Preguntas frecuentes: ¿Qué requisitos para la tasa de fugas se deben cumplir para obtener una clasificación de protección de ingreso IPX7?
Muchos componentes eléctricos se clasifican según determinado índice de protección de ingreso. Las piezas propensas a entrar en contacto con agua suelen clasificarse como IPX7, es decir, la pieza debe soportar la inmersión en agua a 1 metro de profundidad sin permitir una entrada de agua lo suficientemente grande como para ocasionar el posterior mal funcionamiento de la pieza.
Para la producción de estos componentes, surge una pregunta acerca de qué requisito de tasa de fugas necesita una pieza para someterla a prueba cuando se la califica con el fin de obtener la clasificación IPX7.
Fuga de agua a través de la carcasa del componente
Para responder esta pregunta, necesitamos comprender primero el modo de falla de esas piezas. Cuando se sumergen en agua a 1 metro de profundidad, la presión del agua se encuentra a 1.1 atm. La presión de agua es la fuerza impulsora que presiona el agua a través de una determinada geometría de la fuga. Sin embargo, en fugas muy pequeñas, la tensión de agua de la superficie evitará que el agua “fluya” a través de la geometría de la fuga. Por ejemplo, todos hemos visto una gota de agua colgando de un grifo pero no cayendo.
Para calcular el tamaño del orificio más grande que se obstruirá con agua pero que no permitirá su paso, uno tiene que partir de ciertos supuestos:
- Suponemos que el canal de fuga es “ideal”, es decir, es circular y su longitud es larga en comparación con su diámetro.
- Suponemos que la presión dentro del componente es una presión atmosférica en contraposición con la presión del agua a 1 metro de profundidad que es de 1.1 atm.
- Suponemos que la pieza y el agua están a temperatura ambiente.
- Suponemos que el agua es agua pura sin contaminantes.
- Establecemos la diferencia entre las distintas combinaciones de material:
• Agua / aluminio
• Agua / acero
• Agua / plásticos
| Material de la carcasa | Ángulo de contacto para el agua | Diámetro mayor de la tasa de fugas que no permitirá el paso del agua |
|---|---|---|
| Aluminio | 9° | 5 µm |
| Acero | 90° | 29 µm |
| PVC | 40° | 19 µm |
| PE | 78° | 28 µm |
| PC | 81° | 29 µm |
| ABS | 83° | 29 µm |
Bajo estos supuestos, uno puede calcular el diámetro mayor de una fuga que se llenará de agua por completo, pero que no dejará pasar el agua desde los ángulos de contacto (α) en las distintas combinaciones de material.
A partir del diámetro más grande que seguirá obstruido, podemos calcular las tasas de fugas para las distintas longitudes del canal de fuga (equivalente al espesor de la pared de la carcasa del componente). El siguiente gráfico muestra la relación entre el espesor de la pared de la carcasa del componente y la tasa de fuga equivalente para las distintas combinaciones de material a una presión exterior de 1.1 atm y una presión interior de 1 atm.
La tasa de fugas correspondiente para el helio en un 100 % es aproximadamente 7 % inferior (según la resolución del siguiente gráfico).
Tasas de fugas de aire equivalentes para distintos materiales y espesores de pared de la carcasa a una presión exterior de 1.1 atm en comparación con una presión interior de 1 atm.
Los límites de las tasas de fugas anteriores se dan bajo las condiciones ideales mencionadas anteriormente. En las aplicaciones del mundo real, se pueden observar varias diferencias con el análisis teórico:
- Las fugas reales no suelen ser de la geometría del canal de fugas ideal, pero muestran perfiles y diámetros variables que impiden el flujo ideal a través del canal.
- Las fugas reales no suelen ser perfectamente rectangulares en relación a la pared de la carcasa del componente y, por consiguiente, tienen una trayectoria de fuga más larga.
- Las aplicaciones reales no utilizan agua destilada, sino agua de lluvia con impurezas.
Por estos motivos, los requisitos de prueba de fugas reales son un poco menos exigentes que los límites teóricos. Como regla general, los requisitos de tasas de fugas para obtener la clasificación IPx7 se pueden resumir en dos clases:
- Carcasas de plástico y acero que necesitan cumplir los requisitos para obtener la clasificación IPx7 deben ser sometidas a pruebas de fugas dentro del rango de 5*10-3 mbar l/s.
- Las carcasas de aluminio se deben someter a requisitos de pruebas de fugas a aproximadamente 1*10-5 mbar l/s.