ISO 20653.

ISO 20653 es la norma internacional que define los grados de protección IP (penetración) específicamente para vehículos de carretera. Mientras que IEC 60529 establece el marco general del código IP utilizado en todos los equipos eléctricos, ISO 20653 adapta y amplía ese marco para las condiciones ambientales más severas a las que se enfrentan los equipos montados en vehículos: lavado con chorro a presión, limpieza con chorro a alta temperatura, niebla salina, polvo cargado de residuos de la carretera y exposición prolongada a agua estancada.

ISO 20653 es el dialecto del código IP propio de los vehículos de carretera. Utiliza la misma estructura de dos dígitos que IEC 60529, pero añade condiciones de ensayo específicas para vehículos, introduce un dígito adicional para la aplicación en el vehículo y hace referencia al ensayo de chorro a alta temperatura y alta presión IPX9K, que ahora también se utiliza ampliamente fuera del sector de la automoción.

Alcance

ISO 20653 especifica los grados de protección que proporcionan las envolventes de los equipos eléctricos instalados en vehículos de carretera: turismos, vehículos comerciales, equipos todoterreno y vehículos de dos ruedas motorizados. Se aplica a los componentes montados en el compartimento del motor, en el chasis, en los bajos, en los pasos de rueda, en la superficie exterior y en el interior del vehículo.

La norma no especifica qué grado de protección IP debe alcanzar un componente concreto; esa decisión corresponde al fabricante del vehículo, al integrador de sistemas o a la especificación OEM correspondiente. ISO 20653 define cómo se realiza el ensayo y qué significa cada dígito en el contexto de los vehículos de carretera.

Estructura del código IP

El código IP de ISO 20653 utiliza el mismo formato de dos dígitos que IEC 60529, con una letra opcional para la zona de aplicación en el vehículo:

IP X X K
   │ │ │
   │ │ └─ Optional supplemental letter (K = additional jetting per §3.5)
   │ └─── Second digit: protection against liquid ingress (0 to 9K)
   └───── First digit: protection against solid foreign objects (0 to 6)

Primer dígito: protección contra objetos sólidos

El primer dígito sigue la convención de IEC 60529 con condiciones de ensayo específicas para vehículos en las categorías estancas al polvo.

• IP0X: sin protección
• IP1X a IP4X: exclusión progresivamente menor de objetos sólidos
• IP5X: protegido contra el polvo; se permite cierta penetración de polvo, pero no puede afectar al funcionamiento
• IP6X: estanco al polvo; sin penetración de polvo

Para las categorías 5 y 6, las condiciones de ensayo en cámara de polvo incluyen ciclos de vacío apropiados para la electrónica montada en vehículos, donde se producen cambios de presión durante el funcionamiento.

Segundo dígito: protección contra la penetración de líquidos

Aquí es donde ISO 20653 se aparta de forma más significativa de IEC 60529, en particular en el extremo superior de la escala.

• IPX0: sin protección
• IPX1, IPX2: caída vertical de agua y con ligera inclinación
• IPX3: agua pulverizada desde ángulos definidos
• IPX4: salpicaduras de agua desde cualquier dirección
• IPX4K: salpicaduras de agua con mayor presión (específico para vehículos)
• IPX5: chorros de agua a baja presión desde cualquier dirección
• IPX6: chorros de agua potentes desde cualquier dirección
• IPX6K: chorros de agua potentes a mayor presión que IPX6 (específico para vehículos)
• IPX7: inmersión temporal (profundidad definida, duración definida)
• IPX8: inmersión continua (condiciones definidas por el fabricante, más severas que IPX7)
• IPX9K: chorro de agua a alta temperatura y alta presión

El ensayo IPX9K es la característica más distintiva de ISO 20653. Simula las condiciones de limpieza con vapor a alta presión y alta temperatura utilizadas en el lavado de vehículos comerciales y en la limpieza de los compartimentos del motor.

Condiciones IPX9K según ISO 20653 §5.2: agua a 80 °C ± 5 °C, presión de 80 a 100 bar, caudal de 14 a 16 L/min, distancia de boquilla de 100 a 150 mm, cuatro ángulos de boquilla, 30 s de exposición por ángulo.

Métodos de ensayo

Ensayo de polvo (IP5X, IP6X)

• Equipos: cámara de polvo con talco según una distribución granulométrica definida
• Procedimiento: muestra sellada en la cámara con circulación controlada de polvo; pueden aplicarse ciclos de vacío para los componentes de categoría 6
• Duración: definida según la categoría y el tipo de componente
• Aceptación: inspección visual tras el ensayo; para IP6X, no se permite ninguna penetración de polvo

Ensayo de agua: IPX3 a IPX6K

Estos ensayos utilizan boquillas de pulverización, tubos oscilantes y boquillas de chorro definidos con geometrías, caudales y presiones específicos.

• IPX3, IPX4: tubo oscilante o boquilla de pulverización, con caudal de agua controlado sobre orientaciones definidas de la muestra
• IPX4K: pulverización con presión elevada respecto a IPX4
• IPX5, IPX6: boquilla de chorro de mano con diámetro interior definido, aplicada a todas las superficies de la muestra desde la distancia especificada
• IPX6K: mayor presión que IPX6, específico para vehículos

Ensayo de inmersión: IPX7 e IPX8

• IPX7: muestra sumergida en agua dulce a la profundidad y durante la duración especificadas
• IPX8: condiciones de inmersión más severas definidas por el fabricante: profundidad, duración, composición del agua o las tres

Chorro a alta presión y alta temperatura: IPX9K

Este es el ensayo emblemático de ISO 20653. El ensayo simula los equipos de limpieza con vapor a alta presión utilizados en vehículos comerciales y compartimentos del motor.

• Equipos: utillaje de chorro IPX9K especializado con cuatro boquillas de chorro en abanico
• Ángulos de boquilla: 0°, 30°, 60° y 90° respecto a la muestra
• Rotación de la muestra: rotación continua durante el ensayo
• Condiciones: agua a 80 °C ± 5 °C, presión de 80 a 100 bar, caudal de 14 a 16 L/min, distancia de boquilla de 100 a 150 mm, cuatro ángulos de boquilla, 30 s por ángulo (ISO 20653 §5.2).
• Aplicación: obligatorio o recomendado para muchos componentes del exterior del vehículo y del compartimento del motor

Aplicabilidad

• Interior de la cabina, cableado no expuesto: IP4X a IP5X / IPX0 a IPX2
• Suelo de la cabina, zonas de reposapiés: IP5X / IPX4
• Bajos, paso de rueda: IP6K / IPX6K a IPX9K
• Compartimento del motor: IP6K / IPX7 a IPX9K
• Carrocería exterior, conjuntos de faros: IP6K / IPX6 a IPX9K
• Componentes sumergibles (p. ej. sensores de vadeo): IP6K / IPX8 a IPX9K

El grado específico requerido para un componente determinado lo establece normalmente el OEM del vehículo o la especificación de la plataforma.

Normas relacionadas

• IEC 60529: código IP general; ISO 20653 se basa en este marco y hace referencia a muchas de sus definiciones
• ISO 16750: condiciones ambientales y ensayos de vehículos de carretera; plan de ensayo ambiental más amplio que hace referencia a la protección IP junto con la vibración, la temperatura y la CEM
• DIN 40050-9: norma alemana anterior para la protección IP de vehículos; sustituida pero aún referenciada en especificaciones heredadas; introdujo la geometría del ensayo IPX9K
• SAE J1455: equivalente norteamericano para los requisitos ambientales de componentes de vehículos de servicio pesado; utiliza un marco IP similar con adaptaciones
• MIL-STD-810 Method 506 (lluvia): ensayo de lluvia del ámbito de defensa, marco paralelo pero con geometrías diferentes
• IEC 60068-2-18: métodos de ensayo de agua utilizados en algunas cadenas de cualificación a nivel de componente

Implicaciones de ingeniería

La conformidad con ISO 20653 rara vez se reduce a un único fallo de sellado: pone de manifiesto problemas de diseño y montaje que es más fácil abordar antes del utillaje que después.

Modos de fallo habituales atribuibles a decisiones de diseño:

• Sellado de conectores: orientación del conector, vías de drenaje, selección de juntas y tolerancia de acoplamiento
• Membranas de ventilación: respiraderos de compensación de presión que fallan bajo el impacto del chorro IPX9K
• Prensaestopas de entrada de cable: geometría del aliviador de tracción, material de la cubierta del cable, preparación de la superficie de sellado del prensaestopas
• Líneas de unión de la envolvente: geometría de la ranura de la junta tórica, tolerancia de deformación remanente por compresión, par de apriete de los elementos de fijación
• Recubrimiento conformado de la PCB: cobertura de los conectores de pines, contactos de borde y terminales de los componentes frente a la exposición al agua a alta presión

Para los componentes del exterior del vehículo y del compartimento del motor, una campaña de ensayos IP de preconformidad en la etapa de prototipo suele revelar los modos de fallo de mayor riesgo antes de invertir en utillaje, cuando la acción correctiva todavía resulta asequible en el diseño en lugar de en un cambio de proceso.