Erros Comuns de Resfriamento em Painéis de Controle Industrial: Evitando Superaquecimento e Falhas

A importância do resfriamento eficaz de gabinetes é frequentemente negligenciada por projetistas de painéis de controle industrial. Isso leva a designs que apresentam ventilação natural com pouca importância dada aos efeitos combinados da carga térmica dos componentes e da temperatura ambiente. Como resultado, o gabinete falha em manter a temperatura interna nos níveis recomendados. Os perigos de níveis de temperatura inseguros são bem conhecidos, variando de danos ao equipamento a encurtamento da vida útil dos componentes até incêndio completo. Estes podem ser minimizados percebendo e subsequentemente retificando os erros cometidos no resfriamento dos gabinetes.

Por que painéis de controle industriais esquentam?

A taxa de calor gerada dentro do painel e a taxa na qual o calor é removido impactam diretamente a temperatura dentro de um gabinete. O uso generalizado de equipamentos eletrônicos e baseados em microprocessadores significa que sistemas de controle emitem mais calor. A situação piora ainda mais pelo uso de inversores de frequência que são notórios por gerar calor. Isso se combina com o desejo dos projetistas de empacotar todos os componentes no menor espaço possível, criando uma receita para o desastre.

Consequências

Não é incomum que equipamentos industriais tenham uma faixa de temperaturas de operação. Como ambientes industriais são conhecidos por serem desafiadores, os fabricantes certamente fornecem flexibilidade em termos de operação, mas varia de componente para componente. Painéis de controle industriais compactados para densidade podem logo acumular calor que pode levar a danos ao equipamento, especialmente os sensíveis como fontes de alimentação, controladores e dispositivos de medição de precisão. Há também risco de dispositivos controlados por microprocessador como CLPs começarem a funcionar mal quando a temperatura ultrapassa um certo limite.

Erros Comuns

Muitas vezes, são os pequenos erros que causam maior impacto. E erros podem ser custosos quando se trata de painéis de controle industriais, que abrigam equipamentos sensíveis como inversores de frequência, fontes de alimentação, transformadores, etc. Estes são caros, e a falha também pode reduzir a produtividade. Além disso, mesmo que os componentes percam eficiência ou desenvolvam falhas, linhas de montagem inteiras podem ser afetadas até a retificação.

Geralmente, os fabricantes indicam um limite máximo de temperatura permitido em sua documentação de produto, variando entre 35 a 40 graus Celsius. Isso pode parecer adequado, mas o acúmulo de calor dentro de um gabinete resulta em temperatura ainda maior. Exemplos comuns de quando isso pode ocorrer é quando inversores aquecem ou disparam, causando paralisações totais da planta.

Os seguintes são três dos erros mais comuns, que se retificados podem prevenir tempo de inatividade excessivo e custos de reparo, melhorando a longevidade do equipamento.

Escolhendo um sistema de resfriamento incompatível

Deve-se entender o ambiente industrial no qual o painel de controle será instalado. Limites de temperatura ambiente alta e baixa devem ser conhecidos antecipadamente, enquanto outros fatores a serem considerados incluem exposição à radiação solar, níveis de umidade e presença de poluentes como poeira e sujeira. Uma vez conhecidas, estas informações podem ser usadas para conceber o gabinete correto conforme classificações NEMA.

NEMA ou Associação Nacional de Fabricantes Elétricos é um sistema regulatório maduro e estabelecido que possui especificações para gabinetes elétricos para operação interna ou externa. Fabricantes geralmente projetam seus gabinetes em torno dos padrões NEMA. Por exemplo, gabinetes NEMA 1 operam internamente em ambientes livres de poluição, enquanto gabinetes NEMA 4 podem proteger contra todos os tipos de clima e penetração de água.

Para gabinetes NEMA 1 e NEMA 3R, o resfriamento pode ser mantido através de um sistema de resfriamento de circuito aberto, como pacote de ventilador filtrado, que pode impedir que a temperatura suba acima do limite seguro. Ventiladores são frequentemente a técnica mais econômica de manter a temperatura, dadas as condições ambientais não hostis. Ventiladores de resfriamento são altamente eficazes para gabinetes instalados internamente com temperaturas ambiente nominais, onde existem níveis mínimos de sujeira e poeira.

Por outro lado, se o gabinete é classificado como NEMA Tipo 4, 4x ou 12, então um sistema de resfriamento de circuito fechado selado seria necessário, impedindo qualquer poluente de entrar em contato com o equipamento interno.

Por fim, desde que o gabinete esteja situado em uma área onde a temperatura ambiente está abaixo do limite máximo, um trocador de calor ar-ar também fará o trabalho. Mas se a temperatura ambiente estiver próxima do limite, então um ar-condicionado seria necessário. Fazer isso também traria benefícios extras como queda nos níveis de umidade.

Ignorando umidade e corrosão

Muitos componentes elétricos têm tendência a falhar em níveis excessivos de umidade, e em todos os momentos devem ser mantidos em ambientes secos para prevenir curtos-circuitos elétricos. Condições de alta umidade são melhor tratadas por condicionadores de ar que podem condensá-la do ar. Houve avanços notáveis no campo, com alguns sistemas de ar condicionado de gabinete lidando com a umidade resultante através de um evaporador de condensado, impedindo que a água goteje fora do gabinete. Ao mesmo tempo, o condicionador de ar não deve ser superdimensionado, pois uma unidade com alta capacidade de resfriamento será incapaz de manter a temperatura desejada do ar do gabinete.

Em ambientes mais frios, a água pode condensar no equipamento sempre que as temperaturas caírem abaixo do ponto de orvalho. Nestes casos, um elemento de aquecimento deve ser usado para manter a temperatura interna acima deste nível.

Por outro lado, existem ambientes que expõem gabinetes a fumos e líquidos corrosivos, por exemplo, em áreas marinhas ou estações de tratamento de água. Para proteger os componentes internos do gabinete, ele deve ser selado para que contaminantes não penetrem. Mas, como os líquidos são geralmente corrosivos, podem afetar o invólucro externo do gabinete. Para prevenir tais ocorrências, revestimentos anti-corrosivos podem ser aplicados ao tubo de cobre ou bobinas do condensador.

Especificando capacidade de resfriamento incorreta

Uma vez que o tipo de sistema de resfriamento e classificação NEMA foram decididos, a capacidade de resfriamento do gabinete deve ser escolhida corretamente. Este é um passo importante, pois caso contrário os componentes perderão eficiência e estarão em risco constante de falha.

A capacidade de resfriamento de um gabinete deve exceder a carga térmica produzida pelos componentes. Para calcular o calor produzido, as especificações técnicas de cada componente devem ser referenciadas. A eficiência do componente deve ser subtraída de 1, com o resultado multiplicado pela potência nominal do dispositivo.

Por fim, o calor transferido através das paredes do gabinete devido à temperatura ambiente e fontes de radiação solar deve ser levado em conta ao calcular a carga térmica. Uma calculadora digital de gerenciamento de temperatura é a melhor maneira de proceder, pois dará valores precisos, permitindo selecionar o gabinete mais econômico.

Melhores Práticas

Existem algumas melhores práticas que podem ser consideradas ao projetar painéis de controle industriais e avaliar suas necessidades de resfriamento.

Planeje com antecedência

Quando um sistema de gerenciamento térmico é projetado com considerações de longo prazo, pode fornecer benefícios duradouros, mantendo todos os componentes elétricos dentro do painel de controle em níveis de temperatura seguros. Ao dispor componentes dentro do gabinete, certifique-se de que a eletrônica sensível seja colocada próxima à entrada de ar frio. Espaço deve sempre ser deixado para expansão futura, caso contrário o delicado equilíbrio de densidade de componentes será rompido, o que pode resultar na substituição do sistema de resfriamento.

Avalie o ambiente

Certamente, os componentes colocados dentro do gabinete serão responsáveis por gerar a maior parte do calor. Mas as temperaturas ambiente têm um papel importante no resfriamento do gabinete. Deve-se certificar de contabilizar todos os fatores externos ao projetar o gabinete:

• Temperaturas ambiente
• Vibrações
• Contaminantes
• Materiais corrosivos

Planeje a manutenção

Instalar um painel de controle e deixá-lo não é a maneira certa. Idealmente, um mecanismo de manutenção preditiva deve estar em vigor para fornecer ao operador todas as leituras e alarmes necessários antecipadamente. Isso permitirá que gerentes de planta acompanhem atividades de manutenção e a longevidade alcançada devido a reparos oportunos.