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Termostatos para painel: controle e segurança

 

 

A maioria dos engenheiros intuitivamente sabe que é uma boa ideia que painéis ou quadros eletro-eletrônicos, sejam projetados de modo que o seu ambiente interno possa ser monitorado e controlado. Eles entendem que existem limites de temperaturas de trabalho para os componentes dentro de um painel e que a confiabilidade global dos equipamentos deve estar de acordo com tal aplicação e condição de funcionamento.

É claro que em muitas indústrias e aplicações, particularmente aquelas que são críticas, é quase certo que o projeto tenha sido testado de acordo com os cálculos de análise de risco do MTBF (Período Médio Entre Falhas) do equipamento final, já que os aspectos do macroclima são cuidadosamente considerados.

No entanto, para a maioria das aplicações aparentemente menos árduas, o controle de temperatura não é abordado de forma particularmente rigorosa, apesar de existir a tendência para a miniaturização de componentes e invólucros, juntamente com embalagens de maior densidade – tudo isso vai em contra partida em se tratando da falta do controle citado.

1. Quantificar a necessidade

Se houver qualquer necessidade de justificar os modestos custos e esforços incorridos na adição do controle de temperatura de um painel, seguem grandes e bem-respeitadas referências que valem a pena serem levadas em consideração:

A primeira é a regra dos 10-Graus, esta regra diz que para cada aumento de 10°K de temperatura, a confiabilidade média é reduzida em 50%. Dito de outra forma - se é que podemos abaixar a temperatura de 10°K podemos esperar que a confiabilidade seja dobrada. Basicamente essa é uma regra associada com a eletrônica, mas aplica-se mais ou menos a outros componentes onde existe a possibilidade de falha, devido à ação eletro-química. Um bom exemplo são componentes eletromecânicos, como relés, chaves e contatores – comutando cargas de baixo valor ou níveis baixos de tensão e corrente. Eles podem ser particularmente afetados pela corrosão, ação eletrolítica e a formação de óxidos e sulfuretos.

Outra fonte de informação muito reconhecida é o manual de confiabilidade HDBK-217D. Nele você pode encontrar expressões matemáticas para calcular a probabilidade de falhas de inúmeros componentes elétricos e eletrônicos e equipamentos de acordo com vários cenários de aplicação e de ambientes. A diferença aqui é que os modos de falha indicados no Manual derivam de ensaios práticos, em vez de serem de uma base teórica. Como exemplo, o modo de falha (parte ʎT) para relés, mostram a vida útil com uma redução de 10°K sendo que na temperatura ambiente a redução será de 1,6.

A segunda comprovação da regra dos 10-Graus. Embora não exista uma taxa de falha específica de uma determinada peça em se tratando de umidade, esta é parte integrante do ambiente de falha (πE), e os valores para essa distinção entre um clima controlado e um ambiente não controlado se baseiam em um fator de 2,3. Portanto, a importância da umidade sobre a confiabilidade é evidente.

É importante ter ciência que a alta temperatura não é necessariamente o único quesito em se tratando de falhas a longo prazo, em equipamentos. Exceder a temperatura máxima de funcionamento de um componente pode fazê-lo deixar de funcionar - quase que imediatamente. Um bom exemplo é o caso da tensão mínima de operação de um relé eletromecânico. Embora especificados em termos de tensão, é na verdade um dispositivo que funciona através de corrente. Consequentemente, mesmo que seja aplicada a tensão apropriada na bobina, sob temperaturas muito altas, como pode ocorrer em uma instalação petrolífera no deserto, a resistência da bobina sobe muito e limita a corrente que circula pela mesma, podendo fazer com que o relé não funcione. Este é um cenário que não ocorre com facilidade – e geralmente surpreende os projetistas.

2. Aplicação prática

Agora deve ser evidente que alguma forma de controlar o clima dentro de um painel ou gabinete é provavelmente desejável, e muito possivelmente essencial. Sendo assim, seguem três abordagens que devem ser observadas:

- Coloque um termostato de resfriamento (ou de ventilação) monitorando a temperatura em conjunto com um ventilador de gabinete para garantir o funcionamento dos equipamentos e / ou para garantir que as características máximas de temperatura de funcionamento dos componentes não sejam alcançadas.

- Coloque um termostato de aquecimento monitorando a temperatura em conjunto com um aquecedor, principalmente para garantir que a temperatura interna não caia abaixo do ponto de orvalho. Embora os níveis elevados de umidade relativa do ar, especialmente em conjunto com temperaturas superiores a 65° C não sejam desejáveis, é particularmente importante que o nível de vapor de água seja mantido em suspensão no ar, ou seja, não é permitido que o mesmo condense no equipamento, por razões óbvias – os efeitos a médio e longo prazo irão afetar diretamente a isolação e segurança do equipamento.

- Coloque tanto termostatos de ventilação, quanto de aquecimento, onde for necessário, ou então use uma unidade combinada, se possível.

3. Selecionando o termostato adequado

Escolha um termostato com campo de monitoramento específico para ser utilizado e montado em um gabinete. Deve ser simples e compacto, e encaixar diretamente em um trilho de 35mm. O Bi-Metal que no caso é o elemento sensor, deverá fornecer uma fiel comutação, completamente livre de qualquer circuito eletrônico, totalmente adaptado à sua função e aplicação, sendo capaz de fornecer uma longa vida elétrica. E, por conveniência, deverá ser escolhido soluções em termostatos combinados, tanto de aquecimento, quanto termostatos de ventilação dentro do mesmo invólucro.

A gama de ajuste de temperatura de 0° C a 60° C, geralmente satisfaz a maioria das aplicações. Se o UR (umidade relativa) for elevado, permitirá que o termostato de aquecimento possua um ajuste maior em relação ao de ventilação, minimizando a diferença de temperaturas e, consequentemente, o risco de condensação.

Se a probabilidade de uma alta umidade relativa é baixa, então o mesmo pode ser utilizado para ampliar o campo das duas temperaturas, que, apesar de ainda manter os componentes dentro da especificação, vai permitir uma maior oscilação de temperatura com uma menor taxa de comutação e maior vida elétrica para os termostatos.

4. Aquecedores e ventiladores

A quantidade de detalhes por trás do dimensionamento do aquecedor ou um ventilador vai além do espaço disponível para este artigo, mas basta dizer que há uma série de fatores que precisam ser considerados e características que precisam ser conhecidas. Resumidamente, os dados necessários são:

• Estimativa do UR e levantamento da máxima diferença de temperatura interna permitida.

• Dimensões do gabinete.

• Posição do componente em relação aos outros componentes adjacentes do gabinete.

• Coeficiente de transferência de calor do gabinete (depende do material).

• A diferença de temperatura desejada (o interior e exterior em relação ao gabinete).

• Auto-avaliação interna da potência dissipada pelos componentes.

Considerações finais

No geral, controlar o clima dentro de um painel elétrico não precisa ser caro, uma vez que o projeto já tenho sido executado algumas vezes. Além disso, os benefícios em termos de maior confiabilidade, redução ou eliminação do tempo de inatividade sobre os custos de religação do equipamento, além de outras despesas decorrentes, poderiam tornar este monitoramento quase que obrigatório.

08/02/2010


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