La ventilación en los tableros eléctricos es un tema de importancia relevante y que merece ser considerado como algo primordial desde el diseño de un proyecto. Todo elemento de control que tenga consumo eléctrico y esté diseñado para producir una actividad de control en un tablero eléctrico es considerado una fuente emisora de calor.
Estudios demuestran que por cada diez grados de elevación de temperatura, la vida útil de los equipos se reduce en un 50%.
¿QUE ES LA CLIMATIZACIÓN?
Es una serie de procedimientos para crear las condiciones óptimas de temperatura y humedad en un espacio cerrado.
Los contactores y relevadores son los elementos que más a menudo se encuentran en los tableros de control y cuando éstos elementos se encuentran operando, emiten cierta cantidad de calor que al conjuntarse provocan una elevación considerable de temperatura.
Ademas de los equipos electromecánicos, es común que muchos elementos finales sean comandados por equipos que esencialmente poseén elementos de electrónica de potencia que en conjunto con ciertos ordenadores son otra gran fuente de calor cuya intensidad vá en aumento mientras van acelerando su proceso operativo. Hay situaciones tan críticas que el calor generado es comparable con el de un horno doméstico.
En cuanto a su naturaleza, éstas dos variantes son las que básicamente influyen en la acumulación de calor en un tablero. Entre las fuentes de calor de tipo interno se pueden mencionar los controladores (drives), ordenadores, procesadores electrónicos, etc. Respecto a las fuentes de calor externas, es oportuno mencionar el calor del sol, procesos metalúrgicos, hornos de pintura y secado, etc.
Entre los agentes externos más comunmente hallados en los gabinetes de control industrial, están el agua y el polvo. Las causas suelen ser:
1.- Apertura constante del tablero que provoca condensación debido a la mezcla del calor existente en el interior con lo fresco del exterior.
2.- Grado de protección no adecuada para un tablero expuesto a salpicaduras o chorros de agua.
3.- Sistema de climatización no adecuado o con funcionamiento deficiente.
Éstas situaciones pueden revertirse si se tiene conciencia y desde inicio se desarrolla un buen sistema de climatización además de proporcionar un mantenimiento periódico. De igual manera es recomendable no abrir con frecuencia los tableros si no es necesario y algo importante es seleccionar el tablero con el correcto grado de protección.
Las causas de una ineficiencia en el climatizado inician desde el propio entorno de trabajo, pues cada industria tiene diferentes agentes contaminantes y por citar algunos se puede mencionar que en la industria metalmecanica hay presencia de aceites pulverizados junto con sustancias corrosivas. Otra situación podría ser la industria textil donde la misma fibra de algodon penetra en los tableros y también obstruye los ductos de ventilación.
La ineficiencia en la climatización provocará situaciones que pueden complicarse si no se atienden de manera oportuna. La situación mas frecuente es el daño al cableado y materiales plásticos.
Si esto fuera poco, los problemas se acrecentan cuando existen señales de alarma provenientes de equipos como pueden ser los variadores de velocidad que al detectar altas temperaturas llegan a alarmarse debido al calor acumulado en el interior del gabinete, incluso provocando daños irreparables si el problema no es atendido de forma oportuna.
Es lamentable estar ante una situación que con un poco de conciencia y sentido común pudo haberse evitado y no estar ahora ante un verdadero problema que ha causado el paro de una línea de producción junto con las enormes pérdidas económicas y todas las repercusiones que de ello se derivan.
QUE UTILIDAD TIENE USAR VENTILADORES
La mayor aplicación de los ventiladores es en los sistemas de climatización y calefacción ya que es un campo donde su presencia es imprescindible. Su principal función es remover el aire caliente de espacios cerrados y sustituirlo por aire fresco. De ésta forma, se estará asegurando una operación correcta. Por eso, es es recomendable considerar lo siguiente:
1.- La temperatura exterior deberá ser lo suficientemente fresca.
2.- Calcular la carga térmica del tablero para determinar que el uso de ventiladores es suficiente.
3.- La existencia de polvo no debe ser excesiva.
Las condiciones existente serán las que obliguen a realizar las adecuaciones. Por ejemplo: Si se tiene un ambiente con demasiado polvo o con lubricantes pulverizados, podría pensarse en anexar filtros con rejillas a los ventiladores y establecer un programa de mantenimiento para conservar limpios tanto los ventiladores como los filtros.
Cabe mencionar que cuando la climatización con ventiladores es insuficiente, es momento de implementar un sistema de aire acondicionado para uso industrial.
TIPOS DE VENTILACIÓN
Basicamente y de acuerdo a la forma en que se coloquen los elementos de ventilación, existen dos tipos: La ventilación positiva y la ventilación negativa.
La ventilación positiva consiste en instalar un ventilador que introduzca aire fresco desde la parte inferior del tablero y la salida de aire caliente será mediante un filtro con rejilla en la parte superior.
Por su parte, la ventilación negativa se logra colocando una rejilla con filtro en la parte inferior por donde ingresará aire fresco y en la parte superior un ventilador extractor que esté expulsando el aire caliente hacia el exterior.
¿CUANDO USAR FILTROS EN LOS VENTILADORES?
En la industria es muy poco probable encontrar una ambiente libre de partículas suspendidas en el aire, la realidad es que siempre existirá contaminación en mayor ó menor escala y una forma de remediar dicha situación es anexando filtros a los ventiladores.
Los filtros tienen la importante labor de limpiar el aire impidiendo el paso de la mayoria de partículas manteniendo un buen nivel de protección en un tablero.
¿COMO COLOCAR LOS VENTILADORES EN UN TABLERO?
Si se desea obtener un flujo de aire equilibrado, se recomienda colocar el mismo número de ventiladores tanto de entrada como de salida. Por ejemplo:
Se pueden colocar uno o dos ventiladores en la base del tablero y otros dos en la parte superior.
Otra forma recomendable es colocar uno o dos ventiladores en la parte lateral inferior del tablero y el mismo número de unidades en la parte lateral superior en el mismo costado del tablero. De esta forma, el aire asciende y se cumple el efecto de la convección.
Así como éstas, existen otras formas de cómo distribuir los ventiladores en un gabinete siempre y cuando las direcciones del aire no se opongan entre sí para no ocasionar un choque del aire que vaya en detrimento de la buena climatización del tablero.
CÁLCULOS PARA LA SELECCIÓN DE VENTILADORES.
Teniendo una situación en la cual se desea hacer la implementación de ventiladores, es preciso realizar algunos cálculos muy básicos que nos darán la pauta para seleccionar el elemento correcto.
La siguiente expresión permitirá calcular la disipación ó carga térmica. Disipación térmica = (Watts totales instalados) - (Watts totales consumidos)
Los Watts totales instalados resultan de sumar el consumo en Watts de cada elemento que se encuentre dentro del tablero o bien de multiplicar la corriente consumida por el voltaje de operación ( P = V x I ) para cada elemento.
Los Watts totales consumidos corresponden a multiplicar los Watts totales instalados por la eficiencia, dicho valor se encontrará en la placa de datos del elemento.
La diferencia de entre los Watts instalados y los Watts consumidos dará por resultado la Carga Térmica en Watts (Disipación térmica)
Por otra parte se necesita calcular ∆𝐓 que es el diferencial entre la temperatura deseada en el interior del gabinete y la temperatura máxima del exterior.
La expresión sería: ∆𝐓 = (Temperatura máxima deseada) - (Temperatura máxima externa)
Una vez obtenidos los valores de Disipación térmica y la Diferencial de temperatura, es necesario hacer uso de una tabla para determinar el caudal en piés cúbicos por minuto o metros cúbicos por hora y así seleccionar el modelo de ventilador en catálogo.
EJEMPLO PARA CALCULAR EL CAUDAL DE AIRE
Para fortalecer el conocimiento, a continuación se tiene un ejemplo sencillo donde de manera práctica se obtiene el caudal de aire necesario para una aplicación.
En un tablero de control se tienen 10 equipos conectados a 230 VCA y por datos de placa, su corriente nominal es de 4.35 Amperes. Por lo tanto, la potencia que cada equipo consume es: P = 230 x 4.35 P = 1,000.5 W.
Si son 10 equipos, la POTENCIA TOTAL INSTALADA será: P = 10,005 W.
Ahora bien, si la eficiencia de los equipos es del 90%. Entonces la potencia real consumida será:
10,005 x 0.9 = 9,004.5 W.
Por tanto, la Disipación Térmica (Carga Térmica) será: 10,005 - 9,004.5 = 1,000.5
A continuación, se obtendrá la DIFERENCIAL DE TEMPERATURA.
Para efectos de ejemplo, si se desea una temperatura máxima de 35 grados centígrados en el interior del tablero y en el ambiente la temperatura es de 25 grados.
Entonces la diferencial de temperatura será:
∆𝐓 = 35 - 25. Resultando una DIFERENCIAL DE TEMPERATURA ∆𝐓 = 10
De esta forma, teniendo una disipación térmica de 1,000.5 y una diferencial de temperatura de 10, consultando la gráfica de cálculo resultará un caudal de 180 CFM (306 metros cúbicos por hora).
Con este resultado, será posible seleccionar en catálogos de producto el ventilador adecuado para la aplicación.
OFERTA COMERCIAL
Para cubrir gran parte de las necesidades en el tema de la climatización de tableros eléctricos, la empresa Altech tiene disponibilidad de ventiladores y accesorios con el propósito de dar solución a diversas situaciones. El parámetro principal que tiene que ver en la selección de un ventilador, es la capacidad en Pies Cúbicos por minuto (CFM) o su equivalente en metros cúbicos por hora.
Además se tiene la comodidad de seleccionarlo de acuerdo con la alimentación que se tenga disponible y para ello se puede optar en 120 ó 230 VCA.
Para mantener un ambiente fresco en un tablero de pequeñas dimensiones, se tiene el ventilador de la serie FM8038 el cual maneja una capacidad que fluctúa entre 26 y 30 Pies cúbicos por minuto, suficiente para mantener condiciones de temperatura aceptables.
Puede darse el caso de tableros de medianas dimensiones o bien, tableros pequeños con una carga térmica considerable. Es posible que de acuerdo a los cálculos se pueda llegar a seleccionar un ventilador de la serie FM12038 que puede alcanzar un volumen de 90 a 100 Pies cúbicos por minuto.
A medida que un proyecto va creciendo, los elementos de control van aumentando en la misma proporción y es inevitable el aumento de la carga térmica. Como resultado, se necesita mayor volumen de aire fresco que mantenga el tablero eléctrico con una temperatura aceptable de forma que los equipos de control y demás elementos puedan trabajar correctamente. En este caso, la serie de ventiladores FM17251 es sin duda la mejor opción pues con su capacidad de 150 a 170 Pies cúbicos por minuto además de su diseño ligeramente ovalado, resulta ser la solución perfecta.
La máxima capacidad de ventilación forzada que hasta el momento se ofrece, es con los ventiladores de la serie 200WZL. Es muy común encontrarlos en tableros de gran tamaño incluso en tableros autosoportados pues con los 600 Pies cúbicos por minuto de aire que otorga, es suficiente para remover grandes cantidades de calor en gabinetes con alta carga térmica.
Hasta aquí, se considera un conjunto de opciones muy completo en cuanto a capacidad, robustez y opciones de alimentación. Sin embargo, para incrementar las alternativas, se cuenta con el ventilador de la serie PF120120 que tiene opción de alimentarse a 24 VCD con lo cual se dá solución a diversas situaciones además de las cualidades técnicas y operativas, pues con sus 95 Pies cúbicos por minuto de aire que suministra, es imprescindible en numerosas aplicaciones.
REJILLAS DE PROTECCIÓN
Para cubrir el aspecto de seguridad se anexan las rejillas protectoras con dimensiones para cada uno de los ventiladores antes mencionados. Su uso se hace necesario para que además de evitar el paso de algún objeto entre las aspas, pueda servir como protección para dedos y manos debido a algún contacto accidental que aunque parezca insignificante, en ocasiones se llega a complicar.
VENTILADORES CON FILTRO
En la climatización de los tableros se tendrá que tratar con distintos ambientes que cada industria presenta. Cuando es necesario climatizar con ventiladores y se tiene un ambiente con partículas en suspensión, es adecuado el uso de ventiladores con filtro de la serie AFF.
La disponibilidad es amplia, pues se cuenta con equipos cuyas medidas van desde 95 x 95 hasta 302 x 302 milimetros y las capacidades van desde los 7 hasta los 359 Piés Cúbicos por minuto de acuerdo con el modelo seleccionado. El voltaje nominal de alimentación es de 120 VCA y están disponibles en colores gris (RAL 7035) y negro (RAL 9005).
El bloqueo de partículas se logra por medio de una malla filtrante hecha de fibras sintéticas que se encarga de atrapar la mayor cantidad de contaminantes, evitando que logren introducirse al tablero.
REJILLAS DE SALIDA
Cuando se desea climatizar tableros de control utilizando un ventilador con filtro en el costado inferior y solamente una salida en la parte superior, es oportuno utilizar una rejilla de salida con su filtro respectivo para llevar a cabo una ventilación positiva que por un lado introduzca aire fresco y por la rejilla esté expulsando el aire viciado. Así se podrá conseguir una óptima temperatura de trabajo en el interior del gabinete.
Las dimensiones disponibles van desde 95 x 95 hasta 302 x 302 para que puedan ser consideradas en el desarrollo de proyectos o como anexos en proyectos de mejora.
Al igual que los ventiladores, las rejillas se pueden solicitar en colores normalizados ya sea gris (RAL7035) o negro (RAL9005).
MALLAS O ESTERAS FILTRANTES
Las mallas o esteras filtrantes son intercambiables y se deben sustituir cuando su composición esté degradada, evitando deficiencias en la climatización de tableros además del ingreso de agentes contaminantes que pudieran impactar de manera negativa en la operación de los elementos de control.
Cada elemento filtrante se localiza en el catálogo de productos y se selecciona de acuerdo con el tamaño de la rejilla con la cual se va a utilizar. Como dato importante, su clasificación de filtrado es NEMA 12.
Con esta explicación y las diferentes opciones presentadas, se pretende crear conciencia para que en sus proyectos próximos o bien como implementaciones anexas que se deseén realizar, se tome en cuenta el tema de la climatización como medida preventiva y evitar que una situación insignificante se pueda complicar creando situaciones preocupantes.