Visão geral dos cinco materiais
| Material | Densidade | Rigidez (módulo) | Corrosão e produtos químicos | Sinais de rádio | Corte |
|---|---|---|---|---|---|
| 304 / 316L aço inoxidável | 7.90 / 8.03 g/cm³ | 200 GPa | Filme passivo de óxido de cromo; o 316L adiciona molibdênio para cloretos | Bloqueia; protege contra EMI | Difícil; encruamento |
| Aço carbono com pintura eletrostática | cerca de 7.85 g/cm³ | Como aço inoxidável (ambos os aços) | Determinado pelo revestimento e pré-tratamento; o aço sem revestimento enferruja onde a camada for danificada | Bloqueia; protege contra EMI | Moderado; retoque de pintura após o corte |
| Alumínio (5052) | cerca de 2.7 g/cm³ | 70 GPa | Filme de óxido estável de aproximadamente pH 4 a 9; evite álcalis fortes | Bloqueia; protege contra EMI | Moderado |
| Policarbonato | 1.20 g/cm³ | 2.4 GPa | Resiste a ácidos diluídos e à maioria dos óleos; sofre ataque por álcalis, amônia e muitos solventes | Passa; sem blindagem | Fácil |
| Poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV) (SMC de poliéster) | 1.65–1.90 g/cm³ | 11–12.7 GPa | Usado em áreas corrosivas com muitos ácidos e solventes; os dados sobre álcalis fortes variam | Passa; sem blindagem | Moderado; ferramentas de metal duro ou diamante |
Os valores são de folhas de dados do fabricante, exceto a densidade do aço carbono e as classificações (do fabricante) de corte, que são números de um fabricante de gabinetes. A coluna do módulo explica muito: para a mesma espessura de parede, uma parede de policarbonato é aproximadamente 80 vezes mais flexível que uma de aço (200 ÷ 2.4, nossa aritmética), razão pela qual gabinetes de plástico moldado usam paredes e nervuras mais espessas.
Resistência à corrosão e química
O aço inoxidável resiste à corrosão devido a uma fina película passiva rica em cromo que se reforma sozinha no ar. O teste de corrosão da NEMA para o Tipo 4X submete o gabinete a 600 horas de névoa salina e depois a mais 200 horas, comparando-o com um espécime de aço inoxidável AISI 304. Esse espécime é o benchmark do teste, não uma garantia para qualquer projeto: a classificação depende de como todo o gabinete é construído. Onde houver presença de cloretos (ar salino, salmoura, sanitizantes clorados), o 316L é o grau mais seguro: veja 304 vs 316L aço inoxidável para gabinetes e o guia de gabinete de aço inoxidável.
Aço carbono com pintura eletrostática é protegido por seu revestimento. A prática de pintura eletrostática trata o pré-tratamento como parte do sistema de corrosão: o aço geralmente recebe fosfato de ferro ou de zinco, sendo o fosfato de zinco o padrão para trabalhos de alto desempenho. Onde o revestimento for perfurado, cortado ou lascado, o aço nu subjacente precisa de retoque, caso contrário, ficará exposto ao ambiente. As horas de névoa salina citadas para revestimentos são comparações, não previsões de vida útil: a própria ASTM B117 afirma que o desempenho em ambientes naturais "raramente foi correlacionado com resultados de névoa salina quando usado como dado isolado."
O alumínio forma uma película de óxido densa e isolante que é estável em um pH de aproximadamente 4 a 9. A Aluminum Association descreve a série 5xxx (alumínio-magnésio) como tendo boa resistência à corrosão em ambiente marinho e lista 5052 entre as ligas para eletrônicos. A mesma película de óxido é o motivo pelo qual limpadores cáusticos são um problema: a orientação de extrusão é simplesmente "evite o contato com álcalis fortes."
O policarbonato resiste a ácidos diluídos e à maioria dos óleos e graxas industriais, mas o guia de resistência química de seu fabricante lista álcalis, amônia e aminas como agressivos, e acetona, MEK e solventes aromáticos como causadores de inchaço. O poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV) é usado em ambientes petroquímicos, de tratamento de água e marítimos, bem como com muitos solventes, álcoois e ácidos e álcalis moderadamente fortes. Para álcalis fortes, as tabelas de resistência dos próprios fabricantes de gabinetes discordam, portanto, verifique o produto químico específico e a concentração. Os detalhes estão em gabinetes de policarbonato versus poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV).
Exposição ao sol, UV e uso externo
- Aço inoxidável sem revestimento e alumínio não possuem revestimento que desbote.
- Pintura eletrostática a pó: a química importa. A orientação da indústria de pintura eletrostática a pó afirma que pós contendo epóxi, incluindo híbridos, não podem ser usados onde a aparência deve se manter ao ar livre; poliésteres básicos começam a desbotar, perder o brilho e calcinar após 12 a 18 meses de exposição contínua; poliésteres "superduráveis" resistem por cerca de cinco anos antes que ocorram alterações de cor e brilho. Pergunte qual pó um gabinete para uso externo utiliza.
- Policarbonato precisa de um grau com estabilização UV para uso externo. Um fabricante de gabinetes observa que o policarbonato transparente exposto aos raios UV, ao longo de alguns anos, ficará amarelado e perderá a resistência ao impacto.
- Poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV) as superfícies degradam-se lentamente sob UV até que as fibras de vidro fiquem visíveis ("fiber bloom"). Formulações com inibição de UV retardam o processo.
Para plásticos, a classificação de uso externo a ser procurada é a classificação UL 746C "f1": adequada para uso externo em relação à luz UV, exposição à água e imersão. O sol também adiciona carga térmica, portanto, um gabinete de plástico para uso externo também precisa passar pela verificação de calor abaixo.
Peso, rigidez e impacto
O alumínio tem cerca de um terço do peso do aço inoxidável (2.7 contra 7.9 g/cm³). Com a mesma espessura de parede de 1.5 mm, um metro quadrado de chapa de 304 pesa cerca de 11.9 kg e um metro quadrado de alumínio 5052 cerca de 4 kg (nosso cálculo baseado nas densidades). Isso é importante para montagem em postes e equipamentos móveis.
Os plásticos são ainda mais leves. O policarbonato possui altíssima resistência ao impacto: a ficha técnica de um grau estabilizado contra raios UV indica uma energia de perfuração de 60 J a 23 °C e 65 J a −30 °C. No entanto, seu valor de impacto com entalhe cai de 70 para 15 kJ/m² entre essas temperaturas, de modo que entalhes e cantos vivos importam mais no frio. O poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV) é cerca de cinco vezes mais rígido que o policarbonato (11–12.7 GPa contra 2.4 GPa). As classificações de impacto para gabinetes acabados são específicas do produto: solicite o código IK conforme a norma IEC 62262.
Limites de calor e temperatura
Metais conduzem calor muito melhor que plásticos: a condutividade térmica é de cerca de 55 W/m·K para aço não ligado, 15 W/m·K para 304 à temperatura ambiente, 138 W/m·K para alumínio 5052 recozido, 0.2 W/m·K para policarbonato e 0.30–0.36 W/m·K para composto de moldagem de chapa de grau elétrico. Mas um gabinete dissipa calor principalmente de sua superfície externa para o ar, e os cálculos de calor do gabinete utilizam um coeficiente de superfície em vez disso:
| Material | Referência A | Referência B | Referência C |
|---|---|---|---|
| Aço pintado | 5.5 | 5.5 | 5.5 |
| Aço inoxidável | 3.7 | 4.5 | 6.5 |
| Alumínio | 12 | 12.5 | não informado |
| Plástico | 3.5 | 3.5 | 3.5 |
A Referência A é um white paper de dimensionamento de gabinete de um distribuidor; B e C são documentos técnicos de dois fabricantes de gabinetes. Eles concordam sobre aço pintado e plástico, mas divergem sobre aço inoxidável. Uma nota térmica de um fabricante de gabinetes acrescenta que o alumínio e o aço inoxidável sem acabamento operam em temperaturas mais altas que gabinetes pintados porque irradiam calor de forma menos eficiente, enquanto gabinetes não metálicos se comportam de forma muito semelhante ao metal pintado. Trate os valores de metal nu como aproximados e mantenha uma margem; veja cálculo de calor do gabinete.
Os limites de temperatura são uma questão de plásticos. Um fabricante de gabinetes fornece cerca de −50 °C a +120 °C para seu policarbonato e tipicamente −50 °C a +150 °C para poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV); outro classifica uma linha de policarbonato em −40 °C a +80 °C a longo prazo. Use a faixa publicada para o gabinete específico. Para gabinetes metálicos, o mesmo fabricante observa que o limite é definido pela vedação ou pela pintura, não pelo metal.
Blindagem EMI, sinais sem fio e aterramento
Gabinetes metálicos (aço, inoxidável, alumínio) formam uma barreira condutiva que reflete e absorve interferências. Os plásticos são isolantes elétricos e oferecem proteção eletromagnética (EMI) negligenciável, a menos que sejam metalizados ou recebam um revestimento condutivo. A mesma propriedade funciona de maneira inversa para comunicação sem fio: colocar um rádio dentro de uma caixa de aço é, como diz um colunista de instrumentação, o mesmo que colocá-lo em uma gaiola de Faraday, enquanto o policarbonato e o poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV) deixam passar sinais de Wi-Fi, celular e outros. Com um gabinete metálico, a antena fica do lado de fora; especifique essa abertura junto com seus outros recortes.
O aterramento também difere. No NEC, conforme citado por comentaristas de normas, 314.3 limita caixas não metálicas a métodos de fiação não metálicos, a menos que seja fornecido aterramento interno entre todas as entradas metálicas, e 314.4 exige que caixas metálicas sejam conectadas a um condutor de aterramento de equipamento conforme 250.148. Essas seções foram escritas para caixas: aplique-as conforme sua autoridade competente, e verifique a edição que ela aplica.
Corte, furação e modificação
- Inox: sofre encruamento. Mantenha as ferramentas afiadas, mantenha uma alimentação positiva e não deixe a ferramenta parada. Use ferramentas reservadas para aço inoxidável, ou o ferro coletado de trabalhos com aço carbono enferrujará na superfície.
- Aço com pintura eletrostática: retoque a pintura ao redor de cada novo furo para que nenhum aço nu fique exposto.
- Alumínio: classificado como moderadamente difícil em tabelas de um fabricante, como o aço carbono. Desbaste e use fixadores de aço inoxidável ou alumínio em vez de fixadores de aço comum. Para alumínio de uso externo, fixadores que previnem corrosão galvânica no alumínio compara as opções e mostra por que uma arruela plástica sozinha não isola um parafuso.
- Policarbonato: fácil de usinar com ferramentas afiadas. Resfrie com ar ou uma névoa leve de água; óleos de corte à base de petróleo e refrigerantes agressivos podem causar trincas por tensão.
- Poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV): abrasivo. Uma ferramenta cega é a causa mais comum de furos lascados; serras copo com ponta de metal duro ou de diamante em alta velocidade e baixa alimentação funcionam melhor. Extraia o pó e use proteção ocular e respiratória.
Cada abertura deve então ser fechada por um acessório classificado pelo fabricante com nível pelo menos tão alto quanto o do gabinete: veja recortes, prensa-cabos e janelas HMI.
Qual material para cada aplicação
| Aplicação | Primeira escolha | Considere também |
|---|---|---|
| Lavagem sob pressão para alimentos, bebidas e farmacêutica | 304 ou 316L aço inoxidável | 316L onde sanitizantes clorados são usados |
| Costeiro, marinho, sal de degelo | 316L aço inoxidável | Poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV); 5xxx alumínio |
| Painéis industriais internos ou protegidos | Aço carbono com pintura eletrostática | 304 aço inoxidável |
| Sensível ao peso, móvel, montagem em poste | Alumínio | Policarbonato |
| Equipamentos sem fio no interior | Policarbonato ou poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV) | Metal com uma antena externa |
| Ácidos e muitos solventes, sem álcali forte | poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV) | 316L aço inoxidável |
| Eletrônicos sensíveis a EMI | Metal: aço, aço inoxidável ou alumínio | Apenas plástico se revestido com material condutivo |
Projetos personalizados. A NEMA4 Enclosure fabrica gabinetes personalizados em aço inoxidável 304 e 316L, aço carbono com pintura eletrostática (cinza claro RAL 7035; outras cores sob consulta), alumínio, policarbonato e poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV). Os materiais não metálicos vêm em tamanhos moldados padrão, cortados conforme seu layout. Os tipos NEMA 1, 3R, 4, 4X, 6P, 12 e 13 são oferecidos como classificações do fabricante para o projeto especificado; os gabinetes não são listados pela UL e tipos para locais perigosos não são oferecidos. A partir de uma unidade, orçados por e-mail, entregues em 10 dias úteis após a sua aprovação do desenho.
Perguntas frequentes
Qual é o melhor material para um gabinete NEMA 4X?
Não existe um único material ideal. O aço inoxidável é adequado para lavagem sob pressão e indústrias alimentícias, 316L cloretos e ar salino, e o poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV) ou o policarbonato para aplicações sem fio, sensíveis ao peso ou com certos produtos químicos. A classificação 4X pertence ao design final, não ao material.
O alumínio é bom para gabinetes de uso externo?
Geralmente, sim. O alumínio forma uma película de óxido protetora, e as ligas 5xxx resistem bem a ambientes marinhos. Evite limpadores alcalinos fortes e isole-o de aço e cobre para evitar a corrosão galvânica.
Gabinetes de plástico bloqueiam sinais de Wi-Fi ou celulares?
Não. O policarbonato e o poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV) permitem a passagem de sinais de rádio, razão pela qual são usados para equipamentos sem fio. Gabinetes metálicos os bloqueiam, portanto a antena deve ser montada do lado de fora.
O aço com pintura eletrostática é tão resistente à corrosão quanto o aço inoxidável?
Não utilize em áreas de lavagem sob pressão ou corrosivas. Sua proteção depende do revestimento e do pré-tratamento, e qualquer lasca ou corte expõe o aço nu. É uma escolha boa e econômica para ambientes internos e locais protegidos.
Qual material de gabinete dissipa melhor o calor?
Depende tanto do acabamento quanto do metal. As tabelas de coeficiente classificam o alumínio como o mais alto, seguido pelo aço pintado, e o plástico como o mais baixo, mas uma nota térmica de um fabricante afirma que o alumínio e o aço inoxidável sem revestimento irradiam menos calor do que superfícies pintadas, e os valores para o aço inoxidável sem revestimento variam entre as referências. Nossos guias utilizam 3.7 W/m²K para o aço inoxidável; calcule com uma margem.
Fontes
- NEMA, "Perguntas frequentes NEMA: Gabinetes" (Q14 névoa salina: 600 h vs G90, depois 200 h vs AISI 304 para o Tipo 4X)
- ATI, folha de dados de Tipos 302/304/304L/305 (densidade, módulo, condutividade térmica)
- ATI, folha de dados de Tipos 316/316L/317/317L (densidade)
- Outokumpu, graus de aço, propriedades e padrões globais (Tabela 12)
- Kaiser Aluminum, ficha técnica da liga 5052
- Aluminum Association, série de ligas (5xxx: resistência à corrosão em ambiente marinho; 5052 em eletrônicos)
- Aluminum Association, eletrônicos e eletrodomésticos
- Grupos de perfil, resistência à corrosão do alumínio (filme de óxido estável em pH 4–9; evite álcalis fortes)
- Covestro, ficha técnica do policarbonato Makrolon 2807
- Covestro, "Makrolon: a resistência química"
- Folha de dados SMC elétrica Altraset AS8125 (gravidade específica, módulo de tração)
- LyondellBasell, ficha técnica Premi-Glas SMC (densidade, condutividade térmica)
- nVent HOFFMAN, Informações Técnicas (propriedades do material, taxas de transferência de calor)
- nVent HOFFMAN, Spec-00488 (alumínio e aço inoxidável sem acabamento aquecem mais; não metálicos são semelhantes aos pintados)
- AutomationDirect, "Como selecionar e dimensionar um gabinete" (coeficientes de transferência de calor por material)
- Rittal, white paper de Soluções de Gerenciamento Térmico (coeficientes de transferência de calor)
- Fibox, declaração do gabinete de policarbonato (temperatura de operação de longo prazo)
- Fibox, materiais de gabinete
- ASTM B117, Aparelho de Névoa Salina Operacional (Neblina)
- Powder Coated Tough (Powder Coating Institute), estratégias de pintura eletrostática a pó para resistência à corrosão
- Powder Coated Tough, "Pré-tratamento para Desempenho em Uso Externo" (padrão de fosfato de zinco para aço)
- Powder Coated Tough, "Um Guia para Pinturas Eletrostáticas a Pó para Ambientes de Serviço Extremos"
- CompositesWorld, degradação da superfície por UV do poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV) (transparência das fibras)
- UL Solutions, Entendendo a série UL 746 (f1 / f2 classificações de uso externo)
- Tecnologia de Interferência, novas técnicas para blindagem EMI
- Control Global, "Gabinetes são mais do que uma caixa"
- Interstate Plastics, guia de fabricação de policarbonato (fluidos de corte e fissura por tensão)
- Stahlin, corte e furação de gabinetes de poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV) (ferramentas, velocidades e avanços)
- Mike Holt, comentário do Artigo 250 do NEC (314.3 caixas não metálicas, 314.4 e 250.148)
- Euro Inox, aço inoxidável com decapagem e passivação (autopassivação)
- SSINA, Usinagem de aços inoxidáveis
- BSI, IEC 62262 (código IK)
