Ventajas e inconvenientes de los materiales de los gabinetes

Hay gabinetes de muchos estilos, tamaños y formas, pero el material del que están hechos suele ser lo primero que se tiene en cuenta a la hora de adquirir un nuevo producto y, posiblemente, el factor que más influye en el rendimiento de un gabinete. El conocimiento de los materiales comunes es vital para la planificación, el aprovisionamiento y el mantenimiento de los ensamblajes eléctricos y electrónicos.

En términos generales, los materiales de los gabinetes/recintos pueden dividirse en metálicos y no metálicos.

No metálicos

La mayoría de los gabinetes/recintos no metálicos se fabrican con plástico, normalmente ABS o policarbonato, pero esta categoría también incluye la fibra de vidrio.

Los no metálicos son permeables a las ondas de radiofrecuencia (RF) y constituyen una buena elección para los dispositivos de comunicaciones inalámbricas que necesitan enviar y recibir señales con facilidad. En la otra cara de la moneda, esta característica puede ser perjudicial si es necesario mantener el dispositivo aislado de interferencias electromagnéticas (EMI) e interferencias de radiofrecuencia (RFI).

ABS

El Acrilonitrilo butadieno estireno, o ABS, es un termoplástico de bajo costo fácil de procesar y moldear. El ABS es el plástico preferido para uso en interiores y, a pesar de su relativa economía, ofrece buena resistencia a los impactos, resistencia al calor y versatilidad. Aunque el ABS de uso general (GPABS) es el tipo más económico, también está disponible el ABS ignífugo (FRABS), que proporciona un nivel medio-alto de resistencia al fuego (UL 94V-0).

Los gabinetes/recintos de ABS suelen ser negros, grises o blancos, pero no son raras las variantes de colores como el amarillo, el rojo y el azul. El ABS es fácil de mecanizar y modificar. Por desgracia, no es ideal para un uso de alto impacto y es difícil hacer transparente el ABS.

Figura 1: Gabinetes de plástico ABS de la serie 1551MINI de Hammond. Dado que la transparencia total no es posible con el ABS, es habitual utilizar ABS translúcido o "esmerilado". (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Policarbonato

El policarbonato es el rockstar del mundo del plástico. Al ofrecer una resistencia superior a los impactos, un amplio rango de temperatura de funcionamiento y resistencia a los daños causados por los rayos UV, es el plástico elegido para muchas aplicaciones marinas, de exterior y de alto impacto. El policarbonato estabilizado frente a los rayos UV resiste la decoloración y la fragilidad debidas a la exposición al sol, y es transparente por naturaleza. Por eso se utiliza a menudo para productos como lentes de gafas y parabrisas de coches de carreras, así como para gabinetes de alta calidad. El policarbonato tiene una alta resistencia térmica. Como era de esperar, el policarbonato es por tanto una opción menos económica que el ABS, sobre todo al principio de un proyecto, pero su longevidad incluso en condiciones duras puede ahorrar costos a largo plazo.

Figura 2: Gabinetes de plástico de policarbonato transparente de la serie 1591T de Hammond. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Fibra de vidrio

El poliéster reforzado con fibra devidrio, abreviado FRP o GRP, se compone de plástico de poliéster reforzado con fibras de vidrio. El FRP, al igual que el policarbonato, es adecuado para su uso en exteriores, con una buena resistencia a los impactos y un amplio rango de temperatura de funcionamiento, más amplio incluso que el policarbonato. Sin embargo, puede decolorarse por la exposición a los rayos UV. Debido a su composición, el FRP puede dispersar partículas de vidrio cuando se corta y se requieren EPI y herramientas especializadas para modificarlo.

Tanto el policarbonato como el PRFV ofrecen una buena resistencia química, y ambos son ideales para su uso en entornos salinos. El PRFV resiste disolventes y ácidos y bases diluidos. El policarbonato resiste bien los ácidos y algunos disolventes y álcalis. Investigue siempre el peligro específico antes de elegir un material.

Figura 3: Un gabinete de poliéster reforzado con fibra de vidrio, número de pieza 1590ZGRP084 de Hammond. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Metálicos

Frente a los no metálicos, los gabinetes de metal tienen mejores propiedades de blindaje contra las interferencias electromagnéticas (IEM). El contacto de metal con metal es esencial para el blindaje total, así como para la conexión a tierra, un proceso necesario para la seguridad cuando se trabaja con dispositivos eléctricos dentro del gabinete. Los metálicos son generalmente aceptables para su uso en exteriores y tienen una buena resistencia a los impactos.

En el caso de los metales, es importante vigilar la corrosión galvánica, también llamada corrosión de metales distintos. Si dos metales diferentes están en contacto, el más "básico", o el que cede sus electrones más fácilmente, empezará a corroerse a un ritmo acelerado, causando daños tanto estructurales como estéticos. Los usuarios deben tener cuidado de no utilizar tornillos cincados o un ensamblador de acero galvanizado con un gabinete de acero inoxidable, por ejemplo.

Aluminio

El aluminio es un metal no ferroso que es fuerte a pesar de ser un material relativamente ligero. Además de la variedad de formas que puede adoptar, como la chapa de aluminio, el aluminio extruido y el aluminio fundido a presión, también tiene propiedades diferentes según la aleación que se utilice. Una aleación está formada por el material base (aluminio) más otros metales o elementos. Algunas aleaciones son más resistentes que otras, o más resistentes a la tracción, o aceptan mejor determinados acabados, etc.

El aluminio es fácil de procesar y conformar, y es el material metálico de menor costo para los gabinetes.

Aluminio fundido a presión

Los gabinetes de aluminio fundido a presión se fabrican vertiendo metal fundido en moldes (también llamados cavidades). La fundición a presión es más adecuada para gabinetes pequeños y medianos, por lo que los productos de mayor tamaño tienden a utilizar chapa en lugar de metal fundido. El proceso es rápido y produce un producto homogéneo. Los gabinetes moldeados a presión, así como los de plástico moldeado por inyección, tienen una característica llamada ángulo de tiro. Las paredes de la caja deben estar ligeramente inclinadas hacia fuera para que el gabinete pueda desmontarse correctamente del molde. Por lo tanto, las paredes de los gabinetes de aluminio fundido a presión tendrán una inclinación de unos pocos grados.

Figura 4: Un gabinete de aluminio fundido a presión de paredes gruesas, número de pieza 1590Z110 de Hammond. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Aluminio extruido

La extrusión también implica aluminio fundido y un molde, pero en lugar de rellenar una cavidad, el aluminio extruido se fuerza a través del molde para que adopte una forma específica, creando piezas de extrusión muy largas que luego se cortan a medida. Los gabinetes de aluminio extruido suelen estar formados por un tubo extruido y tapas terminales de metal o plástico. La extrusión de piezas grandes que se pueden cortar es beneficiosa para un fabricante, que puede mantener un stock de tubos a mano y proporcionar una variedad de longitudes de gabinete bajo demanda.

Los gabinetes de aluminio extruido de Hammond se suministran con un acabado anodizado. El anodizado es un proceso que aumenta el grosor de la capa de óxido de un gabinete/recinto y hace que la superficie sea más duradera. El ánodo puede aplicarse en varios colores. Algunas aleaciones de aluminio se anodizan bien y otras no; mientras que los armarios extruidos de Hammond se pueden anodizar, los armarios de aluminio fundido a presión no se pueden anodizar y se recubren con pintura en polvo.

Figura 5: Un gabinete de aluminio extruido con anodizado azul (ensamblado). Referencia 1455L1201BU de Hammond. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Figura 6: El gabinete de aluminio extruido con terminación anodizada azul de la Figura 5 se muestra desmontado. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Planca de aluminio

Las planchas de aluminio pueden cortarse y plegarse para crear gabinetes y paneles. A diferencia de las extrusiones y los moldes, que están limitados por las características y dimensiones de las herramientas, con las chapas plegadas se pueden fabricar infinidad de diseños de gabinetes/recintos. Las planchas de aluminio, especialmente las más finas, no soportan pesos excepcionales, por lo que pueden doblarse o alabearse si se sobrecargan.

Figura 7: Interior de un chasis de aluminio plegado de la serie 1444 de Hammond. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Acero

El acero es un material ampliamente utilizado y fiable en muchas industrias. El acero es una aleación de hierro (hecho de hierro combinado con carbono). Las planchas de acero se utilizan para construir gabinetes y paneles, con una gran variedad de tipos de acero entre los que elegir en función de la aplicación. El acero es más pesado que el aluminio y, en particular, el acero inoxidable puede resultar más caro.

Acero dulce

También llamado "acero bajo en carbono", el acero dulce tiene un contenido de carbono inferior al del acero estándar y es más fácil de conformar y soldar. El acero dulce es barato y versátil, pero se oxida a la intemperie a menos que esté acabado. Por eso, los gabinetes de acero dulce tienen un acabado de pintura en polvo, frente a los de acero inoxidable o aluminio, que pueden encontrarse al natural o con menos acabado. Puede utilizarse acero dulce natural para los paneles interiores, ya que no estarán expuestos a la intemperie.

Figura 8: Un gabinete de acero dulce acabado con pintura en polvo gris claro, número de pieza ST12126LG de Hammond. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Acero galvanizado

El acero galvanizado se fabrica por inmersión en una capa de zinc. Esto protege la superficie rica en hierro del acero para que no se corroa rápidamente. El acero galvanizado no resiste bien los productos químicos supercorrosivos ni los entornos marinos. El acero galvanizado es un material habitual para los paneles interiores y los gabinetes comerciales interiores de uso general. Con recubrimiento en polvo, puede utilizarse en exteriores en condiciones de luz.

Acero inoxidable

El acero inoxidable es una aleación de hierro que contiene cromo, lo que le confiere propiedades de resistencia a la corrosión. Se pueden crear diferentes grados de acero inoxidable mediante la inclusión de elementos adicionales. El Acero inoxidable resiste la oxidación y no necesita acabado. Es muy resistente a ácidos, álcalis y disolventes, tiene un gran rendimiento en exteriores y es fácil de limpiar, por lo que resulta ideal para entornos higiénicos como aplicaciones médicas o de alimentación y bebidas en las que el gabinete se lava con frecuencia.

Los dos tipos de acero inoxidable más comunes son:

• 304: Este es el grado más común de acero inoxidable.
• 316: Se trata de un grado más especializado que ofrece todas las ventajas anteriores del acero inoxidable más una resistencia adicional a la corrosión, gracias al elemento molibdeno. El inoxidable 316 es excelente en entornos marinos.

Figura 9: Un gabinete independiente de acero inoxidable, número de pieza HN4FS726036SS de Hammond. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Clasificaciones y materiales

La clasificación de un gabinete y su material van de la mano, ya que los sistemas de clasificación como NEMA, UL e IP califican un gabinete en función de su rendimiento en diversas condiciones.

NEMA: El sistema de clasificación más común para armarios industriales y eléctricos, los tipos NEMA describen si el armario es para uso interior o exterior, si es resistente a la corrosión, y cómo se comporta frente a peligros como el agua y la suciedad. Algunos tipos NEMA comunes incluyen:

• 12 y 13: Uso en interiores, con cierta protección contra la suciedad y el goteo de agua
• 3R: Uso en interiores o exteriores, con protección contra la suciedad y la humedad (lluvia, aguanieve, nieve)
• 4: Uso en interiores o exteriores, buena protección contra la suciedad, la humedad y las salpicaduras o el agua dirigida con manguera
• 4X: Similar a 4, pero con el añadido de la resistencia a la corrosión

Figura 10: Una junta higiénica de silicona azul recubre la puerta de un gabinete de acero inoxidable de la serie HYW de Hammond. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Protección de ingreso (IP) - Las clasificaciones IP las determina la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI). IP es la terminología más habitual para los gabinetes electrónicos, pero existe un cruce entre las clasificaciones IP y NEMA. El primer dígito de la clasificación IP se refiere a la estanqueidad al polvo, mientras que el segundo dígito se refiere a la estanqueidad al agua. Algunas clasificaciones IP comunes incluyen:

• IP54: protegido contra el polvo, con protección contra salpicaduras de agua
• IP65: clasificación mínima para ser considerado estanco al agua, clasificación mínima recomendada para uso en exteriores, estanco al polvo, con protección contra chorros de agua.
• IP66: estanco al polvo, con protección contra potentes chorros de agua
• IP67: estanco al polvo, con protección contra la inmersión temporal en agua
• IP68: estanco al polvo, con protección contra la inmersión continua en agua

Listado UL: llos productos que cuentan con el listado UL son probados por laboratorios independientes. Los gabinetes cumplen las normas UL 508A. No debe producirse ninguna entrada de agua entre los ensayos; de lo contrario, el producto no obtendrá la certificación UL. También se tienen en cuenta otros factores, como la consistencia de los materiales, los procesos de fabricación, la resistencia a los rayos UV y el grado de inflamabilidad. El listado UL es un valioso indicador de rendimiento, calidad y seguridad.

Figura 11: Etiqueta adhesiva UL en el interior de un gabinete de policarbonato homologado UL, número de pieza 1554C2GYCL de Hammond. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Conclusión:

El diseño de un ensamble eléctrico o electrónico puede conllevar muchas consideraciones, pero esperamos que esta visión general de los materiales y clasificaciones de los gabinetes ayude a simplificar la selección de los mismos.

Tanto si la aplicación requiere una simple caja de plástico para un interruptor manual como si se trata de un robusto armario inoxidable que debe resistir el aire salino de un muelle, las carcasas son sin duda una parte vital de cualquier ensamblaje.