde a água se acumula.
- Verifique a classificação própria do dreno. A regra da NEMA estabelece que a classificação de tipo de uma montagem instalada em campo é limitada pelo componente de menor classificação, e as conexões devem ser testadas para uma classificação de tipo igual ou superior à do gabinete.
- Um furo aberto não é um dreno em um gabinete 4X: ele permite a entrada de água de mangueira, e o gabinete deixa de atender ao Tipo 4X.
A água que entra precisa sair, mas um dreno não remove a fonte de umidade. Combine-o com boas vedações, entradas seladas e, onde necessário, um aquecedor.
Dessecante para gabinetes que permanecem fechados
O dessecante absorve vapor de água até ficar saturado, por isso é adequado para gabinetes que raramente são abertos. Sua capacidade se esgota rapidamente ao ar livre. A nota de aplicação de um fabricante de instrumentos cita testes de um fabricante de dessecante a 60% de umidade relativa e 30 °C, nos quais cerca de 25% da capacidade de um sachê foi consumida após uma hora de exposição, e orienta os usuários a instalarem um novo dessecante cada vez que o invólucro for aberto e a eletrônica exposta. O mesmo se aplica a um gabinete: mantenha sachês sobressalentes selados, substitua-os sempre que a porta ficar aberta por muito tempo e não espere que o dessecante dê conta de uma caixa que respira por meio de um vazamento.
Ar-condicionado e lavagem sob pressão: dois casos especiais
Ar-condicionado para gabinetes remove a água do ar interno como um efeito colateral: ela condensa na serpentina do evaporador fria e deve ser retirada do gabinete. Um catálogo de controle climático apresenta um exemplo: com a porta fechada, a desumidificação de um gabinete de 0.6 m³ libera 0.6 × 1.2 × 11 = 7.92 g, cerca de 8 ml. Com entradas mal vedadas ou vedações danificadas, o ar continua sendo substituído e, com um vazamento de 5 m³/h, até 80 ml de condensado podem se formar a cada hora. O conselho é: opere as unidades de resfriamento apenas com a porta fechada, sele o gabinete em todos os lados, instale um interruptor de porta, defina a temperatura interna apenas tão baixa quanto necessário e não aponte o ar frio diretamente para os componentes eletrônicos. Se um gabinete com ar-condicionado ainda ficar úmido, por que o resfriamento do gabinete causa condensação rastreia a água até sua origem: o caminho de drenagem do resfriador, vedações e entradas com vazamento ou uma superfície abaixo do ponto de orvalho.
Lavagem sob pressão cria ambas as condições simultaneamente. Um gabinete quente atingido por água de enxágue fria resfria rapidamente e puxa ar que está próximo da saturação. Sempre que possível, enxágue com água próxima à temperatura do gabinete, mantenha vedações e prensa-cabos em boas condições e instale um dreno de ventilação classificado pelo fabricante. Veja gabinetes para lavagem sob pressão para alimentos e bebidas e, para locais externos, gabinetes elétricos de uso externo.
Projetos personalizados. NEMA4 Enclosure fabrica gabinetes personalizados em aço inoxidável 304 ou 316L, aço carbono revestido com pó, alumínio, policarbonato e poliéster reforçado com fibra de vidro (os não metálicos em tamanhos moldados padrão cortados conforme seu layout), em uma única peça. Conte-nos a entrada de drenagem, respiração, aquecimento ou prensa-cabo que você vai instalar e onde, e cortamos as aberturas para isso; a classificação do conjunto montado é limitada pela classificação de cada componente. Nossos gabinetes de sobrepor em 304 e 316L aço inoxidável são classificados NEMA 4X / IP66 pelo fabricante; não listado pela UL.
Perguntas frequentes
Por que há água no meu gabinete NEMA 4X?
Na maioria das vezes, trata-se de condensação. O ar úmido dentro do gabinete condensa em paredes que esfriam abaixo do seu ponto de orvalho, e os ciclos de temperatura atraem mais ar úmido através de vedações, prensa-cabos e conduítes. Uma classificação cobre a água externa, não a condensação interna.
Como evitar a condensação em um gabinete elétrico?
Mantenha as superfícies internas acima do ponto de orvalho com um aquecedor controlado por termostato, escoe a água com um dreno de ventilação classificado pelo fabricante para o tipo de gabinete, sele as entradas de conduítes e cabos e use dessecante em gabinetes que são raramente abertos.
Qual o tamanho do aquecedor necessário para evitar a condensação?
Multiplique o aumento de temperatura desejado acima da temperatura ambiente pelo coeficiente de transferência de calor e pela área de superfície, dobre o valor para uso externo e subtraia o calor do equipamento em funcionamento. Manter um gabinete de aço inoxidável de 0.764 m² a 5 K acima da temperatura ambiente em uso externo requer cerca de 28 W.
Um respiro ou dreno anula a classificação NEMA 4X?
Um dreno classificado como Tipo 4X e instalado conforme as instruções do fabricante é projetado para não permitir a entrada de água; em um gabinete listado, o fabricante declara que a classificação é mantida, e em um gabinete com classificação do fabricante, o fabricante do gabinete faz essa avaliação. Um dreno não classificado ou um furo aberto limita todo o gabinete à classificação daquela abertura.
Um ar-condicionado de gabinete pode causar condensação?
Ele remove a água do ar em sua serpentina fria, e essa água deve ser drenada. Se a porta estiver aberta ou as vedações apresentarem vazamentos, o ar úmido continuará entrando e o condensado continuará se formando, portanto, opere-o apenas com o gabinete fechado e vedado.
Fontes
- US National Weather Service (El Paso), folha de fórmulas de "Vapor Pressure"
- US National Weather Service (El Paso), "Wet-bulb Temperature and Dewpoint Temperature from Air Temperature and Relative Humidity" (fórmula do ponto de orvalho)
- US National Weather Service (El Paso), folha de fórmulas de "Mixing Ratio"
- ANSI/NEMA 250-2020, conteúdo e escopo (condensação dentro do gabinete, conduítes e aberturas não vedadas não cobertos)
- IEC 60529 Ed. 2.2 (escopo; gabinetes de Categoria 1 e ciclagem térmica; temperatura da água dentro de 5 K e equilíbrio de pressão; orvalho durante os testes)
- NEMA, "NEMA FAQs: Gabinetes" (Q15, conexões e a regra do elo mais fraco)
- Hammond Manufacturing, seleção de produtos de aquecimento (condensação noturna, fórmula do aquecedor, fator de uso externo)
- Rittal, Catálogo Técnico de Sistemas de Controle Climático, aquecedores de gabinete (fórmula de saída, posicionamento externo, aquecedor na área da base)
- Rittal, unidades de resfriamento (cálculo de condensado, exemplo de vazamento, porta fechada, interruptor de porta)
- Rittal, seleção de unidades de resfriamento (ar frio não direcionado aos componentes, para evitar condensação)
- nVent HOFFMAN, ficha técnica de drenos de ventilação (dreno por gravidade, equalização de pressão, vácuos induzidos por temperatura, Tipo 4/4X)
- Sea-Bird Electronics, Nota de Aplicação 71, "Uso e Regeneração de Dessecante" (Jan 2014)
