Mantener los proyectos electrónicos seguros e impermeables a largo plazo con los gabinetes adecuados

Para muchos diseñadores de proyectos de bricolaje o de prototipos, una vez que la electrónica está dispuesta, encontrar un gabinete adecuado se deja a menudo para el último minuto. Esto puede ser razonable si se va a utilizar en el interior, en un escritorio o colocado en una pared, temporalmente. Pero si el proyecto está destinado a ser utilizado en el exterior durante un largo período de tiempo, sucumbirá rápidamente a los elementos o será dañado, ya sea intencionadamente o no por una manipulación maliciosa o por curiosidad ociosa.

Es difícil elaborar un gabinete apropiado utilizando los materiales disponibles, y si bien los gabinetes estándar pueden cumplir con los requisitos de resistencia, pueden no tener el tamaño adecuado, ser demasiado vulnerables a las manipulaciones y carecer de estética. Los dos últimos pueden ser problemáticos si se trata de la parte exterior de una casa o un edificio comercial.

Para las carcasas de proyectos electrónicos pequeños o las gabinetes que se colocarán en el exterior, es mejor optar por una línea de gabinetes de policarbonato oficialmente calificados como IP-68, que pueden sellar la electrónica de manera efectiva contra los elementos.

Este artículo discutirá los efectos de la lluvia, las temperaturas extremas y la luz del sol en los sistemas electrónicos y sus gabinetes. A continuación, describirá lo que implica la protección IP-68 antes de introducir los gabinetes de Hammond Manufacturing con las juntas asociadas que cumplen tanto los requisitos físicos como estéticos.

Por qué los gabinetes de los aparatos electrónicos deben proporcionar protección medioambiental

Los sistemas electrónicos utilizados en el exterior son susceptibles de deterioro debido al calor, el frío, la humedad, la luz solar directa -en particular los rayos ultravioleta (UV)-, la vibración y la manipulación física. También están sujetos a muchas fuentes de ruido eléctrico y electromagnético. Los diseñadores pueden tener en cuenta las temperaturas extremas mediante un diseño adecuado de los circuitos, la reducción de la potencia de los componentes y técnicas de gestión térmica como disipadores, ventiladores, y minimizando el consumo de energía en general. La vibración se puede explicar montando placas de computadora en aisladores de vibración, y el ruido eléctrico y de radiofrecuencia se puede mitigar utilizando filtros, choques y técnicas de puesta a tierra adecuadas.

Sin embargo, la humedad es particularmente perniciosa. Una vez que la humedad ha penetrado en un sistema, puede aumentar la humedad, provocar la condensación, seguida de la corrosión y el deterioro final a lo largo del tiempo de las capas de pasivación de los semiconductores, las uniones de soldadura y las conexiones físicas. Cuando se combinan con contaminantes como el polvo y los escombros que pueden haber entrado en el recinto antes de que se cierre, los efectos perjudiciales se multiplican. Las diversas formas en que la humedad afecta a los componentes incluyen la electroquímica, la galvánica, la anódica y la catódica. Todas plantean un peligro para la fiabilidad de la electrónica, algunas sutiles, otras más obvias (Figura 1).

Figura 1: Los efectos de la humedad y de la humedad en los componentes electrónicos, las placas y las interconexiones pueden ser altamente perjudiciales con el tiempo. (Fuente de la imagen: PCFixit.au)

Los efectos de la entrada de humedad pueden mitigarse mediante técnicas como la colocación de epoxi o geles sobre los componentes críticos. Para los sistemas producidos en masa, los revestimientos conformados de 20 a 50 micrones, o incluso hasta 100 micrones en casos extremos, pueden cubrir toda la placa de la PC y ser una buena solución. Sin embargo, algunos componentes, como los interruptores DIP, las resistencias variables y los portabaterías no pueden recibir tales revestimientos. Además, los revestimientos conformados pueden no cubrir del todo los bordes (edge crawling), exponiendo los rastros y las conexiones a la corrosión.

El efecto total de la humedad depende del calor y la humedad relativa. Las directrices completas para las pruebas de humedad para el equipo exterior están cubiertas por ETSI EN 300 019-1-4 V2.2.1 (2014-04) "Ingeniería Ambiental (EE); Condiciones ambientales y pruebas ambientales para el equipo de telecomunicaciones; Parte 1-4: Clasificación de las condiciones ambientales; Uso estacionario en lugares no protegidos de la intemperie".

Esta es una guía de pruebas útil para los aficionados y esencial para los profesionales. Clasifica las diversas condiciones que un dispositivo podría enfrentar en sísmico, terremoto, choque, radiación solar y temperatura. Además, subdivide las clases ambientales en agua, precipitaciones, crecimiento de moho, ataques de animales (es decir, termitas) y salinidad del aire. También tiene algunas buenas definiciones que son directamente relevantes aquí y subrayan la importancia de la humedad:

• Humedad absoluta: Masa de vapor de agua en gramos que se asocia a un metro cúbico de aire seco en una mezcla de aire/vapor de agua.
• Lugar no protegido de la intemperie: Lugar en el que el equipo no está protegido de las influencias climáticas directas.
• Humedad relativa: Relación entre la presión parcial del vapor de agua en el aire húmedo a una temperatura determinada, y la presión parcial del vapor de agua en el aire saturado a la misma temperatura.
• Uso estacionario: Uso del equipo montado firmemente en la estructura, o en los dispositivos de montaje, o se coloca permanentemente en un lugar determinado.

Sin embargo, para los diseñadores, la prevención es siempre mejor que la cura. Aquí es donde entra en juego la clasificación de Protección Internacional (IP) IP-68.

¿Qué es IP-68?

También llamados "protección de ingreso", los códigos IP se derivan de la norma EN 60529 y asignan dos dígitos que indican el grado de protección proporcionado con respecto al polvo y la humedad (Figura 2). Las asignaciones clasifican el grado de protección proporcionado contra la intrusión de objetos sólidos, como dedos y manos, así como polvo y agua. El objetivo es proporcionar claridad en torno a términos por lo demás vagos y subjetivos como "impermeable".

El primer dígito después de la IP pertenece a los sólidos, el segundo dígito pertenece a los líquidos. Así, en el caso del IP-68, un sistema es conforme si está totalmente protegido contra el polvo (6) y largos períodos bajo chorros de agua o inmersión bajo presión (8).

Figura 2: Los códigos IP asignan un dígito para indicar el grado de protección de un sistema contra la suciedad (izquierda) y la humedad (derecha). (Fuente de la imagen: focusondrives.com)

Cómo cumplir con los requisitos del IP-68

Aunque es posible diseñar una caja IP-68 desde cero, no hay necesidad de reinventar la rueda cuando compañías como Hammond Manufacturing ya han hecho el trabajo de base. La serie 1557 de gabinetes para ambientes hostiles están diseñados con material de policarbonato estabilizado a los rayos UV para cumplir con los requisitos del IP-68, a la vez que atienden a la estética, proporcionando un aspecto "moderno" con curvas "suaves" en dos colores: negro y gris claro (Figura 3).

Figura 3: La serie 1557 de gabinetes se ajusta tanto a los requerimientos IP-68 como a la estética del diseño, a la vez que proporciona una variedad de opciones de montaje. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

La serie 1557 tiene una clasificación de inflamabilidad de UL94-5VA y consigue protección contra el polvo, el aceite y el agua utilizando una construcción de dos piezas machihembradas con una junta de silicona de alta temperatura, homologada por UL, modelo 1557BGASKET (Figura 4).

Figura 4: La 1557BGASKET está hecha de silicona listada por UL y ayuda a la caja 1557 a conseguir la conformidad IP-68. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

La tapa se asegura con tornillos de máquina de acero inoxidable M4, modelo SC576-50 (Figura 5). Estos se enroscan en bujes resistentes a la corrosión para permitir el montaje y desmontaje repetitivo, como en la fase de prototipo de un diseño.

Figura 5: Los tornillos de la máquina SC576-50 M4 se enroscan con seguridad en bujes resistentes a la corrosión para permitir un montaje y desmontaje repetitivo. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

La Serie 1557 viene en una amplia gama de tamaños para satisfacer una variedad de necesidades de aplicación, y viene con una gama de opciones de montaje - incluyendo la placa de pc - para la flexibilidad de colocación. Los tamaños se basan en cuatro tamaños de planos básicos, cada uno en dos alturas. Los tamaños son:

• Planta de 80 x 80 mm, en alturas de 45 milímetros (mm) o 60 mm
• Planos de 120 x 120 mm, 160 x 160 mm y 200 x 200 mm, en alturas de 45 mm o 70 mm

Las opciones de montaje son las que se muestran (Figura 3, otra vez):

• Montaje con brida en la pared, muy resistente (pies de montaje hacia afuera)
• Montaje a ras de la pared (pies de montaje como ranuras de bocallave)
• Escritorio/tabla de la mesa (pies de goma incluidos)

Cada opción tiene un claro énfasis. El modelo de montaje en la pared de alta resistencia tiene un conjunto de dos o cuatro pestañas de montaje en la pared que se atornillan firmemente a la parte posterior del recinto. Las lengüetas sobresalen del borde del recinto, permitiendo al usuario montarlo de forma segura en la pared utilizando su propio hardware. Esto es ideal para aplicaciones donde la seguridad es crítica y la instalación es permanente.

El modelo empotrado tiene las mismas lengüetas de montaje en la pared, pero están dadas la vuelta e instaladas en cavidades en la parte posterior del gabinete. En esta configuración, las lengüetas actúan como ranuras en la cerradura, permitiendo un aspecto más elegante, a ras de suelo. Esta configuración también es ideal para aplicaciones en las que el gabinete se fijará temporalmente a la pared.

Cada gabinete incluye cuatro pies de goma adhesivos para su uso en el modo de escritorio/mesa. En este modo, las pestañas de montaje en pared ya no se usan, y las patas de goma se colocan en cada esquina. Hay un área empotrada en cada esquina del tamaño de los pies para garantizar una colocación adecuada, mantener un perfil más bajo y mantener los pies de forma segura en su lugar. Más pies de goma, modelo 1421T6CL, pueden ser ordenados si es necesario.

Los accesorios que vienen con las cajas incluyen agarraderas de cable/glándulas de cable a prueba de líquidos y kits de montaje en poste.

Conclusión:

Gran parte de la labor de desarrollo se centra en el diseño de la electrónica, hasta el punto de que los diseñadores pueden subestimar lo importante que puede ser elegir el recinto adecuado para las aplicaciones al aire libre. Sin la protección adecuada, la humedad, las temperaturas extremas, el polvo, el aceite y otros contaminantes pueden combinarse para comprometer la integridad eléctrica y estructural de un diseño.

Sin embargo, tales gabinetes son difíciles de diseñar. Al elegir los gabinetes listos para usar que cumplen con los requisitos del IP-68, los diseñadores pueden llevar rápidamente al mercado un diseño que satisfaga los desafíos del uso prolongado en exteriores.