¿Cómo eliminar los problemas de condensación interna en las cajas de conexiones eléctricas?

Introducción

Los fallos eléctricos causados por la condensación interna destruyen cada año equipos industriales por valor de millones de dólares, a menudo sin previo aviso durante periodos críticos de producción. Un solo cortocircuito relacionado con la condensación puede paralizar líneas de fabricación enteras, provocar peligrosas fallos de arco¹y crean peligros para la seguridad que ponen en peligro a los trabajadores, al tiempo que generan enormes costes de reparación y pérdidas de productividad.

La condensación interna en las cajas de conexiones eléctricas se produce cuando las fluctuaciones de temperatura hacen que el aire cargado de humedad alcance su punto de rocío dentro de las cajas selladas, creando gotas de agua que corroen las conexiones, provocan fallos eléctricos y comprometen la seguridad del sistema. Para evitarlo, hay que saber principios psicrométricos²La seguridad de los edificios es una de las prioridades de la política de seguridad de la UE, con la implantación de sistemas de ventilación adecuados, la selección de materiales y clasificaciones de armarios apropiados, el uso de desecantes y soluciones de drenaje, y el mantenimiento de unas condiciones ambientales óptimas mediante un diseño estratégico y la selección de componentes.

La semana pasada recibí una llamada urgente de Robert, supervisor de mantenimiento de una fábrica de piezas de automóvil de Michigan. Su línea de producción se había parado debido a fallos relacionados con la condensación en varias cajas de conexiones durante una ola de frío. El agua se había acumulado en circuitos de control críticos, provocando fallos intermitentes que tardaban horas en diagnosticarse. Pusimos en marcha una estrategia integral de prevención de la condensación mediante tapones de ventilación transpirables y sistemas de drenaje internos que eliminaron el problema y evitaron que se repitiera en el futuro. 😊

Índice

• ¿Qué causa la condensación interna en las cajas de empalmes?
• ¿Cómo crean problemas de humedad las fluctuaciones de temperatura?
• ¿Cuáles son los métodos más eficaces para evitar la condensación?
• ¿Cómo funcionan los sistemas de ventilación y drenaje transpirables?
• ¿Qué papel desempeñan los prensaestopas en el control de la humedad?

¿Qué causa la condensación interna en las cajas de empalmes?

Comprender los fundamentos físicos de la formación de condensación es esencial para aplicar estrategias de prevención eficaces en las instalaciones eléctricas.

La condensación interna se produce cuando el aire caliente y cargado de humedad del interior de las cajas de conexiones se enfría por debajo de su temperatura de punto de rocío, provocando que el vapor de agua se condense en gotas líquidas en las superficies internas. Esto ocurre debido a las diferencias de temperatura entre los ciclos diurnos y nocturnos, los cambios meteorológicos estacionales, los ciclos de calentamiento y enfriamiento de los equipos, una ventilación inadecuada que atrapa el aire húmedo, un sellado incorrecto que permite la entrada de humedad, y puente térmico³ a través de materiales de cerramiento conductores que crean puntos fríos donde se forma preferentemente la condensación.

Física de la formación de condensación

Punto de rocío y humedad relativa:
La condensación se produce cuando el aire alcanza una humedad relativa de 100% a una temperatura determinada. A medida que desciende la temperatura, disminuye la capacidad del aire para retener la humedad, lo que obliga al exceso de vapor de agua a condensarse en forma líquida. Este proceso se rige por principios psicrométricos que determinan cuándo y dónde se producirá la condensación.

Diferencial de temperatura crítica:
Incluso pequeñas diferencias de temperatura pueden provocar condensación. Una caja de empalmes que esté 5 °C más caliente que el aire circundante durante el día puede sufrir una condensación importante cuando las temperaturas se igualan por la noche, sobre todo en entornos húmedos.

Fuentes comunes de humedad

Entrada de humedad externa:

• Inadecuado Clasificación IP⁴ para las condiciones medioambientales
• Juntas y sellos degradados que permiten la entrada de aire húmedo
• Instalación incorrecta de los prensaestopas que crea vías de humedad
• Ciclos térmicos que crean diferenciales de presión y efectos de "respiración".

Generación de humedad interna:

• Calentamiento de componentes que crea humedad localizada
• Humedad residual de fabricación o instalación
• Operaciones de limpieza que introducen humedad
• Reacciones químicas en determinados componentes electrónicos

Factores medioambientales

Influencias geográficas y estacionales:
Las zonas costeras, los climas tropicales y las regiones con mucha humedad presentan mayores riesgos de condensación. Las oscilaciones estacionales de temperatura, sobre todo en primavera y otoño, crean condiciones ideales para la formación de condensación.

Retos del entorno industrial:

• Operaciones de vapor y lavado en la industria alimentaria
• Procesos químicos que generan humedad
• Instalaciones exteriores expuestas a los ciclos climáticos
• Instalaciones subterráneas o parcialmente enterradas con efectos de la temperatura del suelo

Condensación Causa	Nivel de riesgo	Estrategia de prevención
Ciclos de temperatura	Alta	Aislamiento térmico y ventilación
Entorno de alta humedad	Muy alta	Deshumidificación y drenaje
Sellado deficiente	Medio	Juntas y grados de protección IP adecuados
Ventilación inadecuada	Alta	Ventilaciones transpirables y circulación del aire
Puente térmico	Medio	Montaje y materiales aislantes

En Bepto, hemos visto problemas de condensación en todos los sectores y climas. Nuestro enfoque integral incluye tapones de ventilación transpirables, cajas de conexiones optimizadas para el drenaje y prensaestopas especializados que trabajan juntos para eliminar los problemas de humedad al tiempo que mantienen la protección del medio ambiente.

¿Cómo crean problemas de humedad las fluctuaciones de temperatura?

Las variaciones de temperatura son el principal motor de los problemas de condensación, creando una compleja dinámica de humedad que puede desbordar incluso a los sistemas eléctricos bien diseñados.

Las fluctuaciones de temperatura crean problemas de humedad a través de ciclos térmicos que hacen que los armarios "respiren" aire húmedo dentro y fuera, tasas de enfriamiento diferenciales entre los componentes internos y las paredes del armario que crean puntos fríos localizados, expansión y contracción térmica que pueden comprometer las juntas y crear puntos de entrada, corrientes de convección que distribuyen la humedad por todo el armario y puentes térmicos a través de materiales conductores que transfieren calor y crean gradientes de temperatura donde la condensación se produce preferentemente en las superficies más frías.

Ciclos térmicos y efectos de la respiración

Creación de presión diferencial:
Cuando las cajas de conexiones se calientan durante el día, el aire interior se expande y parte escapa por las aberturas disponibles. Cuando las temperaturas bajan por la noche, el aire que se contrae crea una presión negativa que atrae aire exterior húmedo al interior de la caja. Este efecto de "respiración" introduce humedad continuamente.

Ciclos de temperatura diurnos:
Las oscilaciones diarias de temperatura de entre 10 y 20 °C son habituales en muchos entornos. Estos ciclos crean patrones de condensación predecibles, en los que la humedad suele formarse durante la parte más fría de la noche, cuando la humedad relativa alcanza su punto máximo.

Efectos de la temperatura a nivel de componente

Componentes generadores de calor:
Los transformadores, contactores y dispositivos electrónicos generan calor localizado que crea gradientes de temperatura dentro de los recintos. Estos puntos calientes pueden impulsar corrientes de convección que distribuyen la humedad y crean condensación en las superficies más frías.

Diferencias de masa térmica:
Los distintos materiales y componentes tienen masas térmicas y velocidades de transferencia de calor diferentes. Los componentes metálicos se enfrían más rápido que los aislantes de plástico, lo que crea diferencias de temperatura que favorecen la formación de condensación.

Desafíos estacionales y meteorológicos

Transiciones de primavera y otoño:
Las temporadas de entretiempo presentan los mayores riesgos de condensación debido a las grandes oscilaciones de temperatura y los altos niveles de humedad. Los equipos que funcionan con fiabilidad en verano e invierno suelen fallar durante estos periodos de transición.

Impactos del frente meteorológico:
Los cambios rápidos de tiempo, especialmente los frentes fríos que siguen a periodos cálidos y húmedos, pueden desencadenar fenómenos de condensación masiva que desbordan los sistemas normales de gestión de la humedad.

Trabajé con Ahmed, un ingeniero de instalaciones de una planta petroquímica de Texas, que experimentaba fallos recurrentes por condensación durante las transiciones climáticas de primavera. Sus cajas de conexiones estaban situadas en zonas con oscilaciones diarias de temperatura de 30 °C y una elevada humedad en la costa del Golfo. Pusimos en práctica una solución en varias fases que incluía aislamiento térmico, ventilación mejorada y drenaje interno que eliminó los problemas de condensación incluso durante las condiciones meteorológicas más difíciles.

Prevención de puentes térmicos

Estrategias de aislamiento:

• Roturas térmicas en los sistemas de montaje para evitar la transferencia de calor
• Materiales aislantes que reducen los gradientes de temperatura
• Aislamiento de componentes para minimizar el acoplamiento térmico
• Colocación estratégica lejos de fuentes de calor y superficies frías

Impacto de la selección de materiales:
La elección de materiales para armarios con propiedades térmicas adecuadas puede reducir considerablemente los riesgos de condensación. Los armarios de fibra de vidrio y termoplásticos suelen funcionar mejor que los metálicos en entornos de alta condensación.

¿Cuáles son los métodos más eficaces para evitar la condensación?

La prevención eficaz de la condensación requiere un enfoque sistemático que aborde las fuentes de humedad, el control de la temperatura, la ventilación y el drenaje mediante estrategias de diseño integradas.

Entre los métodos más eficaces para evitar la condensación figuran la instalación de tapones de ventilación transpirables que igualen la presión al tiempo que filtran la humedad y los contaminantes, la implantación de sistemas de drenaje interno con orificios de drenaje y superficies inclinadas, el uso de sistemas desecantes para absorber el exceso de humedad, la aplicación de aislamiento térmico para minimizar las diferencias de temperatura, la selección de materiales y revestimientos adecuados para los cerramientos que resistan la condensación, el mantenimiento de una ventilación y circulación del aire adecuadas y la combinación de varias estrategias en un sistema integral de gestión de la humedad adaptado a las condiciones ambientales específicas.

Ventilación y compensación de la presión

Tecnología de ventilación transpirable:
Los modernos respiraderos transpirables utilizan membranas microporosas que dejan pasar el aire y el vapor de agua al tiempo que bloquean el agua líquida y los contaminantes. Estos dispositivos evitan la acumulación de presión al tiempo que mantienen los índices de protección medioambiental.

Colocación estratégica de los respiraderos:

• Rejillas de ventilación altas para evacuar el aire caliente
• Rejillas de ventilación bajas para la entrada de aire fresco
• Ventilaciones múltiples para recintos más grandes para garantizar una circulación de aire adecuada
• Rejillas de ventilación direccionales que impiden la entrada directa de agua

Drenaje y gestión del agua

Diseño del drenaje interno:
Los sistemas de drenaje eficaces canalizan cualquier condensación que se forme lejos de los componentes críticos:

• Fondos de armario inclinados que dirigen el agua a los puntos de desagüe
• Canalones y canales internos que recogen y dirigen la humedad
• Orificios de drenaje situados en los puntos más bajos
• Tapones de drenaje extraíbles para facilitar el mantenimiento

Protección de componentes:

• Montaje elevado para componentes sensibles
• Escudos antigoteo y cubiertas para conexiones críticas
• Revestimientos conformados⁵ en placas de circuitos y terminales
• Selección de componentes resistentes a la humedad

Sistemas desecantes y de absorción

Selección y dimensionamiento del desecante:

• Gel de sílice para aplicaciones generales
• Tamices moleculares para objetivos de humedad específicos
• Indicación de desecantes que presentan niveles de saturación
• Sistemas recargables para instalaciones de larga duración

Integración de desecantes:

• Recipientes transpirables que permiten la circulación del aire
• Colocación estratégica para una eficacia máxima
• Calendarios de sustitución basados en las condiciones ambientales
• Combinación con otros métodos de control de la humedad

Tecnologías avanzadas de prevención

Sistemas de calefacción:
Los calefactores de bajo vataje pueden evitar la condensación manteniendo las temperaturas internas por encima del punto de rocío:

• Calefactores controlados termostáticamente que funcionan sólo cuando es necesario
• Calefactores PTC que autorregulan la temperatura
• Bandas calefactoras para recintos más grandes
• Diseños energéticamente eficientes que minimizan los costes de explotación

Revestimientos anticondensación:
Los revestimientos especializados pueden reducir la formación de condensación:

• Revestimientos hidrófobos que repelen el agua
• Tratamientos antivaho para mirillas
• Revestimientos conductores que distribuyen el calor uniformemente
• Recubrimientos de sacrificio que protegen las superficies subyacentes

Método de prevención	Eficacia	Coste	Requisitos de mantenimiento
Rejillas de ventilación transpirables	Muy alta	Bajo	Mínimo - inspección periódica
Drenaje interno	Alta	Bajo	Moderado - limpieza e inspección
Sistemas desecantes	Alta	Medio	Alta - sustitución periódica
Aislamiento térmico	Medio	Medio	Bajo - inspección visual
Sistemas de calefacción	Muy alta	Alta	Baja - inspección eléctrica

¿Cómo funcionan los sistemas de ventilación y drenaje transpirables?

Los sistemas de ventilación y drenaje transpirables constituyen la columna vertebral de la prevención eficaz de la condensación, ya que trabajan conjuntamente para gestionar la humedad líquida y de vapor en los armarios eléctricos.

Las rejillas de ventilación transpirables funcionan mediante una tecnología de membrana microporosa que permite el paso del aire y el vapor de agua a la vez que bloquea el agua líquida, el polvo y otros contaminantes, manteniendo una igualación de la presión que evita el efecto de respiración a la vez que preserva las clasificaciones IP. Los sistemas de drenaje complementan las rejillas de ventilación proporcionando vías para que cualquier condensación que se forme salga de la caja de forma segura, utilizando canales alimentados por gravedad, orificios de drenaje y superficies inclinadas para dirigir la humedad lejos de los componentes eléctricos, manteniendo al mismo tiempo la protección del medio ambiente mediante la colocación y el diseño estratégicos.

Tecnología y funcionamiento de la ventilación transpirable

Función de la membrana microporosa:
El corazón de la tecnología de ventilación transpirable es una membrana especializada con poros microscópicos lo suficientemente grandes para que pasen las moléculas de aire y el vapor de agua, pero demasiado pequeños para las gotas de agua líquida o los contaminantes sólidos. Esta permeabilidad selectiva mantiene la protección medioambiental al tiempo que evita la acumulación de presión.

Mecánica de igualación de la presión:

• El intercambio continuo de aire evita las diferencias de presión
• La transmisión de vapor reduce los niveles de humedad interna
• La convección por temperatura mejora la circulación del aire
• Índices de transpirabilidad de la membrana adaptados al volumen del recinto y a las condiciones ambientales

Selección y dimensionamiento de la ventilación

Cálculos de caudal:
Para dimensionar correctamente el conducto de ventilación es necesario calcular la tasa de intercambio de aire necesaria en función de:

• Volumen interior de la caja
• Diferencial de temperatura previsto
• Niveles de humedad ambiental
• Generación de calor interno de los componentes

Opciones de material de membrana:

• PTFE (politetrafluoroetileno) para resistencia química
• Polietileno para aplicaciones generales
• Materiales especializados para temperaturas extremas
• Construcciones multicapa para mejorar el rendimiento

Principios de diseño de sistemas de drenaje

Drenaje por gravedad:
Un drenaje eficaz depende de la gravedad para mover el agua desde los puntos de recogida hasta los lugares de salida:

• Pendiente mínima de 2 grados en todas las superficies horizontales
• Ubicación estratégica de los canales de recogida
• Múltiples puntos de drenaje para recintos más grandes
• Diseños de sifón que evitan el reflujo

Ingeniería de agujeros de drenaje:

• Tamaño de orificio óptimo para evitar obstrucciones y mantener el caudal
• Cubiertas protectoras que impiden la entrada de insectos
• Diseños direccionales que impiden la entrada de lluvia impulsada por el viento
• Fácil acceso para mantenimiento y limpieza

Integración con la protección del medio ambiente

Mantenimiento de las clasificaciones IP:
Los sistemas de drenaje deben mantener el grado de protección ambiental de la envolvente:

• Juntas laberínticas en las vías de desagüe
• Sistemas de deflectores que impiden la entrada directa de agua
• Canales de desagüe inclinados que evitan el agua estancada
• Tapones de drenaje extraíbles con sellado adecuado

Estrategias de protección de componentes:

• Plataformas de montaje elevadas para equipos sensibles
• Escudos antigoteo y deflectores sobre componentes críticos
• Zonas de drenaje segregadas para distintos niveles de protección
• Desbordamiento de emergencia para condiciones extremas

Hace poco ayudé a Jennifer, ingeniera de planta de una fábrica farmacéutica de Carolina del Norte, a resolver los persistentes problemas de condensación en las instalaciones eléctricas de su sala blanca. Los armarios existentes estaban completamente sellados, lo que provocaba una grave condensación durante los ciclos de fabricación a temperatura controlada. Instalamos ventilaciones transpirables de precisión aptas para entornos de salas limpias junto con sistemas de drenaje internos que mantenían las condiciones estériles a la vez que eliminaban los problemas de humedad. La solución mejoró tanto la fiabilidad de los equipos como el cumplimiento de la normativa.

Mantenimiento y control

Requisitos de mantenimiento de la ventilación:

• Inspección visual para detectar daños o contaminación de la membrana
• Limpieza periódica de las superficies exteriores
• Pruebas de caudal para verificar el correcto funcionamiento
• Planes de sustitución basados en la exposición medioambiental

Mantenimiento del sistema de drenaje:

• Limpieza periódica de los canales de desagüe y los orificios de drenaje
• Inspección en busca de obstrucciones o daños
• Verificación de los patrones de pendiente y flujo adecuados
• Pruebas de las disposiciones de desbordamiento y drenaje de emergencia

¿Qué papel desempeñan los prensaestopas en el control de la humedad?

Los prensaestopas son componentes fundamentales en los sistemas de control de la humedad, ya que sirven tanto de posibles puntos de entrada de la humedad como de elementos esenciales en las estrategias integrales de prevención de la condensación.

Los prensaestopas desempeñan un papel crucial en la gestión de la humedad, ya que proporcionan el sellado principal contra la entrada de humedad externa a la vez que permiten la transmisión controlada de vapor a través de diseños transpirables especializados, mantienen los índices de protección ambiental a la vez que evitan la acumulación de presión, incorporan sistemas de alivio de tensión que evitan la degradación del sellado por los ciclos térmicos, ofrecen múltiples etapas de sellado que se adaptan a diferentes condiciones ambientales y se integran con los sistemas generales de gestión de la humedad de los armarios a través de materiales y diseños compatibles que admiten estrategias de drenaje y ventilación.

Tecnología de sellado y barreras antihumedad

Sistemas de sellado multietapa:
Los prensaestopas avanzados emplean múltiples etapas de sellado para evitar la entrada de humedad:

• Junta primaria que sujeta la cubierta del cable
• Junta roscada secundaria en la interfaz de la caja
• Sello ambiental que mantiene la clasificación IP
• Sistema de alivio de tensión que evita la degradación de la junta

Selección del material de la junta:

• EPDM para aplicaciones generales con excelente resistencia a la intemperie
• Silicona para temperaturas extremas
• Viton (FKM) para aplicaciones de resistencia química
• NBR para requisitos de resistencia a aceites y combustibles

Tecnología de prensaestopas transpirable

Capacidad de transmisión de vapor:
Los prensaestopas transpirables especializados permiten la salida del vapor de agua al tiempo que mantienen la protección contra el agua líquida:

• Integración de membrana microporosa similar a los tapones de ventilación
• Índices de transmisión de vapor controlados
• Mantenimiento de la clasificación IP para la protección contra líquidos
• Prevención de la acumulación de presión por ciclos térmicos

Diseños específicos para cada aplicación:

• Prensaestopas transpirables estándar para uso industrial general
• Diseños transpirables a prueba de explosiones para ubicaciones peligrosas
• Prensaestopas transpirables de calidad alimentaria para aplicaciones higiénicas
• Diseños marinos para condiciones ambientales adversas

Consideraciones sobre la instalación y la integración

Técnicas de instalación adecuadas:
La correcta instalación de los prensaestopas es esencial para una gestión eficaz de la humedad:

• Especificaciones de par adecuadas para garantizar una estanqueidad óptima
• Selección del sellador de roscas compatible con las condiciones ambientales
• Técnicas de preparación de cables que maximizan la eficacia del sellado
• Consideraciones de orientación para el drenaje y la evacuación de la humedad

Integración de sistemas:
Los prensaestopas deben funcionar en armonía con otros componentes de control de la humedad:

• Compatibilidad con los sistemas de drenaje de los recintos
• Coordinación con la colocación de ventilaciones transpirables
• Integración con estrategias de gestión térmica
• Apoyo a los objetivos generales de protección del medio ambiente

Ciclos térmicos e integridad de las juntas

Estrés inducido por la temperatura:
Los ciclos térmicos generan tensiones mecánicas en las juntas de los prensaestopas:

• Dilatación diferencial entre los materiales del cable y del prensaestopas
• Efectos de bombeo térmico que pueden comprometer las juntas
• Propiedades del material de estanquidad en función de la temperatura
• Efectos de envejecimiento a largo plazo por ciclos repetidos

Estrategias de longevidad de las focas:

• Selección de materiales para la estabilidad térmica
• Características de diseño que permiten el movimiento térmico
• Técnicas de instalación que minimizan la concentración de tensiones
• Programas de mantenimiento que evitan el fallo de las juntas

Prensaestopas	Ventajas del control de la humedad	Consideraciones sobre la aplicación
Sellado multietapa	Protección redundante contra la humedad	Mayor coste, instalación más compleja
Diseño transpirable	Igualación de la presión	Requiere mantenimiento de la membrana
Alivio de tensiones	Evita la degradación de las juntas	Fundamental para aplicaciones móviles
Resistencia química	Integridad de la junta a largo plazo	Esencial para entornos difíciles
Temperatura	Resistencia a los ciclos térmicos	Debe cumplir los requisitos de la solicitud

En Bepto, nuestra cartera de prensaestopas incluye soluciones especializadas de gestión de la humedad diseñadas para funcionar a la perfección con los sistemas de prevención de la condensación de las cajas de empalmes. Nuestros prensaestopas transpirables y nuestras avanzadas tecnologías de sellado ofrecen una protección completa y respaldan las estrategias generales de control de la humedad.

Conclusión

La prevención de la condensación interna en las cajas de empalmes eléctricos requiere un conocimiento exhaustivo de la física de la humedad, los factores ambientales y estrategias de prevención integradas. El éxito depende de la combinación de una ventilación adecuada mediante respiraderos transpirables, sistemas de drenaje eficaces, una selección adecuada de prensaestopas y prácticas de mantenimiento sistemáticas. La inversión en la prevención adecuada de la condensación reporta importantes beneficios gracias a la mejora de la fiabilidad de los equipos, la reducción de los costes de mantenimiento, la mejora de la seguridad y la prolongación de la vida útil del sistema. En Bepto, nos comprometemos a proporcionar soluciones completas de gestión de la humedad que protejan los sistemas eléctricos al tiempo que mantienen la protección medioambiental y la fiabilidad operativa en las condiciones más difíciles.

Preguntas frecuentes sobre la prevención de la condensación en las cajas de conexiones

1. Conozca las causas y los riesgos de seguridad más importantes de los fallos de arco en los circuitos eléctricos. ↩

2. Explore los principios de ingeniería de la psicrometría, que rigen las propiedades del aire húmedo. ↩

3. Descubra cómo los puentes térmicos transfieren el calor y crean puntos fríos que provocan condensación. ↩

4. Conozca el sistema de clasificación de protección contra la penetración (IP) y lo que significan los números para los armarios eléctricos. ↩

5. Descubra cómo se utilizan los revestimientos conformados para proteger los circuitos electrónicos de la humedad y la corrosión. ↩