O que significa realmente IK10 em conjuntos de vidro de cobertura para HMI [Guia]

Compreender a proteção IK10: guia de um fabricante sobre conjuntos de vidro de cobertura para HMI

Antes de comprar vidro de cobertura para um ecrã HMI industrial, é quase certo que já encontrou o termo “IK10” em fichas técnicas e especificações de RFQ. Mas o que significa realmente IK10 para o seu conjunto de vidro de cobertura — e como garantir que o produto acabado passa efetivamente nos ensaios? Este guia analisa a norma de proteção contra impactos IEC 62262 na perspetiva de um fabricante de vidro. Explicamos toda a escala de classificação IK, o ensaio específico que define IK10, os tipos e espessuras de vidro que melhor cumprem este requisito e as decisões de montagem que determinam se o vidro de cobertura da sua HMI resiste a um impacto de 20 joules ou se estilhaça ao ser atingido.

O que é o sistema de classificação IK segundo a IEC 62262?

As classificações IK são classificações internacionais que medem a capacidade de um invólucro resistir a impactos mecânicos externos. Criado pela IEC 62262:2002 (adotada na Europa como EN 62262), o código IK atribui uma classificação de dois algarismos — de IK00 a IK10 — para representar o nível de energia de impacto a que um produto consegue resistir sem falha funcional. Segundo o registo histórico desta norma, o primeiro código IK foi promulgado na norma europeia BS EN 50102 em 1995. Antes da publicação da IEC 62262, os fabricantes acrescentavam por vezes um terceiro algarismo ao código IP (proteção contra a entrada de corpos estranhos e água) para indicar a resistência ao impacto — uma prática não oficial e confusa. A IEC resolveu esta discrepância criando uma norma específica que estabeleceu o seu próprio sistema de numeração de dois algarismos. Segue-se a escala completa de classificação IK, juntamente com a energia de impacto e os parâmetros de ensaio correspondentes: Observe o grande aumento de energia entre IK09 (10 J) e IK10 (20 J) — a classificação normalizada mais elevada duplica o limiar de impacto. Em 2021, a IEC publicou a IK11, de 50 joules, através da Alteração 1 desse ano, mas a IK10 ou uma das suas designações superiores continuam a ser as mais utilizadas nas especificações de ecrãs HMI industriais.

IK10 explicada — a que corresponde realmente um impacto de 20 joules?

Uma classificação IK10 significa que o conjunto de vidro de cobertura consegue suportar um único impacto de 20 joules sem se estilhaçar, fissurar ou perder funcionalidade. O protocolo de ensaio determinado pela IEC 62262 e pela norma complementar IEC 60068-2-75 exige a queda de uma massa de aço de 5 quilogramas, de uma altura de 400 mm sobre o artigo ensaiado — ou, em alternativa, um martelo pendular Charpy calibrado que aplique o mesmo nível de energia à amostra. Em termos práticos, 20 joules equivalem a projetar uma chave pesada contra um painel de visualização com toda a velocidade do braço ou a atingir um ecrã com detritos da fábrica levantados por um empilhador. Cada superfície exposta da amostra é submetida a cinco impactos distintos, em ângulos diferentes — na frente, nas laterais, nos cantos e no topo —, para reproduzir os efeitos de impactos reais, que raramente provêm de uma única fonte fácil de prever. Na nossa fábrica, realizamos ensaios de validação IK10 em amostras de vidro de cobertura antes de enviarmos os lotes de produção para utilização. Estes resultados revelam perigos que as especificações de materiais para laboratório, por si só, não conseguem prever: vias de propagação de lascas a partir das arestas, delaminação do adesivo sob choques repetidos e fraturas por tensão com origem em furos ou cantos de recortes. Uma placa de vidro que parece “resistente” no papel pode falhar ao primeiro impacto do pêndulo se o acabamento das arestas ou o perfil de têmpera não forem ideais.

Porque exigem os ecrãs HMI industriais vidro de cobertura com classificação IK10

Os painéis HMI (interface homem-máquina) são instalados em situações em que os choques físicos são comuns — não constituem um acontecimento imprevisível. Se uma organização optar por uma classificação inferior a IK10 nessas circunstâncias, estará a permitir um ponto de falha cuja correção custa muito mais do que a própria placa. Estes são os principais ambientes de aplicação em que o vidro antivandalismo com classificação IK10 é obrigatório ou altamente recomendável: Some o custo total de uma falha no projeto: vidro de substituição, deslocação do engenheiro, paragem da linha de produção enquanto o painel está inoperacional e responsabilidade por lesões pessoais causadas por fragmentos partidos. Numa instalação exterior, um único ato de vandalismo torna o projeto economicamente inviável, a menos que cada painel tenha IK10 desde o início.

Seleção do material e da espessura do vidro para cumprir a IK10

A obtenção do nível de resistência IK10 começa pela seleção do vidro adequado à aplicação. As duas principais abordagens para reforçar o vidro de cobertura de HMI — têmpera física e reforço químico — comportam-se de forma muito diferente quando o objetivo é resistir a um impacto de 20 joules. Estas são as implicações práticas deste facto: o reforço químico proporciona excelente resistência aos riscos e uma tensão de compressão muito elevada (CS > 450 MPa com profundidade de camada > 8 μm na nossa linha de produção) — mas só é adequado para vidro fino. Quando é necessária proteção contra impactos ao nível IK10, o vidro tem de ser suficientemente espesso para absorver 20 joules, o que geralmente aponta para a têmpera física com um mínimo de 4 mm, sendo 6 mm a dimensão mais habitual para a maioria dos tamanhos de painéis HMI. A escolha do material de base não deve ser descurada. O vidro sodo-cálcico é a opção de vidro de cobertura temperado IK10 mais económica e é adequado para a maioria dos ambientes HMI em máquinas. O aluminossilicato proporciona maior resistência intrínseca — mantendo a IK10 com um perfil mais fino, embora com um custo de material superior. É mais adequado para aplicações em que o peso ou o desempenho óptico são críticos.

Fabricamos regularmente vidro de cobertura com classificação IK10 utilizando substratos sodo-cálcicos e substratos de aluminossilicato. 90% das aplicações IK10 para HMI industriais podem utilizar vidro sodo-cálcico temperado de 6 mm com acabamento adequado das arestas, obtendo desempenho IK10 ao menor custo. — Equipa de engenharia da SW Glass

Como os métodos de montagem do vidro de cobertura afetam o desempenho IK10

Um painel de vidro de cobertura que passa o ensaio IK10 numa bancada de ensaios pode falhar em utilização, dependendo da técnica de montagem. A forma como o vidro de cobertura é colado ao módulo do ecrã e instalado no invólucro determina se o vidro absorve o impacto ou transfere a carga para um ponto fraco, provocando uma fissura. Existem duas estratégias principais de colagem para conjuntos de vidro de cobertura de HMI:

Colagem ótica (OCA/OCR)

A colagem ótica utiliza uma película OCA ou resina líquida OCR para eliminar a folga de ar entre o vidro de cobertura e o LCD ou sensor tátil. A OCA/OCR estende-se por toda a interface, criando um compósito óptico em que o vidro de cobertura e o ecrã funcionam como um único elemento rígido. Em aplicações IK10, a colagem ótica oferece uma clara vantagem mecânica: a energia do impacto distribui-se pelo vidro de cobertura, em vez de se concentrar nos pontos da junta periférica. Esta solução é muito mais resistente ao tipo de impacto aplicado no ensaio IK10.

Montagem com junta (folga de ar)

A montagem com junta fixa o vidro de cobertura ao invólucro através de uma junta periférica de espuma ou borracha. Tem um custo inferior e facilita a assistência no local. No entanto, a folga de ar provoca maior deflexão sob impacto e maior tensão nos pontos de apoio da junta — aumentando a probabilidade de fissuração de uma aresta. Independentemente da forma de montagem do vidro de cobertura, o apoio estrutural do invólucro deve sustentar adequadamente as arestas do vidro. Sob impactos IK10, um vidro de cobertura suspenso, apenas com adesivo junto à moldura, não terá um desempenho tão bom como um vidro de cobertura instalado num canal e apoiado por uma junta nos quatro lados.

Classificações IK10 e IP — proteção complementar para invólucros HMI

As classificações IK e IP protegem contra ameaças diferentes e são regulamentadas por códigos distintos. O código IP (proteção contra a entrada de corpos estranhos e água) segundo a IEC 60529 determina a proteção contra a entrada de poeira e água. O código IK (IEC 62262) determina a proteção contra impactos mecânicos. Nenhum dos códigos substitui o outro — um invólucro com classificação IP67 pode ainda ter um vidro de cobertura que fissura ao ser atingido por uma chave, e um painel com classificação IK10 pode ainda deixar entrar água através de juntas não seladas. As classificações IP e IK são normalmente especificadas em conjunto para instalações HMI industriais. Algumas das combinações IP + IK encontradas com maior frequência nas especificações dos clientes são: Ao especificar vidro de cobertura para um invólucro com dupla classificação, o próprio vidro contribui sobretudo para a classificação IK. A proteção IP depende do sistema de selagem — juntas, cordões de adesivo e O-rings em torno do perímetro do vidro. A colagem ótica resolve ambos os problemas — elimina a folga de ar interna (suprimindo uma possível via de entrada de água) e aumenta simultaneamente a rigidez ao impacto.

Como especificar vidro de cobertura IK10 para o seu projeto HMI

Ao apresentar um RFQ para vidro de cobertura IK10, o nível de detalhe da especificação determinará diretamente se a primeira amostra passa nos ensaios ou se serão necessários vários ciclos de revisão. Segue-se a lista de verificação de especificações que a nossa equipa de engenharia recomenda para qualquer aplicação de vidro de cobertura IK10:

• ✔ Tipo e espessura do vidro: especifique vidro sodo-cálcico temperado ou aluminossilicato, com a espessura exata (por exemplo, 6 mm ± 0,2 mm). Indique se também é necessário reforço químico.
• ✔ Dimensões e tolerâncias: indique C × L em mm, com o intervalo de tolerância. Inclua o raio dos cantos, o perfil das arestas (desbastadas, polidas ou arredondadas) e quaisquer requisitos de chanfro.
• ✔ Furos, recortes e entalhes: todas as características CNC devem ser concluídas antes da têmpera. Forneça um desenho cotado com as tolerâncias de posição de cada característica.
• ✔ Tratamentos de superfície: especifique revestimentos AG (antiencandeamento), AR (antirreflexo) ou AF (antidedadas). Indique se o revestimento é aplicado antes ou depois da têmpera e em que superfície ou superfícies.
• ✔ Impressão serigráfica: defina a cor ou cores da tinta, as dimensões da área de impressão, o número de camadas e quaisquer requisitos relativos a logótipos ou ícones. A impressão da moldura é comum no vidro de cobertura para HMI, para enquadrar a área ativa do ecrã.
• ✔ Método de colagem: indique se o vidro será colado opticamente (OCA/OCR), montado com junta ou colado com fita adesiva. Isto afeta os requisitos de tolerância das arestas e a largura mínima da moldura.
• ✔ Classificações IK e IP pretendidas: indique ambas explicitamente. Se o projeto do invólucro já estiver concluído, forneça o respetivo desenho para que o fabricante do vidro possa verificar se a geometria de montagem permite o desempenho IK10.

A omissão de qualquer um destes elementos na fase de RFQ acrescenta normalmente 1-2 ciclos de revisão das amostras — cada um com um prazo de entrega adicional de 2-3 semanas num projeto convencional de vidro personalizado. Quanto mais completa for a especificação, mais cedo receberá um vidro de cobertura pronto para produção que passe no ensaio IK10.

Perguntas frequentes