Condensación en los cuadros eléctricos: cómo dimensionar un controlador AWS

Un responsable de mantenimiento con el que colaboramos describe así su verano. La unidad de la red en anillo se dispara una mañana húmeda; nadie la ha tocado y, para cuando él llega, la avería se ha solucionado por sí sola. Vuelve a conectarla, aguanta, y lo mismo ocurre tres semanas después. Ese patrón se debe a la condensación en el cuadro eléctrico, y es una de las pocas averías que no deja olor a quemado.

Nota sobre el ámbito de aplicación: esto se refiere al control climático de los armarios en el interior de instalaciones de baja tensión, cajas de conexiones, unidades de red en anillo y subestaciones compactas, utilizando la gama de controladores de temperatura y humedad AWS. Las salas eléctricas climatizadas y las cabinas exteriores con ventilación forzada se rigen por normas diferentes. Nosotros fabricamos la gama AWS, por lo que te recomendamos que tengas esto en cuenta al leer las recomendaciones de dimensionamiento.

De dónde viene realmente el agua

No hace falta que haya una fuga para que aparezca agua en el interior de un armario. El aire caliente retiene más humedad que el aire frío, y todos los armarios «respiran» a través de las entradas de cables, las juntas y los sellos de las puertas a medida que varía la temperatura interna. Un armario que alcanza los 40 °C por la tarde y desciende hasta los 24 °C durante la noche aspira aire húmedo a medida que baja la temperatura. Cuando una superficie interior desciende por debajo del punto de rocío de ese aire, la humedad se deposita en ella.

Merece la pena calcular el punto de rocío una vez, ya que explica todo el problema. A 30 grados C y una humedad relativa del 80%, el punto de rocío es de unos 26 grados C. Cualquier superficie que esté a 26 grados C o menos en ese aire acumulará agua. La pared de acero de un armario en una planta que se enfría durante la noche alcanza la temperatura ambiente mucho antes de que lo haga el aire de su interior, y esa es precisamente la razón por la que se forma condensación en la pared y se desliza hacia abajo hasta las barras colectoras.

La norma IEC 60068-2-30 es la norma de ensayo que reproduce este ciclo, y la norma IEC 61439-1 establece los límites de aumento de temperatura para el propio conjunto. El mecanismo físico es el mismo tanto en un cuadro de distribución de 400 V como en una unidad de red en anillo de 33 kV; lo único que cambia son las consecuencias.

¿Por qué se dispara el interruptor en lugar de que simplemente parezca desordenado?

El agua sobre una superficie aislante no necesita formar ningún puente para provocar un fallo. El polvo húmedo presente en un bloque de terminales reduce la resistencia superficial, la corriente de fuga recorre la distancia de fuga y, finalmente, se produce una descarga en el aislamiento. En un cuadro de 400 V, esto suele activar un relé de fallo a tierra antes de que aparezca ningún daño visible. En equipos de media tensión, el mismo proceso provoca una descarga con daños reales a su paso.

La corrosión es más lenta y más costosa. Los tornillos de los terminales se oxidan, las barras colectoras de aluminio se oxidan bajo la arandela de contacto y los pasadores de las bisagras se atascan. Un cuadro eléctrico que pasa por tres temporadas húmedas tiene un perfil de mantenimiento diferente al de uno que permanece seco.

Calentar, detectar y mover el aire

El control anticondensación cumple tres funciones. Un controlador que solo cumpla una de ellas deja el problema a medias.

Mantén las superficies calientes. Un calentador situado en el interior del armario eleva la temperatura del aire y, lo que es más importante, mantiene el acero y la barra colectora por encima del punto de rocío. Nuestros calentadores AJR de aluminio cubren potencias de entre 50 y 300 W en los tamaños de carcasa A y B. Los modelos AJR de silicona están disponibles en versiones de 50 W y 150 W con un cable estándar de 3 m, y son la opción más flexible cuando el espacio detrás de la barra colectora es reducido.

Mide tanto la temperatura como la humedad. Un termostato por sí solo no puede detectar la humedad. La gama AWS mide temperaturas de entre -40 y 120 grados C y una humedad relativa de entre el 18 y el 98% % en los modelos inteligentes, con una precisión de temperatura de más o menos 1 grado C. Ese canal de humedad es el que permite al regulador decidir cuándo es realmente necesario calentar, en lugar de funcionar según un horario fijo.

Haz circular el aire. Un calentador calienta el espacio que tiene junto a él. El aire caliente asciende por la pared del armario, por lo que la parte superior del recinto se calienta, mientras que la parte inferior se mantiene a la temperatura que provocó el problema. Los controladores inteligentes de AWS incluyen una salida para ventiladores, y estos hacen circular el aire por el armario para que el efecto del calentador se distribuya. En los armarios altos, esto marca la diferencia entre tener terminales secos en la parte superior y terminales húmedos en la parte inferior.

El dimensionamiento parte del volumen de la caja, y la mayoría de los fabricantes de cajas de altavoces trabajan con unos valores aproximados de entre 5 y 10 W por metro cúbico de volumen interno para evitar la condensación. Se trata de una estimación orientativa, no de una norma, y no sustituye a un cálculo. A modo de comprobación de este cálculo: una caja sellada de 600 x 800 x 300 mm tiene una superficie de aproximadamente 1,8 metros cuadrados. Una almohadilla de silicona de 50 W en su interior eleva la temperatura del aire interior en unos 5 K una vez cerrada la puerta, suponiendo que las juntas de la puerta sean normales y no haya aislamiento. Cinco kelvin son suficientes para mantener las superficies por encima de un punto de rocío de 26 grados en una sala a 25 grados. En una planta más fría o en un recinto más grande, el mismo cálculo te lleva a necesitar 150 W o una distribución asistida por ventilador.

Lo que ya no recomendamos

Hay tres patrones que se han repetido tantas veces que hemos dejado de recomendarlos.

Un calefactor sin canal de humedad. En las subestaciones costeras, un termostato sencillo también activa el calefactor durante la estación seca, ya que solo detecta la temperatura. Tres paneles de una de estas subestaciones funcionaron así durante todo un verano. Uno de ellos alcanzó los 45 grados centígrados en su interior en agosto, y el aislamiento del cableado secundario se endureció hasta el punto de agrietarse en las curvas. Los modelos inteligentes de AWS también detectan la humedad, por lo que la calefacción se activa cuando hay humedad presente, en lugar de hacerlo siempre que el aire esté frío.

Dejar el ventilador encendido sin parar. Da la sensación de que ventila y, de hecho, mueve el aire, pero en un día húmedo el ventilador introduce aire húmedo del exterior en el armario. La salida del ventilador en un controlador AWS debería estar vinculada a un punto de consigna, no conectada para funcionar de forma permanente.

Sellar todas las entradas y dejar la zanja abierta. Una caja con clasificación IP65, sellada según lo definido en la norma IEC 60529, sigue «respirando» a través del conducto del cable. Si la zanja del cable se llena de agua en la temporada de lluvias, sellar las juntas de la caja no sirve de nada, ya que la humedad llega a través del cable. En ese caso, la solución está en la zanja, no en la caja.

Elegir un controlador de la gama de AWS

La gama se divide en plataformas de dial, básicas e inteligentes, y el código incluye los campos relevantes: qué canal se supervisa, qué acción activa la salida, si la salida es pasiva o alimentada, la letra de la plataforma y el formato de montaje.

Plataforma	Método de configuración	Opciones de montaje	Dónde va
Marcador (Z)	Mando de ajuste, sin pantalla	Riel DIN de 35 mm o abertura en el panel de 45,5 x 45,5 mm	Armarios de función única, uso fijo
Básico (J)	Funciones predefinidas, ajuste limitado	Riel DIN o panel	Control sencillo de un calefactor o un ventilador
Inteligente (X)	Pantalla digital, multicanal	Riel DIN de 48 mm, panel de 72 / 96 / 120 mm, DIN delgado de 1 polo o carcasa de 115 x 90 x 72 mm	Armarios multicanal, alarmas y salidas de 4 a 20 mA, RS485 cuando sea necesario

Los contactos de salida tienen una potencia nominal de 250 V CA / 5 A, lo que cubre directamente la mayoría de las cargas de calefactores y ventiladores. Los modelos inteligentes admiten una alimentación de entre 85 y 265 V CA/CC, por lo que el mismo dispositivo funciona tanto con una batería de estación de 110 V CC como con una fuente de alimentación auxiliar de 230 V CA sin necesidad de cambiar de variante. Algunos modelos seleccionados disponen de RS485, lo que permite que los datos de climatización del armario lleguen al mismo bucle Modbus que el resto de la supervisión del cuadro.

Los sensores están adaptados a la plataforma: el WCG-Z para los modelos con dial, el WCG-J para los modelos básicos y el WCG-X para los modelos inteligentes. El cable y el conector son específicos para cada controlador, por lo que el sensor debe pedirse junto con el dispositivo, en lugar de combinarlo posteriormente. Instale el sensor a media altura en el lado que da a la superficie más fría y manténgalo alejado del cuerpo del calentador; de lo contrario, el controlador leerá una temperatura que no se da en ninguna otra parte de la vitrina.

Un detalle de instalación para los más avispados con una salida de 4 a 20 mA: las salidas de alarma y analógica son las dos señales que, en la práctica, utilizan la mayoría de los paneles. El contacto de alarma se conecta al anunciador local; la salida analógica se conecta al bucle SCADA cuando resulta más útil una tendencia de la humedad del armario que un único umbral.

Una secuencia práctica

Mide primero. Una semana completa de datos de temperatura y humedad en la cámara durante la temporada húmeda te da más información que una hora el día de la visita. Calcula la potencia del calentador en función del volumen y, a continuación, confirma el aumento de temperatura con la estimación de entre 5 y 10 W por metro cúbico. Elige el conjunto de sensor y controlador de la tabla de la plataforma anterior. Conecta la salida del ventilador a un punto de consigna y deja la zanja como último elemento que comprobar antes de culpar a la cabina.

Los controladores, sensores y calefactores de AWS figuran en el catálogo de supervisión y protección eléctrica de nuestra centro de descargas. En cuanto a la otra cara de la misma moneda, los lugares de moda a los que hay que ir a ver en lugar de a secarse, nuestras notas sobre Solución de problemas del panel de control tratamos los síntomas que se confunden con la condensación, y el blog de ACXION recopila los artículos sobre la instalación. La información sobre nuestra fabricación se encuentra en Acerca de ACXION, y los planos de los armarios pueden pasar por el Página de contacto de ACXION.

Las especificaciones proceden del catálogo actual y pueden sufrir modificaciones a medida que se actualice la gama. Comprueba el número de canales, el tipo de salida y el formato de montaje con la confirmación del pedido.

Los controladores, sensores y calentadores se suministran según la configuración que solicites, y cada uno de ellos se cotiza por separado.