Le unità rack: come sfruttare al meglio gli involucri e gli armadi per l'elettronica

Le unità rack possono non essere esteticamente accattivanti, ma supportano dal punto di vista sia fisico che funzionale i componenti elettronici che rendono possibile le operazioni. Mentre gli ingegneri innovano server, apparecchiature di test, hub di connettività e altro, unità rack standardizzate come quelle di Hammond Manufacturing alloggiano in modo affidabile i componenti elettronici utilizzando lo spazio limitato in modo efficiente. Una rapida introduzione alla logica interna delle unità rack fornisce ai tecnici le competenze necessarie per scegliere le unità e gli accessori necessari per il loro progetto.

L'aritmetica dei rack

I tecnici che misurano i loro componenti per l'installazione in un sistema rack devono acquisire familiarità con un'altra unità di misura: l'unità rack. Abbreviata in U e pari a 44,45 mm (o 1,75"), questa unità di misura sostituisce i millimetri (o i pollici) nelle descrizioni delle dimensioni dei rack.

Le unità rack sono pubblicizzate in base allo spazio massimo utilizzabile per il montaggio sulle guide interne. Ad esempio, la serie RCK di armadi rack di Hammond (Figura 1) è larga 61 cm, ha una profondità di 63,5 o 81,3 cm ed è disponibile in sei altezze che vanno da 67 a 198,1 cm. Le dimensioni utilizzabili sono 48,3 cm (ovvero 19") di larghezza, 57,3 o 75 cm di profondità e da 53,3 a 186,7 cm di altezza. Utilizzando la definizione di dimensione U di cui sopra, gli armadi hanno un'altezza compresa tra 15U e 44U con uno spazio di montaggio utilizzabile compreso tra 12U e 42U (la cifra di merito da considerare quando si specifica un sistema rack).

Figura 1: Gli armadi rack della serie RCK sono realizzati in acciaio con rivestimento in polvere di spessore 16. Le guide di montaggio ottimizzano l'uso dello spazio disponibile, che va da 12U a 42U. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

Le guide rack, come quelle fornite con gli armadi serie RCK, sono dotate di fori filettati #10-32 distanziati ogni 15,9 mm per accogliere componenti rack di dimensioni di multipli di 1U, in conformità allo standard EIA-310D dell'Electronic Components Industry Association (ECIA). Gli armadi serie RCK sono realizzati in acciaio con rivestimento in polvere di spessore 16, con un design autoallineante che garantisce l'inserimento dei componenti come da progetto, consentendo l'accoppiamento degli armadi.

Oltre a essere disponibili in sei altezze e due profondità, gli armadi rack serie RCK hanno molte altre opzioni disponibili per l'ordinazione. È possibile specificare sportelli pieni, con prese d'aria o finestra oscurata, scegliere la posizione delle prese d'aria, dei fori per la gestione dei cavi e delle ventole incorporate, nonché aggiungere piedini, rotelle, fermacavi e messa a terra elettrica.

Contenere e proteggere i componenti elettronici

Per progettare un sistema a rack, occorre partire dal motivo per il quale è necessario un sistema a rack, ovvero l'involucro o gli involucri che contengono i componenti elettronici principali. Gli involucri per componenti elettronici, come quelli della serie RM di Hammond Manufacturing (Figura 2), sono progettati per contenere e proteggere i delicati componenti elettronici utilizzando alluminio leggero ma resistente.

Figura 2: Gli involucri per componenti elettronici serie RM hanno un'altezza compresa tra 1U e 5U e sono costituiti da pannelli in alluminio con rivestimento in polvere che devono essere assemblati dall'utente. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

I pannelli verticali coprono i lati, la parte anteriore e quella posteriore dell'involucro con uno spessore di 3,18 mm di alluminio con rivestimento in polvere. I pannelli superiore e inferiore, più grandi, hanno uno spessore di 1,63 mm. Gli involucri sono disponibili in dimensioni standard da 1U a 5U di altezza, 21 e 42,2 cm di larghezza e da 10,8 a 71,2 cm di profondità.

Gli involucri vengono spediti non assemblati, in un kit che comprende i pannelli piatti in alluminio, i piedini in gomma adesivi e la minuteria di montaggio. Per i modelli più profondi, sono disponibili in vendita separatamente le maniglie e la minuteria per il montaggio su un rack posteriore. Le versioni della massima larghezza sono inoltre dotate della minuteria necessaria per il montaggio su guide rack standard.

Per i componenti che non entrano un involucro o che non sono configurati per l'uso in un armadio rack, è possibile optare per ripiani per rack universali come quelli della serie RAS di Hammond Manufacturing (Figura 3). I ripiani con rivestimento in polvere nera hanno una larghezza di 48,3 cm (19"), sono disponibili in acciaio di 14 o 16 di spessore e hanno una portata da 19 a 90,7 kg, a seconda dell'altezza (da 1U a 4U).

Figura 3: I ripiani per rack serie RAS hanno un'altezza compresa tra 1U e 4U e possono contenere fino a 90,7 kg di componenti non progettati per l'installazione a rack. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

Conoscendo le dimensioni dell'involucro o del ripiano richiesto, è facile calcolare lo spazio residuo nel rack. Prendiamo ad esempio l'involucro più piccolo della serie RCK, che ha uno spazio disponibile di 12U. Se utilizziamo un involucro RM 4U, nel rack avremo uno spazio residuo di 8U per gli accessori.

Aggiunta di accessori

Gli accessori più comuni nei sistemi a rack sono le unità di distribuzione dell'energia elettrica (PDU), i sistemi di gestione dei cavi, le ventole e i ripiani. Ognuno di essi è disponibile nella larghezza standard di 48,3 cm (19") e altezze in multipli di 1U.

Riprendiamo l'esempio precedente dell'involucro RM 4U montato in un armadio RCK 12U: per mantenere l'installazione ordinata ed efficiente, sarà probabilmente necessario un guidacavi come quello serie RB-HRM di Hammond Manufacturing (Figura 4). Questi accessori 1U, progettati per il montaggio orizzontale a coppie retro-retro all'interno dell'armadio, comprendono quattro fori passanti e anelli che si estendono fino a 9,37 cm dal pannello anteriore per raccogliere i cavi.

Figura 4: I pannelli di gestione dei cavi RB-HRM, che utilizzano anelli e fori passanti per organizzare i cavi, sono realizzati in acciaio di spessore 16 e si adattano a uno spazio rack 1U x 48,3 cm (19"). (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

Un'altra ragione per la quale è opportuno raccogliere i cavi è la necessità di garantire un flusso d'aria adeguato per evitare il surriscaldamento dei componenti elettronici delicati. Gli armadi rack hanno opzioni con prese d'aria per favorire il passaggio dell'aria, ma molte applicazioni utilizzano anche una o più ventole di scarico. Ad esempio, le unità a due ventole, come quelle serie PPG di Hammond Manufacturing (Figura 5), si inseriscono in un pannello 3U e funzionano con alimentazione a 115 V o 230 V per creare un flusso d'aria di 5,9 m^³/min.

Figura 5: Le ventole della serie PPG muovono fino a 5,9 m³/min di aria per scaricare il calore dagli armadi rack. Le coperture dotate di griglie e fori impediscono agli utenti di entrare accidentalmente in contatto con le pale delle ventole. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

Un'altra considerazione fondamentale riguarda la fornitura di un'alimentazione affidabile e priva di picchi transitori sia per i componenti elettronici nell'involucro che per le ventole accessorie. Le unità di distribuzione dell'energia elettrica (PDU), come quelle della serie 1582e di Hammond Manufacturing (Figura 6), si inseriscono orizzontalmente in un impianto a rack 1U x 48,3 cm (19").

Figura 6: Le PDU della serie 1582e hanno un'altezza di 1U e sono dotate di otto prese, un indicatore verde di accensione/spegnimento e un interruttore automatico da 10 A. Gestiscono fino a 240 V_c.a. a 50 Hz o 60 Hz. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

Le PDU serie 1582e sono classificate per una tensione da 100 V_c.a. a 240 V_c.a. a 50 Hz o da 120 V_c.a. a 240 V_c.a. a 60 Hz e includono un interruttore automatico da 10 A. Sono conformi agli standard di diversi enti mondiali e regionali, compresi UL, CAN/CSA, CE, UKCA e TÜV SÜD.

Sempre tornando all'esempio precedente, se oltre all'involucro 4U servono due PDU 1U, una ventola 3U e un guidacavi 1U, nell'armadio RCK più piccolo rimarranno inutilizzati 2U di spazio. Molti utenti scelgono di coprire le unità rack inutilizzate con pannelli di chiusura come quelli della serie PBPA di Hammond Manufacturing (Figura 7).

Figura 7: I pannelli di chiusura in alluminio PBPA hanno un'altezza compresa tra 1U e 10U e uno spessore di 3,18 mm. Sono rifiniti in modo da abbinarsi all'armadio sul quale verranno montati. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

I pannelli in alluminio 5052-H32 di 3,18 mm di spessore vengono montati sul rack tramite quattro punti di fissaggio. Oltre a conferire un aspetto uniforme alla parte anteriore del rack, migliorano il passaggio dell'aria all'interno dell'armadio.

Conclusione

I sistemi rack standardizzati semplificano il processo di creazione di alloggiamenti efficienti dal punto di vista dello spazio per i componenti elettronici. Gli accessori progettati per l'ecosistema di montaggio a rack offrono funzionalità plug-and-play per gli alimentatori, la gestione termica, l'organizzazione dei cavi e altro ancora, offrendo ai tecnici la flessibilità necessaria per l'alloggiamento dei componenti elettronici.