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Refrigeración de un armario 5G exterior

Carga solar, polvo, sal y condensación deciden la refrigeración de un armario 5G exterior antes de elegir el ventilador.

Industrial outdoor electronics cabinet with filtered airflow and a cooling fan

Un mueble de exterior tiene tres problemas a la vez, y sólo uno de ellos es el calor

Un gabinete de radio exterior tiene que rechazar el calor de sus propios componentes electrónicos, sobrevivir al clima que lo golpea y permanecer operativo en un sitio que nadie visita.

El calor es el problema que se dimensiona. Los otros dos se deciden, generalmente por omisión, y deciden la respuesta antes de elegir cualquier ventilador: un gabinete sellado no puede ventilarse, un sitio costero no puede tolerar un filtro que permanezca húmedo y un sitio con poste remoto no puede absorber un intervalo de mantenimiento medido en meses.

La carga de calor en sí es mayor que la lista de equipos. Tomemos como ejemplo un armario exterior de 600 x 600 x 1 800 mm con 800 W de electrónica, pintura gris claro, colocado a pleno sol en un lugar a 45 °C. La piel iluminada por el sol absorbe 576 W y las paredes devuelven 257 W, por lo que el paso del aire tiene que eliminar alrededor de 1.120 W. Un poco más de la mitad de esa carga nunca provino de la electrónica.

El clima tampoco es vago. ETSI EN 300 019-2-4 define lo que un sitio de telecomunicaciones no protegido contra la intemperie le hace a los equipos, y la definición es más severa de lo que suponen la mayoría de los dibujos del gabinete: 1 120 W/m2 de radiación solar, 15 mm/min de lluvia impactante, 100 % de humedad relativa a +30 °C con condensación, diez días de niebla salina, 20 mg/(m2 h) de polvo depositado en cada metro cuadrado, y una velocidad del viento de 50 m/s.

El problema del servicio es el que cambia la arquitectura. Un gabinete que necesita que le cambien el filtro cada tres meses necesita sesenta visitas a lo largo de quince años de vida, cada una de ellas por un vehículo y un técnico en un sitio que puede ser un poste al lado de una carretera o un mástil en un techo. Una vez valoradas esas visitas, una vía de aire cerrada y sin filtro empieza a parecer más barata que la abierta, y el resto de este artículo trata de los números que lo deciden.

Armario electrónico industrial para exteriores con entrada de aire filtrado y ventilador de refrigeración, montado al aire libre
Imagen ilustrativa de ingeniería MEGA Tech. Un armario exterior debe evaluarse como un conducto de aire completo, no como un ventilador más una caja.
1 120 WCalor neto que se debe eliminar de un gabinete de 800 W en un sitio a 45 °C una vez que se cuentan la absorción solar y la pérdida de la pared
cerca de 1/2Parte de esa carga aportada por el sol en las caras iluminadas de un gabinete gris claro
60Cambios de filtro a lo largo de una vida de quince años si el sitio necesita uno cada tres meses

La clase ambiental ya está anotada, y ya supone el sol.

Un dibujo de gabinete que dice "exterior" y nada más no es una especificación. Para equipos de telecomunicaciones existe una clase publicada con severidades publicadas.

ETSI EN 300 019-1-4 clasifica las condiciones ambientales y EN 300 019-2-4 especifica los ensayos que las verifican. La Clase 4.1E es la clase extendida para una ubicación estacionaria, no protegida de la intemperie (una plataforma, un poste o un mástil, no un refugio) y es la clase bajo la cual se instalan la mayoría de los gabinetes de radio para exteriores, independientemente de que el documento de adquisición lo mencione o no.

La línea más útil en esa clase es la alta temperatura del aire: +45 °C, o +60 °C si se incluye la radiación solar. La nota 2 de la norma dice explícitamente que el valor inferior se aplica cuando el equipo está protegido contra la radiación solar o está ventilado, y que el valor superior incluye el efecto de calentamiento del sol. Ése es el estándar que le dice al diseñador, en sus propias palabras, que un gabinete iluminado por el sol es un lugar más caliente que el aire que lo rodea.

El resto de la clase es igualmente específico y cada línea cierra una opción. La cifra solar de 1.120 W/m2 es la razón por la que el acabado de la superficie forma parte del cálculo térmico. La cifra de lluvia de 15 mm/min es la razón por la que una cara horizontal necesita una cubierta para la lluvia o una rejilla que desvíe el agua. La niebla salina de diez días es una advertencia de que un sitio costero es el primero en tener un problema de corrosión. La cifra de polvo de 20 mg/(m2 h) y la cifra de arena de 300 mg/m3 explican por qué un filtro tiene una curva de carga en lugar de una caída de presión fija.

Escribir esos números en el requisito no cuesta nada y ahorra un rediseño. Se puede cotizar una especificación que lleve la clase, el acabado, la altitud y la categoría de corrosividad; uno que lleva sólo una temperatura ambiente no puede.

Clase ambiental 4.1E para un sitio no protegido contra la intemperie, y las pruebas que lo verifican, de ETSI EN 300 019-2-4
ParámetroSeveridad de la clase 4.1EMétodo de prueba
Temperatura del aire, baja-45 °CIEC 60068-2-1, frío, 16 h a -45 o -55 °C
Temperatura del aire, alta+45 °C o +60 °C incluida la calefacción solarIEC 60068-2-2, calor seco, 16 h
Humedad relativa, alta100 % a +30 °CIEC 60068-2-78, calor húmedo, 10 d
CondensaciónSíIEC 60068-2-30, calor húmedo cíclico, 2 ciclos
Lluvia15mm/minutoIEC 60068-2-18, impacto de agua, 6 min/m2 o 30 min
Radiación solar1 120 W/m2Incluido en la temperatura del aire más alta.
Niebla salinaSal de mar y carreteraIEC 60068-2-11, 35 °C, 5 % NaCl, 10 días
Polvo20 mg/(m2 h) sedimentado, 5 mg/m3 suspendido, 300 mg/m3 arenaNo se prescribe ninguna prueba; diseño y selección de componentes
Viento y baja presión50 m/s, 70 kPaNo se prescribe ninguna prueba a nivel del gabinete
La clase y su especificación de ensayoETSI EN 300 019-2-4: pruebas medioambientales, uso estacionario en lugares no protegidos de la intemperie (PDF) →

La carga de refrigeración tiene tres plazos, y el sol es el que se olvida

La carga que debe eliminar la ruta del aire es la disipación del equipo más lo que absorbe el sol, menos lo que devuelven las paredes.

El cálculo es lo suficientemente corto como para hacerlo en una línea, y hacerlo en ese orden es lo que evita que el sol quede fuera:

El término equipo proviene de las pérdidas del equipo en la carga y de la condición de energía en la que realmente funcionará, no de una placa de identificación. El término solar es la absortividad del acabado multiplicada por la superficie iluminada por el sol y por la irradiancia. El término de la pared es el coeficiente general de transferencia de calor de la piel multiplicado por su área y por la diferencia entre el aire del sitio y el aire que se desea adentro, y es una pérdida (un número negativo) solo mientras el interior esté más caliente que el exterior.

Para el gabinete trabajado, una irradiancia de diseño de 1 000 W/m2 es el valor de protección habitual y 1 120 W/m2 es lo que supone la clase ETSI. Tomando la cifra inferior para que el ejemplo sea conservador en la otra dirección, los tres términos resultan como se muestra a continuación. El resultado es 1 120 W, de los cuales aproximadamente 576 W son el Sol.

Se siguen dos consecuencias. La primera es que un gabinete especificado sin término solar tiene un tamaño inferior a la mitad aproximadamente. La segunda es que el término del muro cambia de signo por la noche y en invierno, cuando el interior es más frío que el aire del lugar, por lo que el mismo camino que rechaza el calor en agosto tiene que poder admitirlo en febrero.

Los tres términos de la carga de refrigeración para el ejemplo resuelto.
TérminoCómo se calculaValor
Disipación de equiposPérdidas en condiciones reales de tráfico y potencia.800 W
Absorción solar0,40 x 1,44 m2 iluminado por el sol x 1 000 W/m2576 W
Conducción a través de las paredes5.5 W/m2 K x 4.68 m2 x (45 - 55) °C-257 W
Carga neta que la ruta de aire debe eliminarSuma de los tres términos.1 119 W, redondeado 1 120 W
Cómo se dimensionan en la práctica los recintos de telecomunicaciones exterioresPurcell Systems: gestión térmica de recintos exteriores, documento técnico (PDF) →

El color de la pintura es una especificación térmica.

La absortividad solar es una propiedad del acabado y multiplica todo el término solar. Es una de las pocas decisiones térmicas que no cuesta nada cambiar.

Los valores de absortividad publicados para acabados de gabinetes van desde aproximadamente 0,25 para el blanco hasta más de 0,90 para el negro mate. En el gabinete trabajado, con 1,44 m2 de superficie iluminada por el sol, ese rango mueve el término solar de 360 W a 1 296 W. Todo lo que ocurre aguas abajo (la carga neta, el flujo de aire, el tamaño del ventilador, el ruido) se mueve con él.

El gris claro, alrededor de 0,40, es el acabado industrial habitual y es un medio razonable. El blanco es considerablemente mejor y vale la pena especificar dónde el sitio está caliente y polvoriento, porque el polvo que se deposita en él es oscuro. Se deben evitar el gris oscuro y el negro en un sitio iluminado por el sol, a menos que la carga sea lo suficientemente pequeña como para que el flujo de aire adicional sea irrelevante.

Un protector solar es la otra palanca. Una marquesina situada a unos 100 mm de la parte superior da sombra al tejado, que es la cara con mayor irradiancia y peor convección, y el hueco también actúa como chimenea. Sombrear solo la parte superior lleva el término solar de 576 W a 432 W en este ejemplo, lo que supone una reducción del 13 % en el flujo de aire que necesita la tarea. Combinando un acabado ligero con una protección superior se obtiene el mismo rendimiento hasta 278 m3/h.

Ninguno de estos números reemplaza una medición, pero muestran la magnitud de la decisión. Un color y una cubierta cambian el requisito de flujo de aire en más de un factor de dos en toda la gama y cuestan menos que el ventilador.

Absorción solar por el acabado superficial y el flujo de aire que fuerza sobre el gabinete trabajado con un aumento de temperatura del aire de 10 K.
Acabado superficialAbsorción solarCarga solarCarga netaFlujo de aire con un aumento de 10 K
Pintura blanca0.25360 W903 W309 m3/h
Gris claro, el caso de trabajo0.40576 W1 120 W383 m3/h
Gris oscuro0.701 008 W1 551 W531 m3/h
Negro mate0.901 296 W1 839 W629 m3/h
Gris claro con parasol superior0.40 en una cara432 W975 W334 m3/h

Cuatro disposiciones de refrigeración y una regla que elige entre ellas

La primera pregunta no es cuántos vatios produce el gabinete. Se trata de si el aire exterior está alguna vez más caliente que la temperatura que pueden alcanzar los componentes electrónicos.

Si el aire del sitio siempre es más frío que la temperatura interna objetivo, un camino abierto funcionará y la ventilación filtrada es la forma más económica de construirlo. Si el aire del sitio a veces está más caliente, un camino abierto no puede retener el objetivo en absoluto, porque el aire no puede enfriar nada por debajo de su propia temperatura. Esa única comparación elimina dos de los cuatro acuerdos antes de discutir cualquier capacidad.

La segunda pregunta es si el aire del sitio está limpio. Un intercambiador de calor mantiene el aire exterior afuera mientras lo sigue utilizando como disipador de calor, por lo que resuelve el problema del polvo, la sal y la humedad sin un circuito de refrigeración, y tiene el mismo bajo consumo de energía y la misma baja tasa de fallas que un ventilador porque las únicas partes móviles son los ventiladores en los dos lados de la pila de placas. Su límite es la diferencia de temperatura que se le da: no puede enfriar por debajo de la temperatura ambiente, y cuanto menor sea la diferencia de trabajo, mayor será la unidad.

La tercera pregunta es si el gabinete tiene que estar por debajo de la temperatura ambiente. Los compartimentos de baterías, las unidades de radio de alta densidad en un clima cálido y húmedo y cualquier cosa que deba mantener un punto de ajuste interno fijo independientemente del clima necesitan un circuito de refrigeración, y eso genera condensado, un compresor, un consumo de energía mucho mayor y, en consecuencia, una tasa de fallas más alta. Entre ambos se encuentra una unidad termoeléctrica: sellada y sencilla, pero económica sólo a baja capacidad.

Sobre el mueble trabajado la respuesta resulta incómoda para las opciones silenciosas. Para eliminar 1 120 W a través de los 10 K entre un sitio de 45 °C y un límite interno de 55 °C se necesitan 112 W/K. Los intercambiadores aire-aire publicados en la gama PAS de Pfannenberg se publican a 20, 65 y 100 W/K, por lo que el más grande en ese rango alcanza los 56 °C en lugar del objetivo de 55 °C. En un sitio a 50 °C con el mismo límite de 55 °C, la diferencia de trabajo cae a 5 K y el trabajo se duplica a 224 W/K, que ningún intercambiador de placas de esa clase alcanzará. Es por eso que los gabinetes exteriores de alta densidad terminan en unidades de enfriamiento incluso cuando el sitio está limpio.

Dos gabinetes exteriores uno al lado del otro: a la izquierda, un camino de ventilación filtrado abierto con aire ambiente y partículas de polvo cruzando los componentes electrónicos; a la derecha, un gabinete sellado con un intercambiador de calor donde la corriente ambiental y la corriente interna pasan en direcciones opuestas y nunca se mezclan
El mismo mueble de 800 W y el mismo sol, enfriado de dos maneras. El camino abierto transmite la atmósfera del sitio a las tablas; En cambio, el camino cerrado cuesta capacidad, porque la pila de placas solo puede funcionar a través de la diferencia que se le da.
Cómo se comparan las cuatro soluciones en la industriaPfannenberg: la elección de un ventilador con filtro para aplicaciones exteriores →Pfannenberg: intercambiadores de calor aire-aire →

El número de flujo de aire: lo que necesita el gabinete no es la potencia nominal del ventilador

El enfriamiento es un flujo másico y el número en la hoja de datos de un ventilador es un flujo volumétrico medido en un banco de aire libre. Ambos deben convertirse antes de poder compararlos.

La ecuación de enfriamiento establece el flujo másico: el calor es igual al flujo másico multiplicado por la capacidad calorífica específica multiplicada por el aumento de temperatura del aire que está dispuesto a aceptar. Con un aumento permitido de 10 K y una capacidad calorífica específica de 1 005 J/(kg K), el servicio de 1 120 W necesita 0,111 kg de aire por segundo. Para convertir esa masa en volumen se necesita la densidad en las condiciones de entrada (a 45 °C y una presión barométrica de aproximadamente 95,6 kPa, la densidad es 1,047 kg/m3) y 0,111 kg/s a esa densidad son 383 m3/h, o 225 CFM.

Ese es el número que tiene que entregar la vía aérea instalada, y no es el número que hay que poner en una orden de compra. Un ventilador con filtro se publica en su flujo de aire libre; una vez colocados el filtro, la rejilla, la lama y el escape, el punto de funcionamiento se desplaza a lo largo de la curva del ventilador. Según los datos publicados por Rittal para un ventilador con filtro TopTherm, el mismo aparato entrega 485 m3/h frente a 700 m3/h de aire libre una vez montado el filtro de salida, es decir, una proporción de 0,69. Dividiendo 383 por 0,69 se obtienen 555 m3/h de aire libre para especificar, y eso es antes de que se haya cargado el filtro.

El filtro es la razón por la que el número no es fijo. Su caída de presión aumenta a medida que retiene el polvo, por lo que el recorrido del aire debe dimensionarse en el estado cargado, y el estado limpio proporciona más refrigeración de la que necesita el diseño. El dimensionamiento en estado limpio es la forma más común en que un cálculo correcto del flujo de aire se convierte en un gabinete sobrecalentado en su segundo verano.

Un ejemplo de telecomunicaciones publicado muestra el nivel de detalle que sobrevive a una revisión. La unidad de ventilador exterior de un fabricante de radio está documentada a más de 1,44 m3/min y 70 Pa, en un rango de 36 a 60 V, a 10,8 W, de -20 a +70 °C, con el enfriamiento especificado para continuar con un ventilador todavía funcionando. Cada uno de esos números pertenece a esa unidad y a ese gabinete. Ninguno de ellos es transferible, pero todos son el tipo de cosas que deben anotarse.

Valores publicados de la especificación de una unidad de ventilador de gabinete para exteriores y lo que cada uno hace que verifique el diseñador
ElementoValor publicadoLo que hay que comprobar
Tensión nominal48 V DCTolerancia de la alimentación, protección y tipo de conector
Caudal de aireMás de 1,44 m3/minLa condición de medición y la presión instalada.
Presión estática70paLa curva del sistema cargado de este gabinete, no de un banco.
Potencia10.8 WEl presupuesto auxiliar y la protección de la sucursal DC
Rango de operación-20 a +70 °CEl límite del ventilador y el límite de la electrónica, verificados por separado.
Falla únicaEl enfriamiento continúa con un ventilador funcionandoEl estado de falla único definido, demostrado
Caudal de aire, medición y resistencia del sistemaManual ASHRAE, Capítulo 21: ventiladores →Nokia: especificación de la unidad de ventilador para gabinete exterior →MEGA Tech Guía de laboratorio: el presupuesto de caída de presión del gabinete →MEGA Tech Guía de laboratorio: medición del flujo de aire en un recinto real →

Un ventilador IP65 no constituye un gabinete IP65

El código IP describe lo que se probó. En un gabinete exterior ensamblado, lo que se probó es el ensamblaje, y cada corte, prensaestopas y junta son parte de él.

IEC 60529 define un código de dos posiciones. La primera posición clasifica la protección contra objetos sólidos y polvo de 0 a 6, donde 5 significa protegido contra el polvo y 6 significa hermético al polvo. La segunda posición califica la protección contra el agua de 0 a 9, donde 4 es salpicadura de agua, 5 es un chorro de una boquilla de 6,3 mm, 6 es un chorro potente de una boquilla de 12,5 mm y 7 y 8 son inmersión. Una X en cualquier posición significa que la característica no fue declarada, no que la protección esté ausente.

Dos cosas sobre el código llaman la atención de la gente. La primera es que los chorros y la inmersión son pruebas diferentes, por lo que un componente clasificado para inmersión no necesariamente ha pasado una prueba de chorro, y un gabinete que debe sobrevivir a ambas necesita que se nombren ambas posiciones. La segunda es que el código no dice nada sobre la corrosión o el envejecimiento ultravioleta: un gabinete de acero inoxidable y uno pintado pueden tener el mismo número de IP y tener vidas completamente diferentes en un sitio costero.

Para un gabinete, la clasificación es una propiedad del objeto ensamblado. La junta debe comprimirse según lo diseñado y no envejecer, las entradas de cables deben usar prensaestopas de la misma clase, el corte del ventilador debe ser una interfaz sellada en lugar de un orificio con un ventilador encima, el drenaje o respiradero debe ser un dispositivo diseñado en lugar de un espacio, y la carcasa del filtro debe cerrarse contra la piel. Cambie cualquiera de ellos y la calificación deberá restablecerse en el ensamblaje, no en una hoja de datos.

La lectura práctica para un mueble de exterior es esta. IP55 con ventilación filtrada es el mínimo común y es una clasificación real siempre que el marco del filtro sea parte del sello. Si el requisito es mantener el aire del sitio fuera del compartimiento de la electrónica, el número a escribir es IP65 o IP66 en el gabinete completo, y el arreglo que lo entrega es de camino cerrado. Escribir IP65 y luego instalar un ventilador con filtro es la contradicción más común en las especificaciones de los gabinetes para exteriores.

La posición del agua del código IP y contra qué se prueba realmente cada nivel, de IEC 60529
CódigoProtección contraCondición de prueba
IP54Salpicaduras de agua desde cualquier dirección.10 minutos, cualquier dirección
IP55Chorros de aguaBoquilla de 6,3 mm, 12,5 L/min, 3 minutos, en cualquier dirección
IP65Estanco al polvo y chorros de agua.La prueba de polvo IP5X y la prueba de chorro anteriores
IP66Potentes chorros de agua herméticos al polvoBoquilla de 12,5 mm, 100 L/min, 3 minutos
IP67Hermético al polvo e inmersión temporal1 m de profundidad durante 30 minutos
IP68Hermético al polvo e inmersión continuaProfundidad y duración establecidas por el fabricante.
Protección, polvo y condensaciónIEC 60529: grados de protección proporcionados por las carcasas, el código IP →MEGA Tech Guía de laboratorio: clasificación IP del ventilador, polvo y humedad →Flujo de aire del gabinete, rutas de derivación y la clasificación IP que rompen →

En un sitio costero, la cuestión de la sal decide el ordenamiento

La sal llega al gabinete en forma de niebla suspendida en el aire y como una película húmeda, y ataca las partes que un cálculo térmico nunca menciona.

La norma ISO 9223 clasifica la corrosividad de una atmósfera desde C1, que es un espacio interior seco, hasta CX, que es una plataforma marina. Un sitio dentro de unos 2 km de la costa con alta humedad es C5, y uno dentro de 2 km con humedad moderada es C4. La clase es una propiedad de la ubicación y se puede establecer antes de ordenar el gabinete.

La prueba que verifica la resistencia es la prueba de niebla salina cíclica en IEC 60068-2-52, que alterna pulverización de cloruro de sodio, calor húmedo y secado en lugar de ejecutar una pulverización continua. El método se adapta a la clase: el método 4 para un sitio moderado es de dos ciclos, el método 5 para un sitio C4 es de cuatro ciclos y el método 6 para un sitio C5 es de ocho ciclos, siendo la duración del ciclo de aproximadamente siete días. Las condiciones en alta mar están cubiertas por los métodos 7 y 8. A modo de comparación, el requisito del ETSI para un sitio de telecomunicaciones no protegido contra la intemperie es diez días de niebla salina a 35 °C en cloruro de sodio al 5 %: una cifra básica, no costera.

Lo que la sal le hace a un gabinete ventilado no es sutil. Corroe la carcasa del filtro y la rejilla, ataca el cojinete del ventilador y el revestimiento del conector, y un filtro que permanece húmedo mientras retiene sal es efectivamente una celda de corrosión que se rellena periódicamente. El intervalo de mantenimiento también se acorta, porque un filtro cargado de sal se bloquea más rápido que uno cargado de polvo en el mismo sitio.

La consecuencia del acuerdo es directa. En C4 y superiores, una ruta de aire cerrada deja de ser una opción y se convierte en la predeterminada, y las piezas que permanecen expuestas (el revestimiento del gabinete, los herrajes de fijación, los prensaestopas y los ventiladores en el lado exterior del intercambiador) deben especificarse para la clase: recubiertos o inoxidables, con un resultado de prueba de niebla salina adjunto al componente que lo lleva.

Clases de corrosividad en ISO 9223, con el método de niebla salina cíclica en IEC 60068-2-52 que corresponde a cada
ClaseEntorno típicoMétodo de niebla salina
C2Clima seco, alejado de cualquier fuente de sal.Método 2 o 3, no aplicado a equipos para exteriores
C3Urbano o industrial, baja salinidadMétodo 4, dos ciclos, aproximadamente 14 días.
C4A unos 2 km de la costa.Método 1 o 5, aproximadamente 28 días
C5A 2 km de la costa, alta humedad.Método 6, ocho ciclos, aproximadamente 56 días.
CXEstructuras marinas y flotantesMétodo 7, unos 90 días, o método 8, unos 70 días
Niebla salina y recorrido del aire exteriorIEC 60068-2-52: niebla salina, cíclica, solución de cloruro de sodio →Diseño de rutas de aire para un sitio al aire libre en un ambiente hostil →

La condensación es la falla que ninguna hoja de datos cubre.

Un gabinete sellado todavía contiene aire y ese aire todavía contiene agua. El ciclo de temperatura es lo que lo convierte en líquido.

Durante el día, el interior del gabinete está cálido y el aire interno retiene la humedad. Por la noche, la piel irradia hacia el cielo y se enfría más rápido que el aire detrás de ella, por lo que el metal cae por debajo del punto de rocío del aire con el que está en contacto y el agua se condensa en la cara interior y gotea sobre lo que hay debajo. El mismo movimiento ocurre a la inversa al arrancar en una mañana fría, cuando un calentador o una tabla caliente toca una superficie fría.

Una clasificación IP no lo impide. Mantiene fuera el agua nueva; no hace nada con el agua que ya está en el aire y no hace nada con la difusión del vapor a través de juntas y entradas de cables a lo largo de los años. Es por eso que la condensación es un problema térmico y de control más que un problema de ingreso.

Una unidad de refrigeración empeora las cosas cuando se pone demasiado fría. Pfannenberg afirma que sus unidades están preestablecidas en 35 °C porque ese valor equilibra la vida útil con la acumulación de condensación. Cuanto más bajo es el punto de ajuste interno, más condensado se produce y el peor de los casos no es un funcionamiento estable: es una tarde calurosa y húmeda cuando se abre la puerta para una visita de servicio y toda la atmósfera del sitio se encuentra con un evaporador frío.

Las medidas que funcionan son modestas y específicas: establecer el objetivo interno no por debajo de lo que los componentes realmente requieren; agregue un calentador controlado por higrostato para el extremo frío para que el aire interno se mantenga por encima del punto de rocío; proporcione un drenaje de condensado o una bandeja del evaporador y extráigalo del gabinete; y utilice un respiradero o dispositivo de drenaje cuando la carcasa lo permita. La medida que no funciona es agregar un ventilador filtrado como respaldo a un gabinete que ya tiene una unidad de enfriamiento, porque eso rompe el sello e importa aire húmedo directamente a las superficies frías.

Redundancia, alarmas y el coste de una visita de mantenimiento

Es necesario anotar y demostrar un único estado de fallo. Contar fans no es lo mismo que proporcionar redundancia.

Dos ventiladores en un gabinete no enfrían el doble. En paralelo, agregan flujo solo donde la curva del sistema es plana, y la curva combinada debe leerse en función de la resistencia instalada en lugar de la clasificación de aire libre de cada unidad. Si se especifica que el gabinete siga enfriando con un ventilador detenido, el ventilador restante tiene que mantener el límite interno contra la curva del sistema cargado por sí solo, y ese es un punto de trabajo que debe medirse, no inferirse del recuento de ventiladores.

La alarma importa tanto como el conteo. Un ventilador que ha dejado de girar informa a través de la salida de su tacómetro, y un control que vigila la velocidad lo captará. Un ventilador que gira pero no mueve aire (una aspa defectuosa, un filtro bloqueado, una unidad instalada al revés) no informa nada, porque la señal de velocidad es exactamente la que debería ser. Para detectar ese caso se necesita flujo de aire o presión diferencial, o una comparación de temperatura entre los componentes electrónicos que se dispara antes de que los componentes excedan su límite.

El plan de mantenimiento pertenece a la especificación térmica. Indique el intervalo de cambio de filtro con la suposición de carga de polvo detrás, el acceso necesario para realizar el trabajo y si es necesario abrir el gabinete. Un cambio de filtro de acceso frontal que mantiene la puerta cerrada vale más en el sitio de un poste que una pequeña ganancia en eficiencia. Indique también la temperatura del aire en la que se encuentra el ventilador, porque la vida útil de los cojinetes está determinada por esa temperatura y no por el ambiente del sitio, y en un gabinete sellado con una unidad de enfriamiento, el ventilador puede estar en el aire más frío del conjunto, mientras que el ventilador del lado exterior se encuentra en el más caliente.

La economía vuelve al recuento de visitas. Sesenta cambios de filtro en quince años equivalen a sesenta desplazamientos, y en un sitio remoto ese número suele decidir la arquitectura antes que la eficiencia.

Los casos de fallo único que hay que anotar, y qué detecta cada uno
CasoLo que hay que mostrarQué lo detecta
Un ventilador se detuvoEl flujo de aire restante aún mantiene el límite interno.Salida del tacómetro
Un ventilador gira pero no mueve aireEl límite aún se mantiene o la alarma se dispara primeroFlujo de aire, presión diferencial o comparación de temperatura.
Filtro completamente cargadoEl límite aún se mantiene en la curva del sistema cargado.Presión diferencial a través del filtro
La puerta del gabinete quedó abierta tras una visitaLa alarma se activa y la electrónica permanece dentro del límite.Interruptor de puerta, con control de temperatura.
Control impulsado al máximo rendimientoNingún componente está sobrecargado y ninguna alarma está enmascarada.Registro de corriente y temperatura
Conjuntos de ventiladores y vida del ventiladorMEGA Tech Guía de laboratorio: ventiladores en serie y en paralelo contra la curva del sistema →Vida útil del rodamiento del ventilador frente a la temperatura a la que realmente funciona →

Qué puede ofrecer MEGA Tech y qué necesitamos de usted

Somos un fabricante de ventiladores de refrigeración personalizados. Seleccionamos y construimos ventiladores de refrigeración axiales DC y EC, y unidades centrífugas curvadas hacia atrás donde la presión de un filtro, un recorrido de aire largo o un gabinete densamente empaquetado exige más de lo que un ventilador axial puede soportar con el flujo que necesita. La selección se realiza en función de una función establecida (el flujo de aire y la presión estática en ese flujo de aire, en la temperatura del aire que realmente verá el ventilador) en lugar de en función de un número de pieza. Suministramos una muestra representativa de la producción para que la validación se realice en su gabinete o en su banco de pruebas, no en un banco al aire libre.

Para cotizar un ventilador para un gabinete exterior, necesitamos el flujo de aire y la presión estática en ese flujo de aire, la temperatura del aire en la entrada del ventilador y la disposición en la que se encuentra: camino filtrado abierto o camino cerrado con un intercambiador. También necesitamos el voltaje de suministro y su tolerancia, la interfaz de control, retroalimentación y alarma que desea, la disposición del conector y del arnés, el corte del ventilador y el espacio disponible detrás de él, el límite de ruido y el punto en el que se mide, el entorno, incluido el polvo, la sal, la humedad y la exposición solar, la vida útil esperada con sus supuestos y el requisito de IP y corrosión que se aplica al ventilador en sí.

Nuestro alcance termina en el ventilador de refrigeración y su interfaz. No suministramos el gabinete, el filtro o su carcasa, el intercambiador de calor o la unidad de enfriamiento, el controlador del gabinete o su firmware, ni la certificación IP, de niebla salina o de seguridad del conjunto terminado. La decisión sobre cuánto margen necesita la electrónica pertenece al diseñador del equipo, y la certificación del gabinete completo pertenece a quien lo construye. Decir esto es lo que hace que una cita sea utilizable, porque deja claro qué parte responde por qué número.

No le diremos que un candidato es equivalente porque el tamaño del marco y el voltaje coinciden. Dos ventiladores de 120 mm pueden diferir en gran medida en la presión que mantienen en el flujo que presenta un gabinete exterior, y pueden diferir igualmente en cómo se comportan en el extremo inferior del rango de voltaje en una mañana fría. La comparación debe realizarse con el mismo caudal, la misma presión, la misma temperatura del aire y el mismo ciclo de trabajo, y luego confirmarse con una muestra.

  • Envíe el deber como flujo de aire más la presión estática en ese flujo de aire, con la temperatura del aire en la entrada del ventilador.
  • Indique si la ruta del aire está abierta, filtrada o cerrada, porque cambia la presión que debe mantener el ventilador.
  • Indique la resistencia del sistema cargado y limpio, de modo que se seleccione el ventilador en el peor punto.
  • Indique el IP y el requisito de corrosión para el ventilador, con la clase de corrosividad del sitio si es costero.
  • Indique el límite de ruido y la distancia y dirección a la que se mide.
  • Espere una muestra validada en su asamblea; una figura al aire libre no es una validación.
Validación de muestras y datos de ingeniería que solicitamosMEGA Tech Guía de laboratorio: validación de muestras de ventiladores en el recinto real →MEGA Tech Guía de laboratorio: aportaciones de ingeniería para una cotización personalizada de un ventilador de refrigeración →

Preguntas frecuentes de los ingenieros: refrigeración de gabinetes 5G para exteriores

El arreglo que sobrevive es el que todavía mantiene el límite interno después de que se ha contado el sol, se ha cargado el filtro y ha ocurrido la peor falla.

P: ¿Cuánto calor genera realmente un gabinete 5G para exteriores? R: Depende de lo que contenga y el rango es amplio. Un gabinete con unidad de radio remota, unidad de banda base y sistema de energía debe cotizarse de su propia lista de equipos. La cifra con la que hay que tener cuidado es cualquier regla general que se salte el término solar, porque en un gabinete pequeño el sol puede contribuir tanto como la electrónica.

P: ¿Un ventilador DC de 48 V es automáticamente adecuado para un gabinete 5G? R: No. El voltaje te indica que el ventilador se adapta al riel; no dice nada sobre el flujo de aire que ofrece contra la resistencia cargada de este gabinete, la temperatura que tiene para sobrevivir, su clase de protección o si la interfaz de control y alarma coincide con el controlador del sitio.

P: ¿Un ventilador con clasificación IP hace que el gabinete tenga clasificación IP? R: No. La clasificación del gabinete se establece en el gabinete ensamblado, con sus juntas, prensaestopas, rejillas, carcasa del filtro y corte del ventilador en su forma de producción. La propia calificación de un aficionado es un aporte para ello, no un sustituto.

P: ¿El ventilador debería estar dentro del compartimento electrónico? R: Solo si se permite que el aire del sitio llegue a los componentes electrónicos. Donde no lo es (un sitio costero, un sitio polvoriento o un sitio donde el ambiente excede el objetivo interno) el ventilador pertenece al lado exterior de un camino cerrado, y el compartimiento de la electrónica recibe un ventilador de circulación o ningún ventilador.

P: El sitio también está a 1 500 m. ¿Qué cambia? R: Dos cosas y el flujo volumétrico tampoco. El aire es más fino, por lo que el flujo másico para el mismo volumen disminuye y con él el enfriamiento, y la necesidad de espacio libre eléctrico aumenta con la altitud. Ambos se verifican por separado y el cálculo de enfriamiento se rehace según la densidad del sitio.

P: ¿Cuánto margen debe tener la refrigeración? R: Suficiente para cubrir la diferencia entre la carga solar y del equipo supuesta y medida, y el filtro al final de su intervalo. Es una práctica común un margen del orden del 10 al 30 % sobre la carga total, que debe aplicarse a una carga que ya incluye el sol y no sólo a la lista de equipos.

P: ¿Puedo agregar un ventilador con filtro como respaldo a un gabinete que tiene una unidad de enfriamiento? R: No. Rompe el sello e importa aire húmedo del sitio a la superficie más fría del conjunto, que es exactamente donde se forma el condensado. Si se necesita más refrigeración, la unidad es lo que hay que cambiar.

P: ¿Qué debería validar una muestra para un gabinete exterior? R: El ventilador representativo de producción en la ruta de aire real o representativa, a la temperatura del aire más alta, en todo el rango de voltaje, en la condición de filtro cargado, con flujo de aire, presión, corriente, velocidad, temperatura de los componentes, ruido y respuesta de alarma registrados. Si se especifica que el gabinete se enfríe con un ventilador, la prueba de muestra también debe incluir ese estado.

Altitud y cálculo de refrigeraciónSelección de fans en un sitio caluroso y de gran altitud. →

Preguntas para una revisión de diseño

Estas son las preguntas que deciden si el diseño de un gabinete de refrigeración para exteriores sobrevivirá a una revisión de diseño y a su primer verano caluroso, y vale la pena plantearlas antes de pedir el ventilador y no después de haber construido el gabinete.

  • ¿Qué clase ambiental se ha asumido? ¿Está escrita en el dibujo como una clase en lugar de una temperatura ambiente?
  • ¿La carga de enfriamiento incluye un término solar y es la absortividad del acabado la que realmente se aplicará?
  • ¿Se ha tomado la zona iluminada por el sol como la peor combinación creíble de caras, incluido el tejado?
  • ¿Es la temperatura objetivo interna la temperatura que necesitan los componentes electrónicos, en lugar de un número redondo que fuera más fácil de especificar?
  • ¿El aire del sitio alguna vez excede el objetivo interno y, de ser así, qué disposición maneja esa hora del día?
  • ¿El requisito del ventilador se escribe como flujo de aire más la presión estática en ese flujo de aire, a la temperatura del aire en la entrada del ventilador?
  • ¿Se ha dimensionado el flujo de aire en la condición de filtro cargado y en la temperatura más alta creíble del sitio, no en el estado limpio?
  • ¿Se especifica la clasificación IP en el gabinete ensamblado, con el corte del ventilador, la carcasa del filtro, los prensaestopas y las rejillas incluidas?
  • ¿Se ha establecido la clase de corrosividad del sitio y las partes expuestas llevan un resultado de prueba de niebla salina?
  • ¿Está diseñada la ruta del condensado (punto de ajuste, control del calentador, drenaje) en lugar de dejarla a la intemperie?
  • ¿Está definido el estado de falla único y la alarma detecta una pérdida de flujo de aire en lugar de solo una pérdida de rotación?
La tabla de clases ambientalesETSI EN 300 019-2-4, edición de 2012, la misma tabla de clases en la edición anterior de la norma (PDF) →