Una guía práctica para el diseño de recintos electrónicos

Diseño del recinto para los controles ambientales

Los controles eléctricos y los armarios de alimentación cubren una amplia gama de tipos, montajes y aplicaciones. Un recinto puede ser de interior o exterior, y montado en el suelo, en un poste o en un pedestal.

Se dispone de un número igual de tamaños y niveles de protección contra los elementos y por seguridad. Estas variables tienen cierta influencia en el diseño interior del equipo electrónico y los interruptores dentro del recinto.

Numerosos agencias de estándares eléctricos dictar las mejores prácticas de seguridad y los códigos locales para la construcción y el cableado. Todos los normas son fácilmente accesibles ahora por Internet y su compañía probablemente ya sigue las mejores prácticas para cumplir con las regulaciones y la seguridad.

Este artículo trata principalmente de los recintos de tipo industrial que se encuentran en las instalaciones de fabricación de todo el mundo. El tipo de recinto y la electrónica que controla las líneas de producción y el equipo de la fábrica. Los diseñadores pueden aplicar la lógica introducida a otros recintos de control como sistemas de seguridad y protección, sistemas de control remoto de gasoductos y oleoductos, e incluso molinos de viento.

La disposición básica de la energía y la electrónica en los recintos industriales

Fuera de los códigos y regulaciones hay un diseño que facilita el mantenimiento del equipo mientras se cumplen las normas de seguridad. Puede que haya notado las pegatinas en los paneles o en los armarios eléctricos que especificaban que sólo las personas cualificadas debían abrir el panel o trabajar en el equipo alojado en su interior.

Desafortunadamente, pueden ocurrir varias cosas cuando una persona no autorizada o capacitada obtiene acceso a los componentes dentro de los paneles.  

La seguridad es la principal preocupación. El equipo de conmutación, las conexiones eléctricas y los dispositivos están expuestos al contacto. Ese contacto puede provocar quemaduras, electrocución y la muerte. Incluso un electricista o ingeniero eléctrico experimentado puede entrar en contacto con circuitos con corriente, lo que produce resultados dolorosos. Un individuo inexperto que entra en contacto con un circuito eléctrico puede ser mortal.

Es aconsejable apagar siempre la energía antes de abrir un panel de control. Hay ocasiones en las que el servicio y el mantenimiento deben hacerse sin apagar. El cableado y el espacio organizados son aún más críticos cuando se trabaja en este tipo de sistemas.

Cuando el fabricante y el diseñador se tomen el tiempo de organizar los circuitos internos y los controles de forma lógica, serán más seguros y fáciles de mantener.  

Prácticas óptimas y disposiciones lógicas

Cuando sea posible, es importante orientar el conmutador que controla la energía entrante de manera que pueda ser apagado antes de abrir el armario. Los paneles expuestos al público, como los de tráfico y seguridad, no tienen acceso a los interruptores externos, ya que no quieren que alguien corte el suministro de energía. Este tipo de gabinetes tienen la entrada bloqueada con los controles de los interruptores montados internamente.

Los paneles de control industrial tienen interruptores con palancas que sobresalen del panel para ser apagados o encendidos antes de abrir o cerrar las puertas del panel. Por precaución, incluso estos paneles tendrán terminales calientes en el lado de entrada del disyuntor. Un montaje práctico para este tipo de interruptor está cerca de la esquina superior derecha del panel. Esta posición mantiene los terminales de entrada fuera del alcance para la mayoría de las reparaciones o mantenimiento.

Una llave inglesa o una barra de interruptor que entre en contacto con una línea de energía trifásica de 240-480 voltios puede convertirse en un desastre.

La energía eléctrica y el enrutamiento de la señal

Cajas industriales alimentadas por circuitos trifásicos de 240V - 480V con transformadores de reducción para el voltaje de control de 110V para contactores y relés puede crear mucho calor. Hay una multitud de combinaciones diferentes de esta disposición típica. Los transformadores y el cableado de alimentación pueden emitir calor y también interferencias electromagnéticas.

Estas cuestiones y preocupaciones de seguridad, mantener la energía alejada de la señal o del cableado de bajo voltaje el cableado de energía debe mantenerse separado de los circuitos y el cableado de control. Las bandejas de cables individuales suben o bajan por el lado del panel de conmutación, ramificándose hacia los contactos de control y los relés.

Algunos diseñadores mantendrán los circuitos de energía en el lado derecho del gabinete y los circuitos de control en el izquierdo. Los dos tipos de cableado y circuitos tienen que unirse en algún momento. Una buena práctica es tener el cableado de energía en la parte inferior o superior de cada conjunto de controles montados en canales DIN y los circuitos de control en el extremo opuesto de los relés o contactores.

Lo mismo ocurre con las placas de circuitos u otros dispositivos de instrumentación. La energía en un lado y las señales en el otro son consistentes a través del gabinete.

A través de los medidores e interruptores del panel

Las aplicaciones pueden requerir a través de los controles del panel, interruptores, o la capacidad de monitorear los medidores. Los medidores se ven a través de ventanas de plexiglás o de vidrio, mientras que los controles e interruptores tienen que penetrar en el recinto del panel.

Dependiendo de la clasificación del panel y del entorno exterior, los interruptores y botones salientes requerirán un sellado apropiado contra los elementos. Es el recorrido interior del cableado de control en la superficie de la puerta del panel lo que necesita consideración.

Cuando la puerta del recinto está cerrada, ¿el cableado de control está en la proximidad o en el interior de los dispositivos de alimentación? Si es así, la interferencia electromagnética puede ser un problema. Un diseño adecuado tendrá el cableado de alimentación y los dispositivos de conmutación montados en áreas alejadas del cableado de control de la puerta.

Tal vez más aparente, los componentes internos de los controles montados en las puertas deben montarse de tal manera que no entren en contacto con los componentes de energía o la proximidad. 

Diseño del recinto para los controles ambientales

Los requisitos ambientales para la organización de los dispositivos y componentes internos deben considerarse cuidadosamente. El principal enemigo de los sistemas de control cerrados de paneles es el calor generado por las características interiores. Los rangos de operación varían para los componentes individuales, pero es seguro asumir que la temperatura de operación más baja de cualquier dispositivo dentro del recinto es la temperatura objetivo. 

A falta de un término mejor, la temperatura objetivo es la temperatura más alta que el interior del armario puede alcanzar antes de la posibilidad de fallo del componente. Un diseñador puede colocar esos componentes en la parte inferior del armario ya que las temperaturas más cálidas se encuentran en la parte superior.

Si es posible la circulación de aire o el aire acondicionado, el aire caliente debe salir por la parte superior del recinto, y el aire más frío entra por la parte inferior, apoyando la convección natural de calor. A menudo, una variedad de condiciones de temperatura exterior existirá en la ubicación de los paneles. Si los paneles están situados en el exterior, estarán expuestos a cambios ambientales aún más significativos.

Los calentadores interiores para ambientes fríos suelen estar situados hacia el fondo del recinto o en la proximidad directa de las zonas más vulnerables.  

La temperatura y la humedad controlan la ubicación también es esencial. Supongamos que piensas en el termostato de la calefacción de tu casa. Está situado en el pasillo de su casa. Nunca lo he pensado porque quiero que la temperatura de la habitación sea correcta, no un pasillo.

El pasillo es la elección porque es menos probable que se vea afectado por el sol que entra por una ventana y afecta negativamente al termostato con su calor radiante.

En un panel, lo mismo vale. No montes los sensores de temperatura en la superficie interior de un panel expuesto al sol. Montar los componentes en los rieles DIN cerca del centro del panel normalmente funcionará bien.

Lo mismo ocurre con los dispositivos de detección de hidrostatos. Montados en los rieles DIN cerca del centro del recinto ofrece la mejor solución para la temperatura y la humedad promedio en el recinto. 

Just remember that the temperatures and humidity throughout the enclosure will vary. If you were to put RTD or other sensors in different panel loca

Supongamos que el panel requiere un dispositivo de enfriamiento de aire interior como un Peltier Cooler montarlo hacia la parte superior del panel donde el aire frío se moverá naturalmente hacia abajo. Si se instala para proteger un dispositivo individual, puede fijarse a la superficie del dispositivo o donde el flujo de aire se dirige al componente.

Las mejores opciones para los controles de temperatura y humedad del recinto

La temperatura montada en el carril DIN, y los controles de humedad son los más fáciles de incorporar en los circuitos del panel de control electrónico. Esta orientación también permite la misma separación de los cables de potencia y control y los conductos para proteger y aislar el cableado.

Componentes de calefacción de superficie

Un recinto puede albergar componentes que deben mantener una temperatura específica, como el equipo médico o el procesamiento de alimentos. En estos casos, un dispositivo de calefacción PTC montado en la superficie puede ser la elección correcta. Se montará directamente en la superficie para mantener una temperatura determinada y transferir el calor al componente o contenedor montado.  

Un elemento calefactor PTC se autorregula y ajusta automáticamente su entrada en función de la temperatura interna del armario; es adecuado para este fin sin un sistema de control de bucle cerrado.

Componentes de calentamiento por convección

Estos dispositivos de montaje en rieles DIN tienen las mismas características que otros calentadores PTC para el control de seguridad y de la temperatura del punto de ajuste. Los elementos calefactores de convección PTC están montados internamente en aletas de aluminio que ayudan a disipar el calor al área circundante. A medida que el calor aumenta, normalmente se montan en la parte inferior del armario y responden a temperaturas más frías.  

Si la temperatura ideal de funcionamiento del interior del recinto es de 65 grados y el elemento calefactor del PTC tiene un punto de ajuste similar una vez que la temperatura interior desciende por debajo del punto de ajuste, la corriente comenzará a fluir, calentando el dispositivo de nuevo a esa temperatura deseada.

Componentes del ventilador

Los calentadores de ventilador PTC son una excelente manera de hacer circular el calor dentro del recinto. Estos calentadores de ventilador pueden ser diminutos, y el riel DIN montado para ser más preciso donde el calor circula. Los calentadores de ventilador PTC más grandes pueden cubrir un espacio interno más grande o distribuir el calor entre varios armarios si es necesario.

Same as the other two PTC heaters, these

Hidrostatos y dispositivos de control de la humedad

Un hidrostato es un termómetro para la humedad. El hidrostato es más eficiente que un termostato para controlar la temperatura en un recinto para evitar la humedad, formando gotas de agua en las superficies.

El hidrostato no tiene en cuenta la temperatura y sólo enciende la calefacción cuando se alcanza el punto de ajuste de la humedad relativa. Luego se apaga cuando el delta entre la temperatura real y la humedad relativa se mantiene por debajo del punto debido.

A evaporador de condensado también podría ser una solución. Los evaporadores de condensado PTC relativamente pequeños son otra solución para reducir la humedad en los recintos.

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