Los armarios metálicos industriales que incluyen equipos electrónicos de potencia disipan principalmente su calor interno mediante ventilación por convección natural (sin ventilador) o por convección forzada (con ventilador). En ambos casos se deben realizar unos agujeros o ranuras en un lateral del armario o en la puerta, una ranura en la parte baja y la otra en la parte alta. Por estas ranuras, que son relativamente grandes, pueden salir emisiones radiadas generadas por los equipos internos de potencia, al quedar debilitado el nivel de blindaje del armario.
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Los armarios metálicos industriales que incluyen equipos electrónicos de potencia disipan principalmente su calor interno mediante ventilación por convección natural (sin ventilador) o por convección forzada (con ventilador). En ambos casos se deben realizar unos agujeros o ranuras en un lateral del armario o en la puerta, una ranura en la parte baja y la otra en la parte alta. Por estas ranuras, que son relativamente grandes, pueden salir emisiones radiadas generadas por los equipos internos de potencia, al quedar debilitado el nivel de blindaje del armario. La práctica más común es tener una ranura cuadrada a la que se le añade una simple rejilla de plástico.
Esta práctica deteriora la atenuación de la chapa del armario (sea en la puerta o en el cuerpo del armario). Al comparar la eficiencia de un blindaje sin ranura con un blindaje con ranura, la pérdida de atenuación electromagnética provocada por la ranura es directamente proporcional a la longitud lineal máxima. No depende de la superficie de la ranura. En el caso de un agujero cuadrado o rectangular, la longitud lineal máxima coincide con su diagonal. Por ello, una mejor práctica es hacer varios agujeros pequeños en lugar de uno grande.
Luego se puede usar una rejilla de plástico por razones estéticas. Los agujeros pueden tener un diámetro de 3 a 5 mm y hacer tantos como sea necesario para tener la superficie de ventilación correcta desde el punto de vista de la disipación de calor. El problema de esta práctica es su ejecución en producción. Se necesita mucho tiempo para hacer que los agujeros queden bien alineados y sin rebabas.
La mejor alternativa es usar un sistema de ventilación con rejilla metálica de nido de abeja. Facilita el montaje, deja pasar el aire necesario y asegura una atenuación en un amplio margen de frecuencias.
Los fabricantes ofrecen varias configuraciones con dimensiones distintas y también ofrecen en sus catálogos las gráficas de atenuación electromagnética correspondientes. Un sistema de ventilación de nido de abeja consiste en una lámina de aleación metálica con otras características de atenuación y ventilación con el valor añadido del enmarcado, la junta, filtros, etc que facilita el montaje en el armario.
Estos sistemas de ventilación de nido de abeja se diseñan específicamente para ser incorporados en recintos o armarios industriales donde la radiación electromagnética o susceptibilidad puede ser un problema y donde, al mismo tiempo, la disipación de calor es necesaria para garantizar el buen funcionamiento del equipo a largo plazo.
Por tanto, un sistema de ventilación con rejilla de nido de abeja se debe seleccionar considerando dos variables de primer nivel: la cantidad de calor a disipar y el nivel de atenuación electromagnética necesario. Su rendimiento puede modificarse cambiando el tamaño y otras características asociadas del conjunto de ventilación.
Seguidamente se resumen las variables principales a tener en cuenta en la selección de un sistema de ventilación de nido de abeja:
Caudal de aire
El rendimiento del caudal de aire es inversamente proporcional al rendimiento de la atenuación electromagnética. Con una cantidad infinita de metal se obtiene un blindaje infinito, pero provoca nulo caudal de aire, y viceversa. Debe considerarse tres factores principales para determinar el rendimiento del caudal de aire:
1. A medida que el tamaño de la celda del nido de abeja disminuye, el caudal de flujo de aire disminuye.
2. A medida que aumenta el grosor del panel, se produce una mayor turbulencia del aire dentro de las céldas, lo que resulta en una disminución del caudal de aire.
3. Las capas adicionales (filtros de espuma, etc.) disminuirán el flujo de aire.
Atenuación electromagnética
Para iniciar el diseño de un sistema de ventilación con rejilla de nido de abeja es primordial la identificación de los requisitos de blindaje electromagnético (dB de atenuación en función de la frecuencia) para el conjunto del sistema de ventilación. Dependiendo de estos requisitos, se pueden determinar variables tales como la composición del material y su geometría. En términos generales, cuanto más pequeño es el tamaño de la celda y mayor es el espesor de la rejilla de nido de abeja, mayor es la atenuación electromagnética como blindaje. Se debe considerar que hay una relación íntima entre la atenuación electromagnética y el caudal de aire. El recubrimiento de la rejilla puede mejorar enormemente su rendimiento como blindaje
Métodos de instalación
Los métodos de instalación generalmente determinan los requisitos para la robustez y el diseño del marco, así como el tipo y la ubicación de la sujeción. Los marcos generalmente se integran en el sistema de ventilación de nido de abeja para facilitar el montaje, así como una mayor integridad estructural.
Junta electromagnética
Por lo general, es necesario usar una adecuada junta electromagnética para garantizar una buena unión electromagnética (“gasket”) entre el conjunto de ventilación y el armario.
Ejemplo:
En el mercado hay una gran variedad de sistemas de ventilación con rejilla de nido de abeja. Como ejemplo he seleccionado una familia de sistemas de ventilación de la marca italiana ALFAELECTRIC. Es asequible en costo y tiene suficiente atenuación electromagnética para una gran mayoría de instalaciones industriales.
Supongamos que en un armario necesitamos disipar el calor interno correspondiente a 500W, con una diferencia de temperatura de 20K entre el interior y el exterior del armario.
Según el gráfico adjunto, el sistema de ventilación debe mover m3 /hr. Para seleccionar el dispositivo es recomendable tener un margen del 10% para compensar cualquier filtro adicional que se pudiera añadir. La selección adecuada sería el conjunto de las referencias ALFA2300BPB (con ventilador) más la ALFA2000BPB (sin ventilador). El sistema de ventilación forzada impulsa el aire gracias a su ventilador y el otro conjunto deja pasar libremente el aire.
La tabla de atenuación electromagnética entre 30 MHz y 1 GHz se presenta adjunta.
Los valores en verde aportan un valor medio de atenuación de 45,2 dB. Este valor de atenuación puede ayudar a no superar los límites de las emisiones radiadas.
El sistema de ventilación se muestra en la foto adjunta. Se debe destacar:
1. La rejilla de plástico blanco delantera que vista desde el exterior es aparentemente similar a las típicas rejillas que se aplican a las ranuras. Su estructura de plástico une todo el sistema de ventilación y está debidamente pintada con pintura conductora. Al atornillar la rejilla con su estructura a la plancha del armario se debe asegurar que, en la zona de unión, el armario no está pintado. Si fuera necesario, se debería añadir una junta electromagnética para ayudar a tener una buena unión eléctrica entre la estructura y la plancha metálica sin pintar del armario. Estas dos piezas serían comunes en las dos referencias de ejemplo.
2. La rejilla metálica de nido de abeja está dispuesta internamente, unida eléctricamente por contacto a la estructura pintada.
3. En la referencia ALFA2300BPB se añade el ventilador para forzar la circulación de aire.
Todo el conjunto de piezas conforma el sistema de ventilación con rejilla de nido de abeja que tiene una atenuación media de 45,2 dB gracias a la rejilla metálica de nido de abeja que deja pasar el aire para disipar el calor. Sin la rejilla de nido de abeja, no tendríamos la atenuación electromagnética, la ranura sería transparente a los campos electromagnéticos y podría actuar como una antena radiante. Esto podría provocar la superación de los límites de emisión radiada. Este problema, además de no pasar la normativa para el Marcado CE, podría provocar problemas de interferencias en nuestra instalación.
En conclusión, el uso de sistemas de ventilación con rejilla de nido de abeja puede ser una solución cuando una ranura necesaria para la disipación de calor en un armario industrial emite demasiada radiación electromagnética.
Agradezco la colaboración de FALCONERA DE GESTIONS SL, distribuidor del fabricante ALFAELECTRIC en la cesión de documentación para poder escribir este post.
REFERENCIAS
· Henry W. Ott, Electromagnetic Compatibility engineering, 2009, John Wiley & Sons
· Información de ALFAELECTRIC (www.alfaelectric.com)
· Información general de varios fabricantes de sistemas de ventilación
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