Tenetelo al fresco

Un modo sicuro per rovinarsi la giornata è lasciare che il calore devasti l'armadio elettrico. Per dirla in parole semplici, è un evento che può ridurre di molto la vita prevista dei componenti, causare interruzioni del lavoro e, potenzialmente, esporre a rischi i vostri dipendenti. Perciò, cerchiamo di evitarlo e parliamo dei modi per proteggere il vostro armadio da temperature fuori controllo.

Conservazione dell'energia

Suppongo che l'argomento migliore da cui iniziare sia la conservazione dell'energia.

Dice l'esperto: perché sia possibile mantenere una temperatura costante, l'energia totale da tutte le sorgenti che fluisce in un'area definita e fissa (p.es. un involucro o un componente specifico) deve corrispondere all'energia totale in uscita. In un regime di funzionamento in stato stazionario, le temperature dei componenti del sistema cambieranno per fare in modo che sia così.

Io: in soldoni, l'energia (in questo caso i watt di elettricità che vengono usati nell'involucro) in entrata deve corrispondere all'energia (il calore dissipato dalla soluzione termica) in uscita. Perciò i componenti del vostro sistema reagiranno ai cambiamenti, sia aumentando sia diminuendo la temperatura, sino al raggiungimento dell'equilibrio termico. Un equilibrio termico che sarà preferibilmente inferiore a quello che innesca i "fuochi artificiali".

Perché è così importante

Dice l'esperto: secondo la legge di Arrhenius l'accelerazione dei processi elettromeccanici e di altro tipo raddoppia a ogni aumento della temperatura di 10 °C.

Io: un attimo… aspetta... cosa? Ho bisogno di un altro caffè...

Scherzi a parte, che cosa significa per i vostri componenti? Significa che la vita operativa dei vostri componenti, ad esempio i condensatori elettrolitici e le batterie, diminuisce con l'aumentare della temperatura. Partendo da questo dato, occorre considerare le capacità del vostro dispositivo o i limiti di impiego in quanto tali fattori, come le prestazioni o la durata prevista, sono spesso vincolanti.

Figura 1 (Immagine per gentile concessione di www.istockphoto.com)

Prima di spingermi troppo in là, ritengo opportuno rispolverare la definizione di alcuni termini riferiti alla gestione termica.

Conduzione

Dice l'esperto: la conduzione è il trasferimento di calore tra due componenti collegati fisicamente all'interno di un sistema.

Io: quando un pezzo di metallo caldo viene collegato a un altro pezzo di metallo, il calore si trasferisce tra i due sinché non raggiungono la stessa temperatura.

Convezione

Dice l'esperto: la convezione è il trasferimento di calore per mezzo della circolazione di aria o fluido.

Io: un oggetto molto caldo trasferisce il suo calore attraverso l'aria (o un altro fluido) a un altro oggetto finché non sono alla stessa temperatura.

Radiazione

Dice l'esperto: la radiazione è il trasferimento da un oggetto, attraverso uno spazio che si interpone, di particelle di energia che vengono assorbite da un altro oggetto.

Io: pensate al tostapane.

Modellazione termica

Dice l'esperto: la modellazione termica è il processo per eseguire calcoli di analisi termica nelle applicazioni elettroniche.

Io: guardate qui! (Articolo EEwiki)

Raffreddamento: sistemi chiusi e sistemi aperti

Ci sono due metodi convenzionali che vengono generalmente usati per il raffreddamento dell'armadio. Un sistema chiuso equivale a un sistema che non prevede il movimento di refrigerante (aria o fluido) dall'interno all'esterno dell'armadio. Il raffreddamento avviene interamente per conduzione. Come qualsiasi buona decisione, ha i suoi pro e contro. Prendiamone in esame un paio. In primo luogo, non c'è bisogno di filtrazione, perciò la manutenzione è ridotta. È una buona notizia per gli ambienti con un'elevata presenza di particolato. Significa anche che le apparecchiature all'interno del pannello rimarranno pulite più a lungo. Naturalmente, significa anche che le temperature saranno più alte a causa dei limiti intrinseci del processo di conduzione. Il calore dovrà essere trasferito attraverso la parete dell'involucro prima di essere rilasciato nell'aria circostante. Negli ambienti ad alta temperatura ciò potrebbe creare problemi molto seri, visto che questo processo in sé non va bene per dissipare grandi quantità di calore. Rimane comunque una soluzione da prendere in considerazione, magari aggiungendo un sistema di raffreddamento ad anello chiuso all'interno del pannello che muove il liquido imprigionato per estrarre calore dai componenti.

L'opzione successiva sarebbe il sistema aperto. Questo sistema consente all'aria o al fluido di entrare nell'armadio attraverso un sistema di filtrazione e li fa circolare attraverso l'armadio sfruttando la convezione. Ciò permette all'armadio di funzionare a una temperatura generalmente inferiore rispetto a un sistema chiuso. Tuttavia richiede manutenzione. La presenza di un sistema di filtrazione comporta la necessità di cambiare il filtro regolarmente per evitare ostruzioni al flusso d'aria e, nel tempo, il deterioramento dei componenti. Il sistema aperto ha dei limiti. La portata di fluido (in genere l'aria) richiesta dipende dalla capacità termica del fluido refrigerante, dalle temperature di aspirazione e di scarico e dalle temperature ammissibili per i componenti. Vale anche la pena segnalare che la temperatura interna dell'armadio sarà comunque superiore a quella di scarico.

Ulteriori informazioni e collegamenti utili

Guida alla scelta e all'impiego delle ventole: esplorazione degli attributi parametrici (articolo EEwiki)

Alcune opzioni disponibili:

• Sistemi chiusi
  • Laird Thermal Systems - Gruppi termoelettrici serie SuperCool
  • Laird Thermal Systems - TEA serie Tunnel
• Aperto
  • Kit di ventola, filtro e griglia ad alette di Orion
  • Portaventola c.a. e c.c. di Orion