Come si propaga il calore e come condiziona l’affidabilità dei componenti elettrici di un quadro?

I componenti elettrici ed elettronici di un quadro possono sopportare variazioni di calore, superate le quali viene compromessa l’affidabilità del loro funzionamento. Per questo motivo, è importante conoscere in che modo la temperatura influisce sul loro funzionamento e in quali condizioni termiche poterli impiegare, informandosi al momento della progettazione del quadro.

Ma non solo: la stessa attività elettrica dei componenti assorbe energia, che viene in parte trasformata in energia termica (effetto Joule). Questo calore si stratifica nell’ambiente chiuso dell’armadio, trasferendosi da un punto all’altro, e magari rimanere intrappolato in aree critiche per i componenti che le occupano.

Come si propaga il calore nell’armadio elettrico?

Scendendo nel dettaglio,esistono tre diversi modi di propagazione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.

• Conduzione: l’energia termica si trasmette per contatto diretto tra un corpo con una temperatura più elevata ed uno più freddo, fino al raggiungimento di un equilibrio termico.
• Convenzione: il passaggio di energia termica avviene grazie al movimento dell’aria che, divenendo più calda, diminuisce di densità e sale. Quando la trasmissione del calore avviene con le sole correnti d’aria che si formano per differenze di densità si parla di convezione naturale. Se, invece, il movimento è indotto e più rapido, grazie ad esempio all’utilizzo di un ventilatore, allora la convezione è detta forzata.
• Irraggiamento: con scambio termico per irraggiamento, si intende il trasporto di energia termica tramite onde elettromagnetiche, indipendentemente dalla presenza di un mezzo di trasmissione interposto, come invece avviene per la conduzione (superficie) o la convezione (aria). Irraggiare significa appunto “emettere radiazioni”. Tutti i corpi emettono e assorbono radiazioni elettromagnetiche e, poiché queste radiazioni trasportano energia, quando investono un corpo e vengono assorbite, provocano un aumento di energia cinetica delle molecole e quindi un conseguente innalzamento della temperatura. Un esempio comune a tutti: il sole!

Le applicazioni outdoor

Nelle applicazioni outdoor, anche l’ambiente esterno al quadro elettrico può rappresentare un pericolo per la propagazione del calore. L’irraggiamento solare può causare un incremento della temperatura media all’interno dell’armadio, così come in una zona fredda e ventosa si potrebbe avere una sottrazione di calore per convezione.

La stratificazione del calore

Considerate le dinamiche di trasmissione del calore e tutte le fonti potenziali che abbiamo dentro e fuori l’armadio, occorre infine considerare il fenomeno della stratificazione. In assenza di una ventilazione controllata, l’aria più calda e secca tende ad accumularsi in alto, mentre quella fredda ed umida più in basso. Un buon dimensionamento del controllo climatico deve considerare quindi sia il livello medio di temperatura ed umidità, sia la condizione di lavoro dei singoli dispositivi, così da non incorrere successivamente in problemi di affidabilità di questi ultimi.

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