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Por Jake Sanders y Ashley Merrill, soluciones de venteo integradas de Donaldson
La incorporación de un venteo adecuado siempre surge como una consideración crítica de diseño en el desarrollo de nuevos productos y cámaras. La necesidad de evitar que los agentes contaminantes líquidos y sólidos penetren en las cámaras, al tiempo que permite que los gases pasen libremente a través de estas áreas, significa que el venteo desempeña un papel clave en el funcionamiento adecuado del equipo. Los respiraderos de protección de cámaras (EPV) bien diseñados protegen los dispositivos sensibles y también contribuyen a alargar la durabilidad de las juntas y los sellos utilizados en las cámaras.
La especificación adecuada de las soluciones de venteo generalmente depende de tres factores: protección de entrada, flujo de airey método de conexión. Los tres son importantes, pero cualquiera de los tres puede volverse vital, según la aplicación, las condiciones de funcionamiento y otros factores. Para encontrar la mejor solución de venteo, hay que comprender claramente cada factor y aplicar un enfoque integrado para determinar la importancia relativa de cada uno. Una solución de venteo integrada (IVS) equilibra estos factores para determinar la solución óptima para cada situación.
Clasificación de protección contra intrusión (IP)
Al evaluar las soluciones de venteo, uno de los parámetros clave que hay que considerar es la calificación de protección contra intrusión (IP). Definido por el Estándar 60529 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), la clasificación IP es un número de dos dígitos que indica la efectividad de sellar cámaras contra la intrusión de cuerpos extraños y humedad. El primer número indica la protección contra cuerpos extraños, como partes móviles, escombros y polvo. El segundo número indica el grado de protección contra la humedad, como goteos, aerosoles e inmersiones. Números más altos indican niveles más elevados de protección.
Por ejemplo, una cámara que solo brinda protección contra objetos del tamaño de una mano humana y el agua que cae verticalmente tendría una clasificación IP de 11. Una cámara que brinde protección total contra el polvo y los aerosoles de agua a alta temperatura y alta presión tendría una clasificación IP de 69k. La tabla 1 muestra los distintos niveles de clasificaciones de IP.
Tabla 1: Valores de clasificación de protección contra intrusión (IP)
| IP | Primer dígito (intrusión de objetos sólidos) | Segundo dígito (protección contra la humedad) |
|---|---|---|
| 0 | Sin protección | Sin protección |
| 1 | Objetos de más de 50 mm (p. ej., manos, herramientas grandes) | Caída vertical de gotas de agua o condensación |
| 2 | Objetos de más de 12,5 mm (p. ej., dedos, herramientas más pequeñas) | Caída de gotas de agua, si la caja está inclinada hasta 15 grados desde la vertical |
| 3 | Objetos de más de 2,5 mm (p. ej., alambre) | Pulverizaciones de agua desde cualquier dirección, incluso si la carcasa está inclinada hasta 60 grados desde la vertical |
| 4 | Objetos de más de 1 mm (p. ej., cables finos) | Salpicaduras de agua desde cualquier dirección |
| 5 | Protección limitada contra la entrada de polvo (sin depósitos nocivos) | Chorros de agua a baja presión desde cualquier dirección; intrusión limitada permitida |
| 6 | Totalmente protegido contra la entrada de polvo. | Chorros de agua a alta presión desde cualquier dirección; intrusión limitada permitida |
| 7 | N/D | Cortos períodos de inmersión en agua |
| 8 | N/D | Largos y duraderos períodos de inmersión en agua. |
| 9k | N/D | Pulverizaciones de corta distancia, alta presión, alta temperatura |
Las clasificaciones de IP proporcionan una herramienta útil para corresponder las características de venteo con las necesidades del producto. Por ejemplo, el sistema de iluminación para automoción que se muestra en laFigura 1 podría estar expuesto tanto al polvo, como a la humedad, pero no necesariamente sumergirse en agua, y merece una IP de 55 o 66. Un dispositivo electrónico de consumo que probablemente no esté expuesto al polvo y al agua podría merecer una IP de 44. Si un dispositivo electrónico tuviera la intención de soportar una mayor exposición al polvo y una posible inmersión en agua, la clasificación IP podría elevarse a 67 o 68.
Se pueden hacer varias combinaciones de IP, según las condiciones de operación y los factores de coste. Diversas aplicaciones como automoción, médica, de empaquetado y electrónica de consumo presentan entornos únicos que deben considerarse en los requisitos de IP. Además, una IP más alta no siempre proporciona la mejor solución; una mayor protección del agua puede afectar al flujo de aire.
Requisitos del flujo de aire
Junto con la clasificación IP, los requisitos de flujo de aire son críticos en el proceso de selección de venteo. Los respiraderos generalmente están diseñados para igualar la presión dentro y fuera de una cámara. Un flujo de aire más alto permite una nivelación más rápida y diferenciales de presión máxima más bajos. A medida que aumenta la presión en un sistema, se encontrará el punto más débil, por lo que un respiradero diseñado adecuadamente elimina la presión de los componentes sensibles y mantiene el flujo de aire adecuado. Dispositivos, como los sensores en automóviles dependen, en gran medida, de los sistemas de venteo para nivelar su presión y tener un funcionamiento adecuado.
Al determinar los requisitos de flujo de aire hay que considerar factores como el tiempo total para evacuar una cámara y las presiones de funcionamiento dentro de la misma. El venteo adecuado ayuda a minimizar los diferenciales de presión dentro y fuera de una cámara, con ventilaciones de flujo de aire más altas que reducen el tiempo de evacuación y los diferenciales de presión que experimenta un sistema.
Figura 2: El venteo adecuado equilibra el flujo de aire y la protección contra intrusión.
También se debe considerar la tasa de cambio de presión. Los cambios de presión a menudo vienen impulsados por cambios de temperatura dentro de la cámara debido a cambios en la temperatura ambiental, la luz solar, el calor generado por los componentes electrónicos o la exposición a la humedad. En algunas aplicaciones, la presión se puede cambiar directamente mediante la compresión de la cámara, el cambio de altitud, la inmersión, las reacciones químicas dentro de la cámara y otros factores. A medida que aumenta la tasa de cambio de presión, se debe proporcionar un mayor flujo de aire. Un mayor flujo de aire también puede proporcionar otros beneficios, como mejorar el tiempo de respuesta de los sensores electrónicos dentro de las cámaras.
Si bien los requisitos de flujo de aire pueden ser críticos, deben equilibrarse con la protección contra la intrusión. A medida que aumenta dicha protección, el flujo de aire puede verse afectado y viceversa. Las soluciones de venteo adecuadas encuentran el punto óptimo del flujo de aire optimizado y de protección contra la humedad, como se ilustra esquemáticamente en la figura 2.
La figura 3 muestra cómo los tamaños de filtro y los medios afectan la respuesta de la presión. Dos respiraderos distintos de dos tamaños diferentes, cada uno colocado en una cámara que experimenta un cambio exponencial de 20 grados de temperatura, muestran diferentes presiones diferenciales a la larga. En general, los medios con mayor permeabilidad proporcionan un mayor flujo de aire y un menor diferencial de presión.
Método de conexión
Otro factor crítico que se debe considerar en el venteo es el método de conexión. Incluso con una especificación IP y de flujo de aire adecuadas, si el venteo no está conectado correctamente, la efectividad del venteo puede verse afectada. Las opciones comunes de fijación de venteo de protección de la cámara incluyen: De rosca, de presilla, a presión y por soldadura (utilizando técnicas de calor o ultrasónicas). Una muestra de estas opciones se puede ver en la figura 4.
De rosca
De presilla
A presión
Cada método de conexión tiene sus ventajas en ciertas situaciones. Los EPV roscados se pueden integrar en equipos existentes, tales como carcasas de protección, cajas de iluminación, electrodomésticos y otras cámaras donde se requiera un venteo protector y protección del respiradero al mismo tiempo.
Los EPV de presilla también se pueden integrar en equipos existentes y son útiles cuando se requiere un montaje rápido. Ciertos EPV a presión, se utilizan a menudo en dispositivos electrónicos donde el espacio es limitado, consisten en una membrana de filtración y un anillo adhesivo sensible a la presión para asegurar el filtro al dispositivo.
Figura 5: Los respiraderos por soldadura incorporan el material de venteo directamente en la cámara.
En algunos casos, los respiraderos por soldadura de protección de la cámara se pueden incorporar directamente en una cámara dentro de un conjunto de venteo, como se muestra en la Figura 5. Este enfoque a menudo se usa en dispositivos en los no conviene usar adhesivos, o donde existen incompatibilidades químicas o temperaturas extremas, o se necesita protección física de la ruta del filtro. Este enfoque también puede simplificar el ensamblaje en el dispositivo. El método por soldadura, combinado con moldeo por inyección de unión directa se suele utilizar para conectar materiales de venteo en estas situaciones.
En la evaluación de los métodos de fijación hay que considerar factores como: la composición del material al que se está uniendo el respiradero, la compatibilidad química, las condiciones de funcionamiento, así como la temperatura, la presión, y las condiciones de montaje. Al margen del método de conexión que se use, un enfoque integrado a menudo proporciona la solución más eficiente. Si un proveedor de venteo puede proporcionar una solución de venteo integrada, en lugar de un venteo discreto que deba instalarse por separado, los diseñadores y fabricantes pueden centrarse en las necesidades de su producto, en vez de pensar en el método de conexión. Se pueden obtener beneficios de coste y eficiencia a largo plazo si los respiraderos están correctamente conectados y permanecen en servicio durante más tiempo.
3 en 1
Al evaluar los tres factores clave del venteo, los diseñadores y fabricantes de productos deben considerar todos los factores y determinar cuáles son los más importantes para situaciones particulares. La clasificación IP, el flujo de aire y el método de conexión pueden ser importantes, aunque uno o más factores tendrán más peso en ciertas situaciones.
Los materiales y características de filtración también pueden considerarse. Las características especializadas son, por ejemplo:
- Oleofóbico: repele el aceite
- Hidrofóbico - repele el agua
- Alta eficiencia: eficiente a la hora de eliminar partículas del flujo de aire
- Ultralimpia: mantiene la limpieza en cámaras
- Opciones de adsorción: control de olores, compuestos orgánicos volátiles, vapores y gases
Con los diversos factores que hay considerar, un enfoque integrado es clave para la especificación exitosa de una solución de venteo. El venteo no es un proceso único para todos, y los factores pueden desempeñar distintos papeles en diferentes proyectos. Cuanto antes se pueda seleccionar el diseño del sistema y se evalúen los factores clave, más opciones estarán disponibles y mayor será la probabilidad de éxito.
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Ashley Merrill es la directora global de marketing de productos para el equipo de soluciones de venteo integradas en Donaldson Company. Tiene un BSBA de la Universidad de Drake y un MBA de la Universidad de Iowa. Profesionalmente, Ashley cuenta con 14 años de experiencia en las industrias de vehículos pesados, automoción y química.
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