Protección y ensayos5 min de lectura
Gestión térmica de la electrónica en un armario cerrado
Un armario estanco protege la electrónica del polvo y del agua, pero también encierra su calor. Saber cuánto calor sale solo por las paredes y cuánto hay que sacar por otros medios es un cálculo sencillo que conviene hacer antes de cerrar el diseño.
Calor que no tiene adónde ir
Fuentes, variadores, autómatas y ordenadores industriales convierten parte de la energía que consumen en calor. En un armario cerrado, con grado IP54 o superior para que no entren polvo ni agua, ese calor solo sale a través de las paredes. Si sale menos del que se genera, la temperatura interior sube hasta que se equilibra, y con ella cae la vida de los componentes: en los condensadores electrolíticos, aproximadamente a la mitad por cada 10 °C. Muchos equipos de cuadro admiten 40 a 55 °C de ambiente, y como criterio de diseño se suele fijar un máximo de 35 a 40 °C dentro del armario.
El balance térmico
El punto de partida es la potencia disipada dentro: la suma de las pérdidas de cada equipo a plena carga y con la simultaneidad real. Una fuente con un 90 % de rendimiento que entrega 480 W disipa unos 53 W; un variador pierde en torno al 2 o 3 % de su potencia; hay que sumar ordenadores, contactores y cableado.
Lo que el armario evacua por sí solo es Q = k · A · ΔT, donde ΔT es la diferencia entre la temperatura interior y la exterior, A la superficie efectiva y k el coeficiente de transmisión: unos 5,5 W/(m²·K) para chapa de acero pintada, según los fabricantes de envolventes, algo menos para acero inoxidable y plástico, y más para aluminio. La superficie efectiva no es la total: según la IEC/TR 60890 (edición de 2022, el método de cálculo de calentamiento de conjuntos de baja tensión), cada cara cuenta de forma distinta según esté libre, contra una pared o junto a otro armario. Un armario de 1.800 × 800 × 600 mm exento tiene unos 5,2 m² efectivos.
Ejemplo: con 5,2 m², k = 5,5 y ΔT = 10 K (30 °C fuera, 40 °C dentro), las paredes evacuan unos 290 W. Si la electrónica disipa 800 W, faltan unos 510 W que hay que sacar de otra forma.
Ventilación filtrada
Si el aire exterior está por debajo del límite interior y es razonablemente limpio, un ventilador con filtro es la opción más económica. El caudal necesario es V = f · P / ΔT, con f ≈ 3,1 m³·K/(W·h) a nivel del mar, un valor que sale de la densidad y el calor específico del aire y que crece con la altitud, hasta unos 3,5 a 1.000 m. En el ejemplo, 3,1 × 510 / 10 ≈ 160 m³/h; sin contar con las paredes, unos 250 m³/h.
El caudal real es menor que el nominal del ventilador por la pérdida de carga del filtro y de la rejilla de salida, a veces la mitad, así que hay que tomar el punto de trabajo de su curva o sobredimensionar. Lo habitual es impulsar el aire hacia dentro por abajo y sacarlo por arriba, lo que deja el armario en ligera sobrepresión y dificulta la entrada de polvo. El filtro se ensucia y hay que cambiarlo, y el grado IP del conjunto baja respecto al armario cerrado.
Cuando el aire exterior no sirve
Si el ambiente está sucio, húmedo o más caliente que el límite interior, hay que mantener el armario cerrado y usar un equipo que separe el aire interior del exterior.
| Solución | Potencia orientativa | Interior frente a exterior | Observaciones |
|---|---|---|---|
| Convección natural | Hasta unos cientos de W | Siempre por encima | Sin consumo ni mantenimiento; depende de la superficie |
| Ventilador con filtro | Hasta 1–2 kW | Por encima, unos 5–10 K | Barato; exige aire limpio y cambio de filtros |
| Intercambiador aire-aire | Del orden de 20–100 W/K | Por encima | Circuitos separados; mantiene el grado IP |
| Intercambiador aire-agua | De 1 a más de 10 kW | Puede quedar por debajo | Necesita agua refrigerada; riesgo de condensación y fugas |
| Climatizador de compresor | De 0,3 a varios kW | Por debajo | Consumo, mantenimiento y evacuación del condensado |
| Termoeléctrico (Peltier) | De 50 a 300 W | Por debajo | Sin compresor; bajo rendimiento, para armarios pequeños |
En los intercambiadores aire-aire, la potencia se da en vatios por kelvin: uno de 40 W/K evacua 400 W con 10 K de diferencia. Los climatizadores se seleccionan por su potencia frigorífica a unas condiciones normalizadas, como 35 °C dentro y 35 °C fuera, que hay que corregir para el caso real.
Condensación y resistencias calefactoras
El problema contrario aparece de noche o en invierno: si una superficie del interior baja por debajo del punto de rocío, el agua condensa sobre placas y bornes. Les ocurre sobre todo a los armarios a la intemperie, a los que se apagan por la noche y a los refrigerados con agua fría o climatizador. La solución es una resistencia calefactora gobernada por termostato o higrostato, que suele activarse por encima del 60–70 % de humedad relativa y mantiene el interior unos grados por encima del exterior. Se dimensiona con la misma fórmula, P = k · A · ΔT. Las baterías tienen sus propias exigencias, que tratamos en baterías de litio y temperatura.
El sol, una fuente de calor más
Un armario a la intemperie puede recibir en verano del orden de 1.000 W/m² de radiación solar a mediodía con cielo despejado. La parte que absorbe depende del acabado: un color claro refleja buena parte; uno oscuro la absorbe casi toda. Con un metro cuadrado expuesto y una pintura que absorba el 40 %, son unos 400 W añadidos, tanto como la electrónica de muchos armarios. La edición de 2022 de la IEC/TR 60890 incluye un anexo sobre radiación solar. Las medidas son sencillas: colores claros, un techo parasol o doble pared ventilada, y orientación o sombra. En recintos mayores, como los shelters en contenedor, el aislamiento de la envolvente pasa a ser parte del cálculo.