Domande frequenti: quali requisiti relativi ai tassi di perdita sono necessari per soddisfare il grado di protezione IPX7?

Alcuni componenti elettronici vengono classificati in relazione al loro grado di protezione contro le infiltrazioni di acqua. I componenti che possono entrare in contatto con l'acqua sono classificati come IPX7, quando resistono all'immersione in acqua a 1 m di profondità e non permettono una penetrazione di acqua tale da causare malfunzionamenti.

Per la produzione di questi componenti, ci si chiede secondo quale requisito relativo al tasso di perdita debbano essere testati per soddisfare il criterio IPX7.

Per rispondere a questa domanda, per prima cosa dobbiamo conoscere la modalità di guasto di tali componenti. Quando immersi in acqua a 1 m di profondità, la pressione dell'acqua è pari a 1.1 atm. La pressione è la forza motrice che spinge l'acqua attraverso la geometria della perdita. Tuttavia, per le perdite molto piccole, la tensione superficiale dell'acqua impedisce alla perdita di “scorrere” attraverso la propria geometria. Ad esempio, tutti abbiamo osservato una goccia d'acqua che pende da un rubinetto senza cadere.

Per calcolare la dimensione massima del foro che risulterà ostruito dall'acqua ma che non ne consentirà il passaggio, è necessario fare delle supposizioni:

1. Supponiamo che il canale della perdita sia “ideale”, ossia che il canale della perdita sia circolare e la lunghezza notevole rispetto al suo diametro.
2. Presumiamo che la pressione all'interno del componente sia quella atmosferica rispetto alla pressione dell'acqua a 1 m di profondità pari a 1.1 atm.
3. Supponiamo che il componente e l'acqua siano a temperatura ambiente.
4. Presumiamo che l'acqua sia pura e senza contaminanti.
5. Differenziamo tra le diverse combinazioni di materiale:
   • Acqua / alluminio
   • Acqua / acciaio
   • Acqua / materie plastiche

Materiale dell'alloggiamento	Angolo di contatto per l'acqua	Diametro massimo del tasso di perdita che non lascerà passare l'acqua
Alluminio	9°	5 µm
Acciaio	90°	29 µm
PVC	40°	19 µm
PE	78°	28 µm
PC	81°	29 µm
ABS	83°	29 µm

Sulla base di queste ipotesi, è possibile calcolare il diametro massimo di una perdita che sarà completamente riempito di acqua ma che non ne consentirà il passaggio dagli angoli di contatto (α) per le diverse combinazioni di materiale.

Dal diametro massimo che risulterà ostruito, ora possiamo calcolare i tassi di perdita per le diverse lunghezze del canale della perdita (equivalenti allo spessore della parete dell'alloggiamento del componente). Il grafico seguente mostra la relazione tra lo spessore della parete dell'alloggiamento del componente e l'equivalente del tasso di perdita per le diverse combinazioni di materiale a una pressione esterna di 1.1 atm e a una pressione interna di 1 atm. Il tasso di perdita che corrisponde all'elio al 100% è circa il 7% inferiore all’aria (grafico sottostante).

I limiti del tasso di perdita precedenti si riferiscono alle condizioni ideali citate in precedenza. Nelle applicazioni del mondo reale, si osservano ovviamente alcune differenze rispetto all'analisi teorica:

• Le perdite nel mondo reale in genere non presentano una geometria del canale della perdita ideale, ma mostrano diametri e profili variabili che ostacolano il flusso ideale attraverso il canale
• Le perdite reali in genere non sono idealmente rettangolari rispetto alla parete dell'alloggiamento del componente e quindi presentano un percorso della perdita più lungo
• Le applicazioni del mondo reale non utilizzano acqua distillata, ma acqua piovana con impurità

Quindi, i requisiti delle prove di tenuta reali sono leggermente meno rigorosi dei limiti teorici. In linea di massima, i requisiti relativi ai tassi di perdita per IPx7 possono essere riepilogati in due classi:

• Gli alloggiamenti in plastica e acciaio che devono rispettare IPx7 devono essere testati a prova di tenuta nell'intervallo 5*10^-3 mbar l/s
• Gli alloggiamenti in alluminio devono essere testati secondo requisiti relativi alle prove di tenuta pari a circa 1*10^-5 mbar l/s.