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Refrigeración de microarmarios montados en poste

Por qué un armario de poste de 24 litros no es un armario 5G pequeño: ganancia solar, pérdida en filtros y vida del ventilador.

Pole-mounted telecom micro cabinet with ventilation louvers under a blue sky

Un armario de 24 litros en un poste no es un pequeño armario 5G

Los microarmarios montados en poste contienen entre 30 y 150 W de electrónica, cuelgan a un metro de la ventana de un dormitorio y requieren la visita de una furgoneta que cuesta más por desplazamiento que el ventilador instalado en su interior. Esos tres hechos determinan el ventilador, no la carga térmica.

La práctica con armarios exteriores 5G no se puede reducir proporcionalmente. Un armario urbano estándar ofrece 600 litros, una puerta suficientemente grande para una bandeja de ventiladores de 80 mm o un intercambiador de calor, y un contrato de mantenimiento que realiza visitas de todos modos. Un microarmario montado en poste ofrece entre 15 y 40 litros, una puerta que como máximo admite un bastidor pequeño y miles de emplazamientos, donde cada visita no planificada constituye el principal coste de propiedad.

De ello se derivan tres consecuencias. La carga térmica es suficientemente pequeña para que el caudal de aire rara vez sea el problema, pero el envolvente está sellado conforme a IP55, por lo que cada gramo de aire pasa por una malla, una rejilla y un filtro. El emplazamiento es denso y no atendido, de modo que la vida útil del ventilador se mide frente a una década de funcionamiento continuo, no frente a un intervalo de servicio de cinco años. Además, el armario queda a la altura de los ojos en una calle residencial, lo que convierte el acabado superficial y el ruido en parte del diseño térmico.

Todas las cifras siguientes se calculan a partir de un único armario de referencia para que la aritmética pueda verificarse: 400 mm de alto, 300 mm de ancho, 200 mm de profundidad, 24 litros, 0.52 m2 de superficie exterior, 0.20 m2 de ella iluminada por el sol al mediodía, 120 W de disipación interna, 40 C de ambiente y 65 C de aire interno máximo.

24 LVolumen del armario de referencia: 400 x 300 x 200 mm, 0.52 m2 de superficie exterior
179 WCarga solar absorbida por un armario gris oscuro a 1120 W/m2, superior a los 120 W de electrónica en su interior
58 PaPresión estática de una malla, rejilla, filtro y recorrido interno con deflectores limpios en este armario
87,600 hDiez años de funcionamiento continuo: objetivo de vida útil implícito para un emplazamiento en poste no atendido

Fije la clase climática antes de abrir una hoja de datos de ventiladores

El ventilador es la última decisión de este servicio. La primera es la clase ambiental especificada para el emplazamiento, porque establece en un único documento el ambiente, la carga solar, la altitud y la condición de arranque en frío.

ETSI EN 300 019-1-4 clasifica el uso estacionario en ubicaciones no protegidas de la intemperie: la clase 4.1 cubre el caso templado y la clase 4.1E lo extiende a emplazamientos más fríos y húmedos. Ambas incluyen límites numéricos que se relacionan directamente con la selección del ventilador, por lo que la clase debe aparecer en la especificación térmica antes de calcular cualquier caudal de aire.

Dos filas de esa tabla suelen dejar fuera de juego a los diseños. La temperatura alta del aire de +40 C o +45 C es el ambiente en el que el ventilador y su rodamiento funcionan continuamente, por encima de la condición de 40 C a la que se refieren la mayoría de las cifras L10 de catálogo. Además, la baja presión del aire de 70 kPa, que la norma indica que corresponde aproximadamente a 3000 m, elimina cerca del 30 por ciento de la densidad del aire, lo que debe compensarse con caudal volumétrico.

La fila de radiación solar es 1120 W/m2 en ambas clases. Es la misma cifra utilizada por IEC 60068-2-5 Test Sa y, en un armario de 24 litros, constituye el mayor término individual del balance térmico.

ETSI EN 300 019-1-4, clases 4.1 y 4.1E: filas que determinan el ventilador (fuente: ETSI EN 300 019-1-4 V2.1.1, Tabla 1)
ParámetroClase 4.1Clase 4.1EQué determina
Temperatura baja del aire-33 C-45 CGrasa del rodamiento, par de arranque en frío, condensación
Temperatura alta del aire+40 C+45 CIncremento de temperatura disponible, clasificación ambiental del ventilador
Radiación solar1120 W/m21120 W/m2Absorptividad superficial, sombra, ganancia térmica de las paredes
Humedad relativa15 to 100 %8 to 100 %Condensación, recorrido de drenaje, clase de corrosión
Intensidad de lluvia6 mm/min15 mm/minGeometría de la rejilla y clasificación IP de la entrada
Presión del aire70 to 106 kPa70 to 106 kPaDensidad del aire y margen de caudal volumétrico (70 kPa son aproximadamente 3000 m)
Movimiento del aire circundante50 m/s50 m/sCoeficiente de película exterior, infiltración inducida por el viento
ETSI EN 300 019-1-4 V2.1.1 (PDF, clases ambientales para ubicaciones no protegidas de la intemperie) →Artículo relacionado: carga solar, ensuciamiento del filtro y validación de la condensación nocturna en armarios exteriores 5G →

La carga solar, no la pérdida del equipo, establece la referencia

En un armario tan pequeño, el sol aporta más calor que la electrónica. El color de la pintura y una sombra son componentes térmicos con una potencia nominal en vatios, y deben seleccionarse antes que el ventilador.

La forma habitual de incorporar la carga solar a un cálculo térmico es mediante la temperatura sol-air: la radiación absorbida convertida en un incremento equivalente del ambiente efectivo que percibe la superficie. Para una cara soleada, el incremento es la absorptividad multiplicada por la irradiancia y dividida por el coeficiente de película exterior; con 1120 W/m2 incidentes y un coeficiente de película de aproximadamente 15 W/m2K con una brisa ligera, una cara gris oscura con una absorptividad de 0.8 obtiene un incremento sol-air cercano a 60 K.

Solo una parte del armario está soleada en cada momento, por lo que el incremento debe ponderarse por área. Al mediodía están expuestas la cara superior y una cara lateral: 0.20 m2 de los 0.52 m2 totales, una relación de 0.385. Aplicada a la cifra sol-air, produce un incremento del ambiente efectivo de aproximadamente 23 K para el gris oscuro, 14 K para el gris medio y 9 K para el blanco, antes de instalar cualquier sombra.

La potencia solar absorbida también debe indicarse en el plano, porque es la cifra que fundamenta el argumento. La potencia solar absorbida es la absorptividad multiplicada por la irradiancia y el área soleada: 179 W para el gris oscuro frente a 67 W para el blanco en el mismo armario. Si la electrónica disipa 120 W, el acabado vale más que un segundo ventilador completo.

Una sombra modifica el término de área, no la absorptividad: reducir a la mitad el área soleada reduce a la mitad la potencia absorbida, y un armario blanco con sombra queda en aproximadamente 34 W absorbidos y 4 K de incremento efectivo, suficientemente cerca de un envolvente interior sombreado como para que el resto del diseño sea convencional.

Carga solar en el armario de referencia: 1120 W/m2 incidentes, 0.20 m2 soleados, coeficiente de película exterior de 15 W/m2K
Acabado superficialAbsorptividadPotencia absorbidaIncremento del ambiente efectivoAmbiente efectivo a 40 C
Pintura gris oscura0.8179 W23 K63 C
Pintura gris media0.5112 W14 K54 C
Blanco o gris claro0.367 W9 K49 C
Blanco con sombra que reduce a la mitad el área soleada0.334 W4 K44 C

Lo que las paredes disipan sin ventilador

Antes de dimensionar cualquier caudal de aire, determine qué parte de la carga rechaza por sí sola la superficie del envolvente. En un armario pequeño a pleno sol, la respuesta se aproxima a cero, que es precisamente el objetivo de esta sección.

El calor que sale por las paredes es el producto de un coeficiente global, el área superficial y la diferencia de temperatura disponible. Para un armario de plástico o acero de pared simple con convección natural interior y exterior, un coeficiente global de aproximadamente 6 W/m2K es una cifra razonable para la planificación; una pared doble con 25 mm de aislamiento lo reduce hacia 1.5 W/m2K, lo que ayuda frente a la ganancia solar y perjudica simultáneamente la disipación de las pérdidas internas.

La diferencia de temperatura disponible es donde la carga solar causa el daño. No es la temperatura del aire interno menos el ambiente: es la temperatura del aire interno menos el ambiente efectivo, que la sección anterior elevó 23 K en el caso gris oscuro. Con un límite interno de 65 C y un día a 40 C, un armario gris oscuro solo dispone de 2 K, por lo que 0.52 m2 a 6 W/m2K disipan aproximadamente 6 W. El mismo armario en blanco dispone de 16 K y disipa aproximadamente 51 W.

Este es el resultado que debe trasladarse al resto del diseño: en el armario oscuro, las paredes quedan prácticamente fuera del balance y cada vatio generado por la electrónica debe salir con el aire. En el armario blanco, las paredes eliminan aproximadamente el 40 por ciento de la carga interna antes de encender un solo ventilador.

Gráfico de cascada del balance térmico de un armario de poste de 24 litros a 40 C de ambiente: 120 W de disipación interna más 179 W de carga solar absorbida en el armario gris oscuro frente a 67 W en el armario blanco, con la barra de disipación por las paredes reduciéndose de 51 W para el blanco a 6 W para el gris oscuro, dejando respectivamente 69 W y 114 W para que los elimine el ventilador.
El calor que debe eliminar el ventilador es lo que queda después de que las paredes hayan hecho todo lo posible. El gris oscuro deja 114 W; el blanco deja 69 W de la misma electrónica.
Artículo relacionado: ventiladores filtrados, intercambiadores de calor y AC para armarios exteriores 5G →

El balance térmico, calculado para ambos acabados

Al reunir las tres últimas secciones se obtiene una tabla que puede comprobarse manualmente e incorporarse a una especificación.

Los dos casos siguientes solo difieren en la absorptividad superficial. Todo lo demás —el armario, los 120 W de electrónica, el límite interno de 65 C y el ambiente de 40 C— es idéntico, y la diferencia en el caudal de aire requerido es un factor de aproximadamente 1.7.

Balance térmico del armario de referencia: hardware idéntico, dos acabados superficiales (ilustrativo; sustituya las cifras por su propia disipación y absorptividad)
ElementoGris oscuro, absorptividad 0.8Blanco, absorptividad 0.3
Disipación interna120 W120 W
Solar absorbida en las caras soleadas179 W67 W
Ambiente efectivo63 C49 C
Disipación por las paredes a 65 C internos6 W51 W
Calor que debe eliminar el ventilador114 W69 W
Caudal másico de aire con un incremento de 15 K27 kg/h16 kg/h
Caudal volumétrico a 40 C y nivel del mar24 m3/h (14 CFM)15 m3/h (8.6 CFM)
Caudal volumétrico corregido a 70 kPa35 m3/h (21 CFM)21 m3/h (13 CFM)

Dimensione el caudal por caudal másico y corríjalo para la altitud

El caudal másico de aire requerido depende únicamente de los vatios y del incremento de temperatura permitido. El caudal másico suministrado depende de la densidad. Ambos deben aparecer en el plano, porque el segundo cambia con la altitud y la estación.

El caudal másico requerido es el calor que debe eliminarse dividido por el calor específico del aire y el incremento permitido entre la entrada y la salida: 114 W sobre 1005 J/kgK y 15 K dan aproximadamente 27 kg/h. Esa cifra la fijan el hardware y el límite de temperatura, y nada relacionado con el ventilador puede modificarla.

El caudal másico suministrado es el que realmente mueve el ventilador, y disminuye con la densidad. Un ventilador clasificado para 24 m3/h mueve 27 kg/h al nivel del mar y a 40 C, pero solo aproximadamente 19 kg/h a 70 kPa y la misma temperatura: un déficit de aproximadamente el 30 por ciento. La corrección es la relación de densidades: un armario cualificado al nivel del mar puede incumplir su propia especificación a 3000 m con el mismo ventilador.

Por eso el requisito de caudal volumétrico siempre debe citarse junto con su presión y temperatura. Un simple «20 CFM» en un plano no es un requisito; «20 CFM a 40 C y 70 kPa, equivalente a 27 kg/h» sí lo es.

Densidad del aire y multiplicador de caudal volumétrico que impone, a 40 C (densidad de p / (R T), con R = 287 J/kgK)
EmplazamientoPresión del aireDensidad a 40 CMultiplicador del caudal volumétricoCaudal volumétrico para 114 W con un incremento de 15 K
Nivel del mar101.3 kPa1.127 kg/m31.0024 m3/h
1000 m90 kPa1.001 kg/m31.1327 m3/h
2000 m79.5 kPa0.885 kg/m31.2731 m3/h
3000 m (límite inferior de ETSI)70 kPa0.779 kg/m31.4535 m3/h
Artículo relacionado: selección de ventiladores a gran altitud y baja densidad del aire →

La restricción determinante es la presión estática, no el caudal de aire

Todas las cifras de caudal anteriores son moderadas: un armario de 24 litros necesita entre 15 y 35 m3/h, algo que casi cualquier ventilador pequeño afirma suministrar. Lo que esos ventiladores no pueden suministrar es ese caudal a través de una entrada sellada, filtrada y protegida contra insectos.

El aire no entra en un armario de poste por un orificio: entra a través de una malla contra insectos, una rejilla o laberinto que mantiene fuera la lluvia impulsada por el viento y un filtro que mantiene el polvo alejado de la electrónica; después pasa junto a soportes internos, haces de cables y las propias placas. Cada elemento consume presión, y el ventilador debe suministrarla toda al caudal requerido.

El presupuesto de presión siguiente es una estimación de planificación para el armario de referencia a 24 m3/h: la columna limpia corresponde al primer día y la columna obstruida a después de una temporada de polvo. El final de vida del filtro suele especificarse como el doble de la pérdida limpia, y un diseño que solo funciona con la cifra limpia no tiene ningún intervalo de servicio real.

Compare esto con una curva de ventilador. Un bastidor de 40 x 40 x 10 mm en los catálogos revisados para este artículo alcanza aproximadamente entre 45 y 60 Pa de presión estática máxima a caudal cero, con entre 14 y 17 m3/h de caudal libre. Al compararlo con las curvas de impedancia, ese bastidor se estabiliza cerca de 14 m3/h en el recorrido limpio, aproximadamente el 60 por ciento de lo que requiere el servicio, y cerca de 11 m3/h cuando el filtro está cargado, menos de la mitad. Un bastidor de 60 x 60 x 15 mm clasificado para entre 60 y 90 Pa mantiene aproximadamente 22 m3/h en el recorrido limpio y todavía mueve aproximadamente 16 m3/h con el filtro al doble de su pérdida limpia.

Gráfico de presión del ventilador frente a caudal de aire: una curva de 40 mm que desciende de 50 Pa con caudal cero a 17 m3/h de caudal libre, una curva de 60 mm que desciende de 90 Pa a 42 m3/h y dos curvas crecientes de impedancia del sistema que cruzan 58 Pa y 125 Pa a 24 m3/h. La curva de 40 mm alcanza el recorrido limpio cerca de 14 m3/h y el recorrido obstruido cerca de 11 m3/h; la curva de 60 mm alcanza el recorrido limpio cerca de 22 m3/h y el obstruido cerca de 16 m3/h.
El requisito es un punto, no una cifra. El bastidor de 40 mm suministra aproximadamente el 60 por ciento del caudal requerido en el recorrido limpio y menos de la mitad en el obstruido; el bastidor de 60 mm mantiene 22 m3/h limpio y 16 m3/h obstruido.
Presupuesto de presión estática del armario de referencia a 24 m3/h: estimaciones de planificación que deben confirmarse mediante medición o CFD con la geometría real
Elemento del recorridoLimpioObstruido o peor caso
Malla contra insectos en la entrada6 Pa15 Pa
Rejilla o laberinto de entrada12 Pa20 Pa
Panel de filtro G425 Pa60 Pa
Soportes internos, cables y obstrucción de las placas15 Pa30 Pa
Total que debe suministrar el ventilador58 Pa125 Pa
Artículo relacionado: carga del filtro y punto de funcionamiento del ventilador →Artículo relacionado: efecto del sistema del ventilador y holgura de instalación →

Elección entre bastidores de 40 mm, 60 mm y 80 mm

En un armario de 24 litros, el tamaño del bastidor es un compromiso entre el área disponible de la puerta, el margen de presión necesario y el ruido que tolerará la calle. En la mayoría de los casos se resuelve con 60 mm.

La tabla siguiente proporciona rangos de catálogo para los tres bastidores que encajan de forma realista en este envolvente, tomados de datos publicados por proveedores para modelos comparables. Son rangos, no una especificación: el punto de funcionamiento debe leerse en la curva del modelo exacto frente a la impedancia medida del armario exacto.

El patrón importante es que la capacidad de presión crece mucho más rápido con el tamaño del bastidor que el caudal libre. Pasar de 40 mm a 60 mm aproximadamente duplica el techo de presión mientras añade alrededor de un tercio al ruido y, puesto que la pieza de 60 mm puede funcionar más despacio para el mismo servicio, normalmente termina siendo más silenciosa y duradera en servicio que la pieza de 40 mm a la que sustituye.

Un bastidor de 80 mm rara vez es la respuesta correcta: domina una cara de un armario pequeño, obliga a situar la entrada y la salida suficientemente cerca como para favorecer un flujo de cortocircuito y compra su margen de presión con un ventilador mayor que la electrónica que refrigera.

Rangos de catálogo para bastidores axiales pequeños de DC: cifras de planificación de datos publicados por proveedores para modelos comparables; confirme los datos en la hoja del componente exacto
BastidorCaudal librePresión estática máximaRuido a 1 mL10 típico a 40 CComentario para un armario de 24 litros
40 x 40 x 10 mm14 to 17 m3/h (8 to 10 CFM)45 to 60 Pa30 to 33 dB(A)50,000 to 60,000 hAproximadamente el 60 por ciento del caudal requerido en el recorrido limpio; sin margen cuando se carga el filtro
60 x 60 x 15 mm30 to 42 m3/h (18 to 25 CFM)60 to 90 Pa26 to 31 dB(A)60,000 to 70,000 hElección habitual; cumple en los recorridos limpio y obstruido a velocidad reducida
60 x 60 x 25 mm40 to 55 m3/h (24 to 32 CFM)90 to 130 Pa28 to 34 dB(A)60,000 to 70,000 hUtilícelo cuando la profundidad lo permita y el filtro sea de grado fino
80 x 80 x 25 mm70 to 90 m3/h (41 to 53 CFM)100 to 150 Pa30 to 38 dB(A)60,000 to 70,000 hRara vez está justificado; existe riesgo de flujo de cortocircuito en una caja poco profunda
Artículo relacionado: ruido del ventilador, velocidad de giro y resonancia →

Diez años de funcionamiento no atendido: vida útil, alarmas y servicio

Se espera que un emplazamiento en poste funcione durante una década entre visitas planificadas. Son 87,600 horas, más que la cifra L10 de la mayoría de las hojas de datos de ventiladores pequeños; además, L10 no significa lo que a menudo supone el departamento de compras.

L10 es la hora en la que se espera que haya fallado el 10 por ciento de una población: un punto estadístico de una distribución, no una vida útil de servicio garantizada. Una flota de diez mil armarios de poste especificada con un L10 de 60,000 horas producirá una cola considerable de fallos mucho antes de diez años. Especificar un L10 de 87,600 horas o aceptar una sustitución planificada con un soporte de cambio rápido es la forma honesta de redactar el requisito.

La vida de la grasa se reduce aproximadamente a la mitad por cada incremento de 10 K en la temperatura del rodamiento y, en este servicio, el ventilador aspira aire a un ambiente efectivo de entre 40 y 63 C, muy por encima de la condición de catálogo de 40 C a la que se refiere la cifra L10. Por tanto, un bastidor que cumple el servicio a velocidad reducida es tanto una decisión de vida útil como de ruido.

Puesto que los fallos son inevitables a escala de flota, el ventilador debe informar de su estado. Una salida de tacómetro o de generador de frecuencia cuesta casi nada y convierte un fallo silencioso en una alarma registrada; la protección contra rotor bloqueado y el rearranque automático evitan que un ventilador detenido queme su bobinado. En un armario sellado, un ventilador detenido solo se hace visible como alarma térmica horas después, cuando la electrónica ya ha estado funcionando al límite.

Artículo relacionado: vida útil del rodamiento del ventilador, temperatura y ciclo de servicio →Artículo relacionado: redundancia de ventiladores y resistencia al flujo inverso en armarios exteriores 5G →

La condición de frío: arranque a -33 C y -45 C

La condición de calor recibe los cálculos y la condición de frío recibe los fallos. La clase 4.1 exige que un ventilador arranque a -33 C y la clase 4.1E a -45 C, mientras que los pequeños ventiladores axiales de DC utilizados en este servicio suelen estar clasificados a partir de -10 C.

Esta diferencia no es una formalidad. Por debajo del mínimo clasificado, la grasa del rodamiento se endurece y aumenta el par de arranque; un ventilador que gira con facilidad a temperatura ambiente puede no arrancar en absoluto o arrancar tan lentamente que su lazo de control nunca recibe una señal válida del tacómetro y declara un fallo: eléctricamente sano, mecánicamente bloqueado y exactamente el fallo que un emplazamiento remoto no puede detectar.

Existen tres formas de cerrar esta diferencia y normalmente se combinan. La primera es una variante de ventilador para amplio rango de temperaturas, con grasa de baja temperatura y un mínimo clasificado igual o inferior al de la clase del emplazamiento. La segunda es un calentador del envolvente; muchos armarios de poste ya incorporan un calentador de batería, y ampliar su termostato hasta la zona del ventilador es más barato que un ventilador especial. La tercera es aceptar que el ventilador no necesita funcionar cuando el armario está frío y arrancarlo solo por encima de un punto de consigna; esto elimina el evento de arranque en frío a cambio de tener que demostrar primero el funcionamiento del calentador.

Sea cual sea la opción elegida, el requisito debe probarse: una exposición en frío de varias horas al mínimo de la clase, seguida de un intento de arranque a la tensión mínima de alimentación, es una prueba de un día que elimina del campo un modo de fallo completo.

Artículo relacionado: validación del arranque en frío y la condensación para ventiladores de armarios exteriores →Artículo relacionado: humedad, condensación y control de ventiladores en armarios exteriores →

Ruido en la ventana del dormitorio más cercana

Los emplazamientos en postes se instalan en calles. La carga térmica es pequeña y el ventilador también, por lo que la cuestión del ruido normalmente no se refiere al nivel, sino al tono y a lo que sucede cuando se coloca una malla o una rejilla delante del ventilador.

Como contexto, las Directrices de la WHO sobre el ruido nocturno para Europa establecen un promedio anual Lnight,outside de 40 dB como valor orientativo y 55 dB como objetivo provisional, y las Directrices de la WHO de 2018 sobre el ruido ambiental para la región europea recomiendan mantener el ruido del tráfico rodado nocturno por debajo de 45 dB Lnight. Un ventilador de 31 dB(A) medido a 1 m desciende aproximadamente a 17 dB(A) a 5 m únicamente por propagación esférica, por lo que el nivel de banda ancha rara vez constituye el problema en una fachada residencial.

El tono sí lo es. La frecuencia de paso de las palas es la velocidad dividida por 60 y multiplicada por el número de palas: un ventilador de 40 mm con siete palas a 8500 rpm produce un tono cercano a 990 Hz, en la región a la que el oído es más sensible, destacando sobre un fondo nocturno silencioso. Un ventilador de 60 mm que realice el mismo servicio a 4000 rpm sitúa el mismo tono cerca de 470 Hz, a un nivel mucho menor.

La velocidad es la palanca más potente: la potencia acústica del ventilador aumenta aproximadamente con la quinta potencia de la velocidad de giro, por lo que una reducción de velocidad del 30 por ciento equivale a aproximadamente 8 dB, más que cualquier tratamiento del montaje o de la rejilla. El bastidor mayor funcionando más despacio es más silencioso, más frío y tiene una vida útil mayor.

Las rejillas y las mallas contra insectos actúan en sentido contrario. Una malla colocada cerca de la entrada añade ruido turbulento de banda ancha y puede generar un silbido a una velocidad fija; por ello, especifique el área abierta de la malla y la distancia de separación como requisitos acústicos, y escuche el conjunto a la velocidad prevista en lugar de confiar en la cifra del ventilador desnudo.

Ficha informativa de la WHO sobre el ruido (valores orientativos del ruido nocturno) →Artículo relacionado: ruido del ventilador, velocidad de giro y resonancia →

Alimentación, control y presupuesto de autonomía

El ventilador es una carga pequeña en un emplazamiento cuyo objetivo principal es seguir operativo cuando falla la red. De dónde obtiene su alimentación importa más que cuánto consume.

Los bastidores pequeños de esta clase consumen aproximadamente entre 0.5 y 1.8 W. Frente a 120 W de electrónica, eso es menos del 1.5 por ciento de la carga, y frente a una autonomía de batería de cuatro a ocho horas de 480 a 960 Wh, son unos pocos vatios-hora. La potencia del ventilador no limita la autonomía y no debe utilizarse para justificar un ventilador insuficientemente dimensionado.

Lo importante es en qué bus está conectado el ventilador. Si recibe alimentación del mismo carril de -48 V o 12 V que la electrónica, continúa funcionando durante un corte de red, que es lo que supone el diseño térmico. Si recibe alimentación de una fuente auxiliar derivada de AC, el armario pierde refrigeración exactamente cuando la batería soporta la carga y el ambiente aún puede encontrarse en su máximo vespertino.

En la mayoría de estos armarios, el control debe ser de tipo histérico en lugar de proporcional: un punto de consigna con 5 to 10 K de histéresis evita que el ventilador realice ciclos alrededor del punto de consigna, y un tiempo mínimo de funcionamiento evita arranques en frío repetidos durante el invierno. El control PWM continuo es útil por razones acústicas, pero añade un lazo de control que también debe cualificarse en la condición de frío, además de la de calor.

Artículo relacionado: control de ventiladores de DC: tensión, PWM y comportamiento durante el arranque →Artículo relacionado: refrigeración y reducción de capacidad de ventiladores de fuentes de alimentación →

Qué medir antes de aprobar el diseño

Las cifras anteriores son valores de planificación. Ocho mediciones las convierten en un diseño cualificado y las ocho pueden realizarse en un banco antes de instalar un solo armario.

  • Condición de calor con radiación solar: ambiente de 45 C con la carga solar absorbida simulada, ya sea mediante 179 W de calor distribuido en las caras soleadas o mediante un montaje de lámparas a 1120 W/m2, y el ventilador funcionando a su velocidad especificada.
  • Filtro obstruido: repita la condición de calor con una restricción en el recorrido de entrada ajustada a la pérdida de presión obstruida, 125 Pa en el armario de referencia, y confirme que la electrónica sigue cumpliendo su límite.
  • Aire quieto: repita la prueba sin flujo de aire exterior forzado, de modo que el coeficiente de película exterior sea mínimo y el incremento sol-air sea máximo.
  • Cuatro puntos de temperatura como mínimo: aire de entrada, aire a media altura del armario, carcasa del componente más caliente y aire de salida. Un promedio interno por sí solo oculta el punto caliente que provoca el fallo.
  • Margen de aceptación: temperatura de la carcasa del componente más caliente al menos 10 K por debajo de su límite y aumento entre la salida y la entrada dentro de los 15 K utilizados para dimensionar el caudal.
  • Arranque en frío: estabilice el armario a la temperatura mínima de la clase (-33 C o -45 C) durante al menos cuatro horas; después, arranque el ventilador a la tensión mínima de alimentación y registre el tiempo y la corriente de arranque.
  • Ruido: mida a 1 m con un fondo inferior a 20 dB(A), registre el nivel global y compruebe la existencia de un tono de paso de palas; repita la prueba con la malla y la rejilla de producción instaladas.
  • Intervalo del filtro: opere hasta que la pérdida de presión de entrada alcance el doble de su valor limpio y registre las horas; esa cifra es el intervalo de mantenimiento y debe aparecer en la documentación del emplazamiento.
Artículo relacionado: carga solar, ensuciamiento del filtro y validación de la condensación nocturna en armarios exteriores 5G →Artículo relacionado: niebla salina costera y selección de ventiladores resistentes a la corrosión →

Cómo aborda MEGA Tech este servicio

MEGA Tech suministra ventiladores de refrigeración personalizados. En microarmarios montados en poste, el trabajo casi nunca consiste en «dennos más caudal»: consiste en adaptar un bastidor pequeño a un envolvente sellado, filtrado y sometido a carga solar que debe funcionar durante diez años sin una visita.

  • Qué suministramos: ventiladores axiales de DC de 40 mm, 60 mm y 80 mm seleccionados frente a la impedancia medida de su sistema, en variantes de 5 V, 12 V, 24 V y 48 V, con salida de tacómetro o de generador de frecuencia, protección contra rotor bloqueado, control de velocidad PWM o basado en temperatura, construcciones con clasificación IP, grasa y opciones de rodamientos para amplios rangos de temperatura, y variaciones de cables, conectores y bastidores de montaje para adaptarse a un armario existente.
  • Cómo trabajamos: usted nos envía la geometría del armario, la disipación interna y su distribución, el recorrido de entrada y la especificación del filtro, la clase del emplazamiento y la altitud, el carril de alimentación y la interfaz de control, además de los objetivos de vida útil y ruido. Le devolvemos una propuesta de ventilador con el punto de funcionamiento trazado sobre su curva de impedancia, junto con muestras para que las pruebe en su propio armario bajo sus propias condiciones de calor, obstrucción y frío.
  • Trabajo de sustitución: fabricamos ventiladores para sustituir piezas Sanyo Denki SAN ACE, SUNON, Delta, NMB y ebm-papst con el mismo tamaño de bastidor y montaje. No afirmamos equivalencia basándonos únicamente en la coincidencia de hojas de datos; la intercambiabilidad se confirma probando la muestra en el envolvente del cliente.
  • Qué necesitamos de usted: la potencia disipada y el lugar donde se genera, la temperatura permitida del aire interno, la clase climática y la altitud del emplazamiento, la geometría de entrada y salida con su malla y filtro, la tensión de alimentación y las señales de control, y la vida útil objetivo en horas.
  • Dónde está el límite: no suministramos armarios, intercambiadores de calor, acondicionadores de aire, filtros, rejillas, calentadores, controladores, protección contra sobretensiones ni equipos de alimentación del emplazamiento, y no realizamos el diseño de seguridad o estructural a nivel de armario. Nuestra evidencia termina en el ventilador y en su rendimiento medido dentro de su conjunto.
Hable con el departamento de ingeniería de MEGA Tech por WhatsApp →Proceso de desarrollo de ventiladores personalizados de MEGA Tech →

Preguntas frecuentes de ingeniería

Las preguntas que surgen al revisar el diseño térmico de un armario montado en poste.

Q: ¿Es suficiente alguna vez un ventilador de 40 mm? A: Sí, cuando el recorrido de entrada está realmente abierto: una rejilla sin filtro fino y un recorrido interno corto, en un armario de color claro o sombreado. Cuando se incorporan un filtro G4 y una malla contra insectos al recorrido, la presión supera lo que un bastidor de 40 mm puede suministrar a un caudal útil, y 60 mm es el punto de partida correcto.

Q: ¿Debe el armario estar sellado y filtrado, o ventilado? A: El filtrado protege la electrónica, pero consume presión y crea una tarea de mantenimiento; la ventilación consume menos presión, pero admite polvo y humedad. La decisión corresponde a la clase del emplazamiento y al entorno de contaminación, y cambia completamente la selección del ventilador, por lo que debe resolverse antes de hablar del ventilador.

Q: ¿Puede funcionar realmente un ventilador durante diez años? A: De forma continua, a 40 C o más, con un L10 de 60,000 horas, no como garantía para una flota. Diez años de funcionamiento no atendido se consiguen combinando un L10 más largo, una temperatura de funcionamiento menor mediante velocidad reducida o un acabado más claro, y una alarma que convierta un fallo eventual en una visita programada en lugar de una parada térmica.

Q: ¿Es realmente una restricción el ruido a estos niveles? A: El nivel de banda ancha normalmente no, pero el tono sí. Compruebe la frecuencia de paso de las palas frente a un fondo nocturno silencioso y mida el ventilador con la malla de producción instalada, no en aire libre.

Q: ¿Qué cifra única debe aparecer en el plano? A: El caudal másico requerido a la presión del emplazamiento, por ejemplo 27 kg/h a 70 kPa y 40 C, junto con la presión estática del recorrido obstruido de 125 Pa. El caudal volumétrico por sí solo permite que un proveedor cumpla el plano con un ventilador que no puede suministrarlo.

Preguntas para una revisión del diseño

Seis preguntas que conviene formular antes de aprobar el diseño térmico de un microarmario montado en poste.

  • ¿A qué clase de ETSI EN 300 019-1-4 está especificado el emplazamiento y la clasificación ambiental y de almacenamiento del propio ventilador cubre tanto el mínimo como el máximo de la clase?
  • ¿Cuál es la absorptividad del acabado especificado y se ha incorporado la carga solar absorbida al balance térmico como vatios, en lugar de tratarla como una preferencia de color?
  • ¿Está expresado el requisito de caudal como caudal másico a la presión del emplazamiento y se ha corregido para el límite inferior de 70 kPa si el emplazamiento se encuentra a gran altitud?
  • ¿Cuál es la presión estática del recorrido de entrada al final de la vida útil del filtro y tiene el ventilador seleccionado un punto de funcionamiento sobre esa curva, en lugar de sobre la curva limpia?
  • ¿Cómo se convierte un ventilador detenido en una orden de trabajo? ¿Existe una salida de tacómetro y se ha probado la alarma con el armario sellado y cargado?
  • ¿Se ha arrancado el conjunto a la temperatura mínima de la clase y a la tensión mínima de alimentación, con la malla y el filtro de producción instalados?
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