Diseño de PCB para servicios de agua
La electrónica para servicios de agua falla de formas que un prototipo de banco nunca muestra: condensación bajo el recubrimiento conformal, ingreso de agua por un prensaestopas o un bucle de masa galvánico entre un sensor enterrado y una placa de medición alimentada. Diseñamos PCBs sumergibles y de servicio en húmedo desde la estrategia de encapsulado y sellado hacia dentro, de modo que la placa se construye para la arqueta, el pozo o el cárcamo donde realmente vivirá.
Challenges specific to Water Utilities
La condensación destruye las placas selladas
Una carcasa nominalmente estanca respira con los cambios de temperatura día/noche, aspira aire húmedo y condensa agua directamente sobre la PCB aunque no haya entrado nada por una fuga.
Los prensaestopas son la verdadera vía de fuga
Las placas sobreviven, pero las entradas de cable no: el agua asciende por capilaridad a lo largo del alma del conductor trenzado, pasa el prensaestopas y se cuela en la carcasa por el propio cable.
Los bucles de masa corroen sensores enterrados
Unos pocos milivoltios de potencial entre la masa de la placa de medición y una sonda sumergida impulsan una corriente galvánica que devora el electrodo del sensor y desvía las lecturas a lo largo de los meses.
La presión aplasta los módulos encapsulados
Los despliegues en pozos profundos y depósitos sufren presión hidrostática que deforma los huecos del encapsulado barato, fractura uniones de soldadura y delamina recubrimientos conformales bajo carga cíclica.
Los lazos 4-20mA captan ruido de bombas
Los largos tendidos de sensor cerca de bombas accionadas por VFD inyectan ruido en modo común que corrompe las lecturas de nivel y caudal si el front-end analógico no está aislado galvánicamente.
El cloro y el biofilm atacan el cobre
El cloro residual, la desgasificación de H2S en cárcamos y el biofilm crean un microambiente corrosivo que levanta pads y hace crecer dendritas sobre el cobre expuesto en una sola temporada.
How GizanTech solves them
- Encapsulado epoxi bicomponente sin huecos. Especificamos encapsulado epoxi o poliuretano bicomponente desgasificado al vacío y ajustado a la carga térmica de la placa, eliminando huecos para que la condensación no tenga superficie donde formarse y las uniones no soporten presión hidrostática.
- Sellado IP68 y barrera en el prensaestopas. Diseñamos para IP68 con barreras de encapsulado en la entrada de cable y conductores sellados individualmente, de modo que aunque el agua ascienda por el alma de un cable se detiene en una barrera de epoxi antes de alcanzar el cobre vivo.
- Aislamiento galvánico de front-ends de sensor. Las sondas sumergidas reciben front-ends de ADC aislados con DC-DC aislado y aisladores digitales, rompiendo el camino de DC que provoca la corrosión del electrodo y rechazando el ruido en modo común del lado de la bomba.
- Stackup y uniones tolerantes a la presión. Usamos cobre más grueso, pads en lágrima y una disposición flexible de componentes para que los conjuntos encapsulados toleren la presión hidrostática cíclica hasta la profundidad nominal sin fractura de soldadura ni delaminación del recubrimiento.
- Interfaces aisladas de lazo 4-20mA / RS-485. Las interfaces industriales de lazo y bus van aisladas y protegidas contra sobretensiones según IEC 61000-4-5, de modo que el ruido del VFD y los largos tendidos enterrados no corrompen la telemetría de nivel, caudal o presión.
- Acabados y recubrimientos endurecidos a la corrosión. Especificamos acabado ENIG, ensamblaje no-clean y recubrimiento conformal de Parylene o acrílico bajo el encapsulado para resistir el cloro, el H2S y el crecimiento de dendritas por biofilm en arquetas húmedas.
| Regla de diseño | Objetivo | Modo de fallo en servicio de agua | Acción de diseño |
|---|---|---|---|
| Encapsulado / encapsulación | Epoxi bicomponente sin huecos, relleno total de la placa | Los huecos atrapan aire, condensan agua y luego agrietan uniones bajo ciclado térmico | Desgasificar el encapsulado al vacío; igualar el CTE a la placa; diseñar para encapsulación total |
| Sellado IP68 | IP68, inmersión >=1m / 24h | Prensaestopas y juntas admiten el agua que la presión de respiración aspira hacia dentro | Barrera de encapsulado en la entrada de cable, juntas con sellado y conductores sellados individualmente |
| Tolerancia a la presión | Nominal según la columna de despliegue (p. ej. 3 bar / pozo de 30m) | La columna estática deforma huecos del encapsulado, fractura soldadura y delamina recubrimiento | Cobre más grueso, pads en lágrima, disposición flexible, relleno sin huecos |
| Aislamiento del front-end de sensor | Aislamiento galvánico >=1.5kV, DC-DC aislado | El ruido en modo común de bomba/VFD y el offset de DC corrompen lecturas analógicas | ADC aislado + aisladores digitales + alimentación aislada en el raíl de la sonda |
| Control de bucles de masa | Masa de punto único, offset sonda-placa <5mV | La corriente galvánica corroe electrodos enterrados y desvía la telemetría | Romper el camino de DC con aislamiento; tierra de punto único; sin retorno analógico compartido |
| Sobretensión / EMC | Sobretensión IEC 61000-4-5, ESD IEC 61000-4-2 | Sobretensiones de conmutación de bombas y rayos en largos tendidos enterrados queman las entradas | TVS + descargador de gas en entradas de lazo/bus; interfaces aisladas y con fusible |
Custom PCB Design for other industries
Frequently asked questions
¿Pueden diseñar una placa que sobreviva sumergida por completo en un pozo?
Sí. Diseñamos conjuntos encapsulados con grado IP68 validados frente a la presión hidrostática de su profundidad de despliegue, con barreras en la entrada de cable para que el agua no pueda ascender por capilaridad a lo largo del alma de los conductores.
¿Cómo evitan la condensación dentro de una carcasa sellada de contador de agua?
Eliminamos el hueco de aire con encapsulado sin huecos para que no haya ninguna superficie interna donde el agua pueda condensar, y donde se requiere ventilación especificamos membranas hidrófobas transpirables.
¿Por qué mis sensores de nivel enterrados se corroen y derivan?
Casi siempre es un bucle de masa. Aislamos el front-end del sensor para que no fluya ninguna corriente galvánica de DC entre la sonda y la placa, lo que detiene la corrosión del electrodo y la lenta deriva de lectura que provoca.
¿Gestionan interfaces 4-20mA y RS-485 para integración con SCADA?
Sí. Diseñamos interfaces aisladas y protegidas contra sobretensiones 4-20mA, RS-485 y Modbus según IEC 61000-4-5, de modo que el ruido del VFD de las bombas y los largos tendidos no corrompan la telemetría hacia su SCADA.
¿Qué recubrimiento conformal usan para entornos con cloro y H2S?
Normalmente especificamos recubrimiento conformal de Parylene o acrílico bajo encapsulado total, con acabados ENIG y ensamblaje no-clean, para resistir el cloro, el H2S y el crecimiento de dendritas impulsado por biofilm.