Um Guia Prático para o Desenho do Invólucro Eletrônico

Projeto do Invólucro para Controles Ambientais

Os controles elétricos e as caixas de alimentação cobrem uma ampla gama de tipos, montagens e aplicações. Um gabinete pode ser interno ou externo, e montado no chão, montado em poste ou pedestal.

Um número igual de tamanhos e níveis de proteção contra os elementos e por segurança estão disponíveis. Estas variáveis têm alguma influência no design interior do equipamento electrónico e dos comutadores dentro do invólucro.

Numerosos agências de normalização eléctrica ditar as melhores práticas de segurança e códigos locais para a construção e fiação. Todos os padrões estão prontamente disponíveis agora pela internet e a sua empresa provavelmente já segue as melhores práticas para aderir aos regulamentos e segurança.

Este artigo trata principalmente de recintos de tipo industrial encontrados em instalações fabris em todo o mundo. O tipo de invólucro e eletrônica que controla linhas de produção e equipamentos de fábrica. Os projetistas podem aplicar a lógica introduzida em outros invólucros de controle como sistemas de segurança e proteção, sistemas de controle remoto de gasodutos e oleodutos e até mesmo moinhos de vento.

O layout básico de potência e eletrônica em invólucros industriais

Fora dos códigos e regulamentos está um design que facilita a manutenção do equipamento, cumprindo ao mesmo tempo as normas de segurança. Você deve ter notado adesivos em painéis ou caixas elétricas que especificam que somente pessoas qualificadas devem abrir o painel ou trabalhar no equipamento alojado no interior.

Infelizmente, várias coisas podem acontecer quando uma pessoa não autorizada ou treinada ganha acesso aos componentes dentro dos painéis.  

A segurança é a principal preocupação. Os interruptores, as conexões elétricas e os dispositivos estão expostos ao contato. Esse contato pode resultar em queimaduras, eletrocussão e morte. Mesmo um eletricista ou engenheiro elétrico experiente pode entrar em contato com circuitos sob tensão, resultando em resultados dolorosos. Uma pessoa inexperiente em contato com um circuito de energia pode ser mortal.

É aconselhável desligar sempre a corrente antes de abrir um painel de controlo. Há ocasiões em que o serviço e a manutenção precisam ser feitos sem desligar. A fiação organizada e o espaçamento são ainda mais críticos quando se trabalha com este tipo de sistemas.

Quando o fabricante e o projetista dedicam tempo para organizar os circuitos e controles internos de forma lógica, eles serão mais seguros e fáceis de manter.  

Melhores práticas e arranjos lógicos

Quando possível, é importante orientar o comutador que controla a energia de entrada para que ele possa ser desligado antes de abrir o gabinete. Os painéis expostos ao público como os painéis de trânsito e de segurança não têm acesso ao painel externo, pois não querem que alguém desligue a fonte de alimentação. Estes tipos de armários têm a entrada bloqueada com os controles do painel de distribuição montados internamente.

Os painéis de controle industrial possuem comutadores com alavancas salientes do painel a ser desligado ou ligado antes de abrir ou fechar as portas do painel. Por precaução, mesmo estes painéis terão terminais quentes no lado de entrada do disjuntor. Uma montagem prática para este tipo de interruptor é perto do canto superior direito do painel. Este posicionamento mantém os terminais de entrada fora do alcance para a maioria dos reparos ou manutenção.

Uma chave inglesa ou uma barra do disjuntor que entra em contacto com a linha de alimentação 3 fases de 240-480 Volts pode tornar-se um desastre.

Roteamento de energia elétrica e de sinais

Invólucros industriais alimentados por circuitos trifásicos de 240V - 480V com transformadores de passo para controle de tensão de 110V para contatores e relés pode criar muito calor. Há uma infinidade de combinações diferentes deste layout típico. Transformadores e fios de alimentação podem emitir calor e também interferência eletromagnética.

Estas questões e preocupações de segurança, mantendo a energia longe do sinal ou da cablagem de baixa tensão, devem ser mantidas separadas do circuito de controlo e da cablagem. As bandejas de cabos individuais sobem ou descem do lado do painel, ramificando para os contatos de controle e relés.

Alguns designers mantêm os circuitos de potência no lado direito do gabinete e os circuitos de controlo no lado esquerdo. Os dois tipos de cabos e circuitos têm de se unir em algum momento. Uma boa prática é ter a fiação de energia na parte inferior ou superior de cada conjunto de controles montados nos canais DIN e circuitos de controle na extremidade oposta dos relés ou contatores.

O mesmo se aplica às placas de circuitos ou outros dispositivos de instrumentação. A energia de um lado e os sinais do outro são consistentes através do gabinete.

Através dos painéis e interruptores

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Dependendo da classificação do painel e do ambiente exterior, os interruptores e botões salientes exigirão uma vedação adequada contra os elementos. É o encaminhamento interno da fiação de controle na superfície da porta do painel que precisa ser considerado.

Quando a porta do invólucro está fechada, a cablagem de controlo está na proximidade ou na cablagem dos dispositivos de alimentação interna? Se sim, a interferência eletromagnética pode ser um problema. O projeto apropriado terá a fiação de energia e o painel de distribuição montados em áreas afastadas da fiação de controle da porta.

Talvez mais aparente, os componentes internos dos comandos montados nas portas devem ser montados de forma a não entrarem em contacto com componentes de energia ou proximidade. 

Projeto do invólucro para controles ambientais

Os requisitos ambientais para a organização de dispositivos e componentes internos precisam de ser cuidadosamente considerados. O principal inimigo dos sistemas de controle de painéis fechados é o calor gerado pelas características interiores. Os intervalos de operação variam para componentes individuais, mas é seguro assumir que a temperatura mais baixa de operação de qualquer dispositivo dentro do invólucro é a temperatura alvo. 

Por falta de um termo melhor, a temperatura alvo é a temperatura mais alta que o interior do gabinete pode atingir antes do potencial de falha do componente. Um designer pode colocar esses componentes na parte inferior do gabinete, uma vez que as temperaturas mais quentes são encontradas na parte superior.

Se a circulação de ar ou ar condicionado for possível, o ar quente deve sair pela parte superior do recinto, e o ar mais frio deve entrar pela parte inferior, suportando a convecção natural do calor. Com a frequência que não for possível, uma variedade de condições de temperatura exterior existirá no local dos painéis. Se os painéis estiverem localizados no exterior, eles serão expostos a mudanças ambientais ainda mais significativas.

Os aquecedores interiores para ambientes frios estão normalmente localizados na parte inferior do recinto ou na proximidade directa das áreas mais vulneráveis.  

A localização dos controles de temperatura e umidade também é essencial. Suponha que você pense no termostato de aquecimento da sua casa. Ele está localizado no corredor da sua casa. Nunca pensei nisso porque quero que a temperatura da sala esteja correcta, não um corredor.

O corredor é a escolha porque é menos susceptível de ser afectado pelo sol que entra por uma janela e afecta negativamente o termóstato com o seu calor radiante.

Em um painel, o mesmo se aplica. Não monte os sensores de temperatura na superfície interna de um painel exposto ao sol. A montagem de componentes nos trilhos DIN perto do meio do painel normalmente funcionará bem.

O mesmo se passa com os dispositivos de detecção hidrostática. A montagem sobre os trilhos DIN perto do centro do gabinete oferece a melhor solução para a temperatura e umidade médias no gabinete. 

Just remember that the temperatures and humidity throughout the enclosure will vary. If you were to put RTD or other sensors in different panel locations, the chances are you will get different readings. Not a lot different because the overall temperature and humidity will tend to balance across the different area

Suponha que o painel necessita de um dispositivo de arrefecimento de ar interior como um Peltier Cooler montá-lo em direcção à parte superior do painel, onde o ar frio se moverá naturalmente para baixo. Se instalado para proteger um dispositivo individual pode ser fixado à superfície do dispositivo ou onde o fluxo de ar é dirigido para o componente.

Opções superiores para controles de temperatura e umidade do recinto

Controles de temperatura e umidade montados em trilho DIN são os mais fáceis de incorporar no circuito do painel de controle eletrônico. Esta orientação também permite a mesma separação da cablagem de alimentação e controlo e das pistas para proteger e isolar a cablagem.

Componentes de aquecimento de superfície

Um recinto pode abrigar componentes que devem manter uma temperatura específica, como equipamento médico ou processamento de alimentos. Nesses casos, um dispositivo de aquecimento PTC de montagem saliente pode ser a escolha certa. Ele será montado diretamente na superfície para manter uma temperatura definida e transferir o calor para o componente ou recipiente montado.  

Um elemento de aquecimento PTC é auto-regulador e ajusta automaticamente a sua entrada com base na temperatura do armário interno; é adequado para este fim sem um sistema de controlo em circuito fechado.

Componentes de aquecimento por convecção

Estes dispositivos de montagem em trilho DIN têm as mesmas características que outros aquecedores PTC para segurança e controle de temperatura de set-point. Os elementos de aquecimento por convecção de PTC são montados internamente em aletas de alumínio que ajudam a dissipar o calor para a área circundante. À medida que o calor aumenta, eles normalmente são montados no fundo do gabinete e respondem a temperaturas mais frias.  

Se a temperatura ideal de funcionamento do interior do invólucro for de 65 graus e o elemento de aquecimento do PTC tiver um set-point semelhante quando a temperatura interior for inferior ao set-point, a corrente começará a fluir, aquecendo o dispositivo de volta para aquela temperatura desejada.

Componentes do ventilador de aquecimento

Aquecedores com ventilador PTC são uma excelente forma de fazer circular o calor dentro do recinto. Estes aquecedores com ventilador podem ser minúsculos, e os trilhos DIN montados para ser mais precisos onde o calor é circulado. Aquecedores com ventilador PTC maiores podem cobrir um espaço interno maior ou distribuir o calor entre vários gabinetes, se necessário.

Same as the other two PTC heaters, these don’t require control circuitry or temperature sensors. The control circuitry can be added if needed in unique configurations. Many of the fan heaters have isolated

Hidrostáticos e dispositivos de controle de umidade

Um hidrostato é um termômetro para umidade. O hidrostato é mais eficiente que um termostato para controlar a temperatura em um invólucro para evitar a umidade, formando gotas de água nas superfícies.

O hidrostato desconsidera a temperatura e só liga o aquecimento quando o set-point de umidade relativa é atingido. Depois desliga-se quando o delta entre a temperatura real e a humidade relativa permanece abaixo do ponto de regulação.

A evaporador de condensado também pode ser uma solução. Evaporadores de condensado PTC relativamente pequenos são outra solução para reduzir a umidade em recintos.

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