Cumplimiento de las normas de defensa: especificación de carcasas de fundición a presión fiables para aplicaciones militares
PROTEGE TUS DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DE CAMPO DE BATALLA
Cuando se diseñan dispositivos electrónicos para uso militar en primera línea, una carcasa de aluminio fundido a presión no es solo una caja: es un escudo estructural, térmico, electromagnético y ambiental entre tus circuitos y un entorno hostil decidido a destruirlos.
Tanto si tu dispositivo se encuentra dentro de un tanque Challenger 2, de un destructor Tipo 45 o lo lleva un soldado de infantería que avanza con dificultad bajo una lluvia torrencial, la carcasa desempeña un papel clave en la supervivencia de tus componentes electrónicos, su disponibilidad operativa y el coste total de su ciclo de vida.
A continuación, en esta entrada del blog, te ofrecemos:
- una visión de lo que se considera «bueno» en las carcasas de aluminio fundido a presión para aplicaciones de defensa
- las normas que realmente importan
- las características que distinguen a un equipo fiable de algo que acaba abandonado en los almacenes.
COMBATE A LAS VIBRACIONES
Es tentador imaginar que un dispositivo electrónico instalado en un vehículo llevará, de alguna manera, una vida privilegiada y protegida. Pero no es así: los vehículos pesados con orugas transmiten vibraciones de banda ancha con una energía significativa por debajo de los 200 Hz y un molesto contenido de altas frecuencias procedente del impacto de las orugas y los armónicos del motor.
Los vehículos con ruedas no son más suaves —solo diferentes—: su excitación está dominada por las entradas de los neumáticos y la transmisión, y se ve interrumpida por los golpes de los baches y los impactos contra los bordillos. La carcasa debe transformar esas entradas en tensiones que su placa de circuito impreso, sus uniones soldadas y sus conectores puedan soportar.
Para los programas del Reino Unido, deberá cumplir con los regímenes ambientales alineados con las pruebas de choque y vibración MIL-STD-810H del Departamento de Defensa de EE. UU. y, a menudo, con los exigentes requisitos de la norma DEF STAN 00-35.
Y si sus componentes electrónicos se instalan a bordo de buques, deberá cumplir requisitos adicionales de la norma MIL-STD-167-1A para vibraciones y de la norma MIL-DTL-901E para impactos de intensidad media y alta. Estas pruebas se han diseñado teniendo en cuenta las condiciones reales de las salas de máquinas y las explosiones submarinas. Una caja que parece sobredimensionada en el modelo CAD suele quedar perfecta en un destructor tras su primera prueba de choque.
ESPECIFICA LA PROTECCIÓN CONTRA LA INGRESIÓN ADECUADA
Después de la resistencia, el segundo requisito imprescindible para la electrónica de defensa es el sellado frente a las inclemencias ambientales. Los dispositivos deben soportar habitualmente el polvo en suspensión, el vapor de gasóleo y la niebla salina. Las carcasas se limpian con mangueras contra incendios y, a menudo, se exponen a altas temperaturas o a heladas en condiciones climáticas adversas.
La protección contra la entrada de agua y polvo IP 67 es un punto de partida razonable para la mayoría de las carcasas de vehículos terrestres, y cada vez es más frecuente que se exija la clasificación IP 68 en entornos en los que es probable que se produzca una inmersión a más de un metro de profundidad. Se recomienda la clasificación IP 69K para carcasas que vayan a someterse regularmente a limpieza con chorro a alta presión.
Sin embargo, alcanzar y mantener esos índices de protección IP es más complejo que limitarse a especificar una junta. La interfaz de fundición a presión debe presentar una superficie de sellado plana y continua, con un acabado superficial controlado y una anchura suficiente para la junta elegida. La tapa debe ser lo suficientemente resistente como para garantizar que se mantenga una compresión adecuada tras los ciclos térmicos.
Las cajas aluDOOR de gama alta de ROLEC (que se muestran arriba), que cuentan con bisagras integradas de gran resistencia, cumplen con los grados de protección IP 66, IP 67, IP 68 e IP 69K. Esta avanzada caja fue galardonada en los Premios Alemanes a la Innovación.
MANTENER EL APANTALLAMIENTO EMC EN CONDICIONES ADVERSAS
Un apantallamiento eficaz contra las interferencias electromagnéticas es esencial en el campo de batalla moderno de alta tecnología. Considera la posibilidad de utilizar una vía independiente y paralela para el sellado frente a las inclemencias ambientales, de modo que no dependas de un único material para realizar dos funciones diferentes durante años y años. La verdadera prueba consiste en comprobar en qué medida el diseño mecánico garantiza el cumplimiento de la norma MIL-STD-461G y de las expectativas más amplias sobre los efectos del entorno electromagnético establecidas en la norma MIL-STD-464C.
Los acoplamientos electrolíticos son el enemigo: los elementos de fijación de acero inoxidable que se insertan en aluminio necesitan aislamiento o acabados y lubricantes adecuados. Las juntas conductoras deben ser compatibles con la aleación y el acabado para evitar la corrosión galvánica, especialmente en el ámbito naval. Las cajas conFORM y conTROL de ROLEC cuentan ambas con blindaje EMC integrado, sin necesidad de una junta EMC separada (y normalmente frágil). Ambas carcasas tienen clasificación IP 66, IP 67 y NEMA 4.
conFORM tiene una parte superior plana y lisa (como se muestra arriba).
conTROL cuenta con una parte superior muy empotrada para proteger los mandos (como se muestra arriba).
EN EL CALOR (Y EL FRÍO) DE LA BATALLA
La gestión térmica es el tercer aspecto clave a tener en cuenta. El aluminio tiene una excelente conductividad térmica, pero esto solo resulta útil si se proporciona una vía de baja resistencia desde las fuentes de calor hacia las paredes o la base y, de ahí, al entorno.
En la torreta de un tanque, sometida a la radiación solar y con una convección mínima, hay que tener en cuenta que la superficie exterior puede estar más caliente que el interior. Plantéate utilizar un difusor térmico interno o una placa base integrada. Utiliza rellenos térmicos adaptables para unir los componentes con la tapa o la base, y mecaniza unas superficies de disipación térmica en la pieza fundida.
Puede que te sientas tentado a considerar aletas de refrigeración externas, pero ten cuidado. Pueden obstruirse durante el uso todoterreno. Y en los sistemas electrónicos a bordo de los buques, en los espacios de maquinaria, las aletas pueden crear puntos de goteo bajo las fugas del techo. Además, ten en cuenta el efecto de la pintura. Los recubrimientos navales —o un recubrimiento resistente a agentes químicos (CARC) en vehículos militares— pueden aumentar la resistencia térmica. Tenlo en cuenta en tu análisis de la trayectoria del calor.
ESPECIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES ADECUADAS
La elección de los materiales y los acabados marca la diferencia entre las carcasas que solo duran cinco años y las que aguantan dos décadas. En el mundo de la fundición a presión, la LM24/A380 es la aleación más utilizada por su resistencia y facilidad de fundición. La LM6/A413 ofrece una mayor resistencia a la corrosión y suele ser la opción elegida para aplicaciones navales o para cualquier elemento expuesto a las agresivas sales de deshielo que se utilizan en aeródromos y terminales ferroviarias.
Si necesita propiedades mecánicas en un amplio rango de temperaturas —como, por ejemplo, para un sintonizador de antena montado en cubierta que pasará el invierno al norte del Círculo Polar Ártico—, considere una aleación tratable térmicamente y un proceso T6 posterior a la fundición, pero tenga en cuenta la estabilidad dimensional y la porosidad.
En cuanto a los acabados, el recubrimiento de cromato hexavalente está desapareciendo, y con razón. Especifique un recubrimiento de cromato trivalente —según la norma MIL-DTL-5541 Tipo II, Clase 3, o un proceso equivalente que cumpla con la directiva RoHS— para proporcionar una superficie de unión conductora y de baja resistencia bajo la pintura y en las interfaces de compatibilidad electromagnética (EMC).
El anodizado duro según la norma MIL-A-8625 Tipo III es excelente para resistir el desgaste y la corrosión, pero es menos conductor. Cuando se necesite tanto protección contra el desgaste como compatibilidad electromagnética (EMC), se pueden enmascarar las líneas de unión o recubrir con una fina capa de níquel químico sobre las zonas de contacto.
Las capas de acabado deben adaptarse a la aplicación: sistemas CARC para vehículos terrestres, sistemas de pintura naval homologados para uso a bordo de buques y recubrimientos en polvo resistentes a los rayos UV para dispositivos portátiles que pasan toda su vida útil al aire libre. No se debe confiar en la pintura como vía de EMC, ni esperar que ningún recubrimiento compense un acabado deficiente de la pieza fundida: las mejores juntas de EMC son las de metal desnudo y limpio bajo la junta de estanqueidad.
SUPERVIVENCIA EN UN MUNDO SIN CONCESIONES
Recuerde que puede ser necesario cambiar las unidades en condiciones meteorológicas adversas. Conviene especificar cajas con instalación de «tapa cerrada», lo que permite instalar o retirar las carcasas sin alterar la junta de protección contra la entrada de agua.
En plataformas navales, especifica bisagras o correas de sujeción en todas las tapas para evitar que las piezas críticas desaparezcan en los espacios de sentina. Los números de referencia, los límites de par y los intervalos de sustitución de las juntas deben estar moldeados, grabados o marcados con láser en la carcasa, de modo que la información perdure aunque los manuales se pierdan en el fragor de las operaciones.
La gestión de los cables debe formar parte del diseño de la carcasa, no ser una cuestión secundaria. Una buena carcasa de fundición a presión debe contar con entradas de cable en ángulos que eviten radios de curvatura muy cerrados. Debe proporcionar soportes o abrazaderas integrados que aíslen las carcasas de los conectores de la tensión del cable, y debe canalizar la alimentación y la señal para minimizar el acoplamiento.
En un bastidor de radio de un vehículo, su unidad puede estar situada junto a amplificadores de alta potencia. Por lo tanto, coloque la entrada de alimentación bien alejada de la sensible sección frontal de RF y considere una carcasa de doble cámara (como la que se muestra arriba), como la aluTWIN (IP 66, IP 67), que ofrece la protección de una pared interna.
Planifique la terminación del apantallamiento trenzado en la carcasa trasera del conector o inmediatamente fuera de ella, y especifique un perno de puesta a tierra que se conecte al esquema de puesta a tierra del vehículo de acuerdo con el plan de conexión de la plataforma. En muchos vehículos militares, el régimen de conexión y puesta a tierra está controlado y sometido a auditorías; crear un punto para una cinta de puesta a tierra es más rápido y más rentable en CAD que sobre el terreno con un taladro.
CARCASAS RESISTENTES PARA EQUIPOS PORTÁTILES DESTINADOS AL PERSONAL DE SERVICIO
En el caso de los equipos portátiles, las prioridades cambian en proporción más que en naturaleza. Un controlador portátil o un instrumento de prueba que lleve un soldado puede tener que soportar caídas, un manejo constante con las manos mojadas y enguantadas, y cargas torsionales inesperadas (como cuando se utiliza como palanca improvisada).
El aluminio fundido a presión sigue siendo una opción excelente para las carcasas de dispositivos portátiles, pero la ergonomía y la gestión de impactos son fundamentales. Especifica una carcasa con esquinas redondeadas y paredes lo suficientemente gruesas como para permitir el acoplamiento roscado y la distribución de la energía de impacto, pero con muescas en las zonas no críticas para reducir la masa.
En cuanto al sellado, el grado IP 67 vuelve a ser un objetivo razonable, pero hay que tener en cuenta que los dispositivos portátiles soportan cambios repetidos de batería, inserciones de conectores y limpiezas de lentes. Y recuerde: los requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC) no se relajan por el mero hecho de que una unidad sea portátil; sigue siendo necesario contar con vías conductoras a lo largo de las líneas de unión, y debe especificarse el uso de recubrimientos conductores o capas de conversión bajo la capa superior.
Cuando haya pantallas, busca una carcasa con un hueco generoso: un borde de cristal que sobresalga se astilla al primer contacto con un rack de equipos. Las pruebas de caída y de resistencia a los golpes funcionales según el método 516 de la norma MIL-STD-810H siguen siendo el punto de referencia; prueba la unidad con usuarios que lleven guantes y sobre superficies rugosas, no solo sobre alfombrillas de goma en un laboratorio.
La elección de los conectores y la interfaz de usuario es más importante en los dispositivos portátiles que en cualquier otro tipo de dispositivo. Elige controles táctiles que se puedan manejar con guantes de invierno y que estén protegidos por carcasas de fundición a presión; empotra los puertos de carga y de datos y considera soluciones magnéticas con pines pogo detrás de puertas selladas si el caso de uso lo permite.
La distribución del peso depende de la fundición y la arquitectura interna. Coloca las placas de circuito impreso y las pantallas de forma que el centro de gravedad esté cerca de la empuñadura, no de la parte delantera, para que el usuario pueda sujetar el dispositivo con firmeza mientras se desplaza a gran velocidad por terrenos irregulares.
Por último, diseña tu dispositivo pensando en la vida útil que esperas… y ten en cuenta la que no esperas. Algunos vehículos del ejército, buques de guerra de la Armada y embarcaciones auxiliares pueden permanecer en servicio mucho más tiempo del previsto inicialmente. Es posible que la carcasa de tu dispositivo se abra y se vuelva a sellar más veces de las que esperas; se colocarán juntas de repuesto en medio de una tormenta de arena; los elementos de fijación se apretarán con llaves de impacto. Etiqueta todo con claridad. Incluye códigos QR de gran tamaño como accesos directos al manual técnico y coloca el punto de puesta a tierra donde un técnico bajo presión (o bajo fuego enemigo) pueda alcanzarlo.
CARCASAS ROLEC PARA ELECTRÓNICA DE DEFENSA
Como especialista en cajas con amplia experiencia y una larga trayectoria en innovación, ROLEC puede suministrar cajas a medida que cumplen con los más altos estándares militares.
Entre las opciones se incluyen recubrimientos en polvo de alta resistencia a la intemperie (F9) con homologaciones WIWeB y recubrimientos de camuflaje para aplicaciones militares. El recubrimiento en polvo de poliéster de alta calidad 5936 está disponible en los colores estándar RAL 6031-F9 verde bronce, RAL 1039-F9 beige arena, RAL 8027-F9 marrón cuero y RAL 9021-F9 negro alquitrán.
Estos colores ofrecen un excelente camuflaje en el rango espectral visible y del infrarrojo cercano. Disponibles tanto en recubrimientos en polvo como en pintura líquida, cumplen todos los requisitos militares, incluida la norma de equipamiento de defensa (VG 95211).
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ROLEC puede suministrar cajas adaptadas a sus necesidades específicas. Los servicios incluyen mecanizado CNC, grabado, procesamiento por láser, recubrimiento en polvo, pintura, impresión digital, serigrafía, blindaje EMC, ventanas transparentes para pantallas y montaje de accesorios.
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