Ventajas del uso de cables de control flexibles continuos en aplicaciones industriales

Para garantizar el funcionamiento fiable de operaciones industriales como plantas de ensamblaje, sistemas de transporte, equipos de recogida y colocación, y procesamiento de alimentos y bebidas, se requiere una conectividad resistente respaldada por cables de control multiconductores flexibles. Seleccionar y especificar los cables de control puede parecer sencillo, pero es un proceso complicado en el que hay que tener en cuenta numerosas necesidades de aplicación y normas industriales.

Entre las normas del sector se encuentran los niveles UL I y II de resistencia al aceite, así como la prueba UL 1581 de llama vertical para la resistencia al fuego; el cable debe proporcionar protección mecánica según se define en las pruebas UL 1277 de impacto y aplastamiento y ser capaz de soportar más de 8 millones de ciclos de flexión continua a temperaturas de funcionamiento de -40 °C a +90 °C. Para satisfacer estos requisitos, se necesita un cable con conductores de cobre finamente trenzados en una cubierta de PVC especialmente formulada para entornos difíciles. Existen cables apantallados para aplicaciones en las que es necesario suprimir las interferencias electromagnéticas (EMI).

Este artículo detalla las ventajas de los cables de alta flexibilidad y las aplicaciones más adecuadas para utilizar estos cables en el contexto de las normas industriales de resistencia al aceite, resistencia a las llamas y protección mecánica. A continuación, repasa los tipos de movimiento que se producen en las aplicaciones industriales, las clases de cables flexibles y las opciones de construcción, y examina el lugar que ocupan los cables multiconductores ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp. Concluye con ejemplos de cables flexibles apantallados y no apantallados de Lapp y revisa el uso de prensaestopas en aplicaciones estándar y sensibles a EMI.

Resistente al aceite

El aceite se utiliza como lubricante o refrigerante en diversas máquinas industriales y su presencia puede poner en grave peligro el funcionamiento y la vida útil de los cables flexibles. No todos los materiales aislantes utilizados en los cables industriales reaccionan igual en presencia de aceite. La formulación del material es un factor diferenciador en cómo reaccionan. Un factor crítico en los materiales aislantes es la presencia de plastificantes que favorecen la flexibilidad y proporcionan resistencia a la fatiga.

Dependiendo del material aislante, el aceite se absorberá o el plastificante se filtrará. En ambos casos, las propiedades de tracción del aislamiento, como la flexibilidad, pueden degradarse considerablemente. El proceso es el siguiente (Figura 1):

• En primer lugar, cuando los aceites entran en contacto con compuestos aislantes de cloruro de polivinilo (PVC) o poliolefina, interactúan con los plastificantes.
• Si el material aislante es una poliolefina, el aceite será absorbido, causando hinchazón y debilitando el aislamiento.
• Si el material aislante es PVC, el aceite puede filtrar el plastificante y endurecer el aislamiento.

Figura 1: Cuando el aceite entra en contacto con el aislamiento de los cables (izquierda), puede hacer que las poliolefinas se hinchen y debiliten (centro), y puede hacer que el PVC pierda parte del material plastificante, endureciendo el cable (derecha). (Fuente de la imagen: Lapp)

Los cables utilizados en aplicaciones de flexión continua, como el ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp, deben superar dos niveles de pruebas UL de resistencia al aceite:

• El nivel I coloca el cable en aceite durante cuatro días a 100 °C. El cable debe conservar el 50% de su resistencia de tensión sin envejecer y el 50% de su capacidad de alargamiento sin envejecer.
• El nivel II coloca el cable en aceite durante 60 días a 75 °C. El cable debe conservar el 65% de su resistencia de tensión sin envejecer y el 65% de su capacidad de alargamiento sin envejecer.

Resistencia al fuego

Lapp define siete niveles de resistencia a la llama, FR-00 a FR-06. FR-00 indica un cable que se inflama y arde con facilidad. En el otro extremo del espectro, FR-06 indica cables con alta resistencia a las llamas. Los cables flexibles continuos ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY están clasificados como FR-02 y se prueban mediante el ensayo de llama vertical UL VW-1 (UL 1581).

En esa prueba, un quemador de cinta tirrill permite controlar los flujos de aire y gas. Se aplica una llama específica a la muestra durante 15 segundos y se retira. La llama se vuelve a aplicar transcurridos 15 segundos o cuando la muestra deja de arder, según cuál sea el tiempo más largo. El TEST consiste en cinco aplicaciones de la llama de 15 segundos. Para superar la prueba, la muestra no debe emitir llamas ni partículas incandescentes, y el algodón quirúrgico de la base del quemador no debe inflamarse. La norma IEC 60332-1 es el equivalente a la norma UL VW-1, y el tiempo de aplicación de la llama varía en función del diámetro del cable.

Protección mecánica

Los requisitos para la protección mecánica varían mucho. En algunos casos, los cables tendrán que sobrevivir a accidentes como la caída de objetos o el atropello por una carretilla elevadora u otro vehículo. Existen diversas pruebas de impacto y aplastamiento para distintos niveles de protección. Los cables flexibles continuos ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY tienen la clasificación MP-02 según se define en las pruebas de impacto y aplastamiento UL 1277 (Tabla 1).

Tabla 1: Los cables flexibles continuos ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp tienen un índice de protección mecánica de MP-02. (Fuente del cuadro: Lapp)

Tipo de movimiento

Existen tres tipos básicos de movimiento en los sistemas industriales (Figura 2):

• Los cables flexibles se utilizan en aplicaciones no automatizadas que experimentan movimientos aleatorios. Las aplicaciones típicas son las máquinas herramienta y los equipos portátiles.
• Los cables de flexión continua experimentan un movimiento lineal constante en los sistemas de automatización y sufren fuerzas continuas durante la flexión. Aplicaciones: cadenas en C horizontales y verticales, cadenas de arrastre, cadenas de potencia, ensamblajes automatizados, etc. Pueden avanzar y retroceder a velocidades superiores a cinco metros por segundo y experimentar fuerzas superiores a cinco veces la aceleración de la gravedad.
• Los cables de torsión se someten a flexión y torsión en tres dimensiones. Aplicaciones comunes son los robots industriales, las máquinas de "tomar y colocar" y las operaciones de ensamblaje.

Figura 2: Los tres tipos de movimiento más habituales en los sistemas industriales son la flexión aleatoria (izquierda), la flexión continua (centro) y la torsión (derecha). (Fuente de la imagen: Lapp)

A la hora de comparar cables flexibles continuos hay que tener en cuenta varias variables, como el radio de curvatura, la distancia, la aceleración, la velocidad y el peso. Las especificaciones de los cables deben ajustarse a las necesidades concretas de cada aplicación. Los cables de flexión continua ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp tienen una clasificación de flexión continua CF-02 y pueden soportar hasta 8 millones de ciclos de flexión (Tabla 2). Tienen radios de curvatura mínimos de 7.5 veces el diámetro del cable para cables sin apantallar y de diez veces el diámetro del cable para cables apantallados. La familia ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY incluye una gran variedad de diseños de cable con distintos números de conductores, distintos diámetros y distintos pesos para adaptarse a una amplia gama de necesidades de aplicación.

Tabla 2: Los cables ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp están clasificados CF-02 para flexión continua moderada. (Fuente del cuadro: Lapp)

Clases y construcción de cables

Los cables industriales suelen especificarse en función de la sección transversal de los alambres en lugar del diámetro. El área de la sección transversal es una métrica valiosa porque es directamente proporcional a la fuerza y el peso de un cable e inversamente proporcional a su resistencia. También se refiere a la capacidad máxima de transporte de corriente. Pero TI tiene sus limitaciones.

Algunos tipos de cobre tienen mayor resistividad que otros. El área de la sección transversal solo puede utilizarse para comparaciones si los cableados que se examinan utilizan el mismo grado de cobre. VDE 0295 / IEC 60228 aborda estos retos clasificando los cableados por resistencia en lugar de por dimensiones físicas.

Además de las características de los conductores individuales, los cables industriales se definen por el número y el tamaño de los conductores y el número de hilos de cada conductor. La norma VDE 0295 define varias clases de conductores en función de la flexibilidad y la temperatura, entre las que se incluyen:

• La clase 1 son conductores sólidos.
• La clase 2 son conductores trenzados diseñados para instalación fija.
• La clase 5 son conductores flexibles finamente trenzados.
• La clase 6 utiliza hilos superfinos para conductores muy flexibles. Los conductores de la ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp superan los requisitos de la clase 6.

Además de definirse por su flexibilidad basada en el trenzado del cable, los cables industriales se definen por su construcción. Las tres estructuras más comunes de estos cables son (Figura 3):

• Los conductores Unilay o en haz están trenzados entre sí con la misma dirección de tendido y longitud de tendido. Estos cables son adecuados para aplicaciones fijas.
• Los conductores concéntricos contrahelicoidales están formados por capas bien definidas de conductores colocados helicoidalmente. Cada capa tiene una dirección de colocación invertida y una longitud de colocación creciente. Estos cables son adecuados para diseños de flexión continua.
• Los conductores unilay concéntricos están rodeados por una o más capas de conductores tendidos helicoidalmente con la misma dirección de tendido y una longitud de tendido creciente en cada capa sucesiva. Estos cables son adecuados para aplicaciones de torsión y flexión continua.

Figura 3: Los cables unidireccionales o en haz son adecuados para aplicaciones fijas, los cables concéntricos contra-helicoidales son adecuados para aplicaciones de flexión continua y los cables concéntricos unidireccionales son adecuados para aplicaciones de torsión o flexión continua. (Fuente de la imagen: Lapp)

Cables flexibles continuos

Los cables flexibles continuos de Lapp están clasificados para 600 V y temperaturas de -5 °C a +90 °C (-40 °C a +90 °C para aplicaciones fijas). Los cables ÖLFLEX FD 890 sin apantallar están disponibles en tamaños de 20 AWG a 2 AWG y los cables apantallados están disponibles en tamaños de 20 AWG a 6 AWG. Los cables apantallados ÖLFLEX FD 890 CY tienen una trenza general de cobre estañado que proporciona una cobertura del 85% y se recomiendan cuando es necesaria la supresión de EMI (interferencias electromagnéticas). (Figura 4).

Figura 4: Lapp ofrece cables flexibles continuos ÖLFLEX FD 890 sin blindaje (arriba) y cables flexibles continuos blindados ÖLFLEX FD 890 CY (abajo). (Fuente de la imagen: Lapp)

Algunos ejemplos de cables ÖLFLEX FD 890 no blindados son:

• 8920034, un cable de tres conductores 20 AWG con un diámetro exterior de 6.7 mm, un peso de cobre de 10 libras por cada mil pies (lbs/mft) y un peso total de unas 43 lb/mft.
• 8920044, un cable de cuatro conductores 20 AWG con un diámetro exterior de 7.4 mm, un peso de cobre de 16 lb/mft y un peso total de aproximadamente 53 lb/mft.

Algunos ejemplos de cables blindados ÖLFLEX FD 890 CY son:

• 8918034S, un cable de tres conductores 18 AWG con un diámetro exterior de 9.5 mm, un peso de cobre de 40 lb/mft y un peso total de aproximadamente 91 lb/mft.
• 8914044S, un cable de cuatro conductores 14 AWG con un diámetro exterior de 14.0 mm, un peso de cobre de 103 lb/mft y un peso total de aproximadamente 181 lb/mft.
• 8912044S, un cable de cuatro conductores 12 AWG con un diámetro exterior de 16,5 mm, un peso de cobre de 160 lb/mft y un peso total de unas 302 lb/mft.

Prensaestopas

Las prensaestopas se utilizan para introducir cables en receptáculos. Sellan de forma segura el cable y el receptáculo y proporcionan aliviador de tensión para el cable. También protegen el interior de la carcasa del polvo, la humedad y otros contaminantes y garantizan un ensamble resistente y fiable. Los prensaestopas de Lapp están diseñados y probados de acuerdo con la norma DIN EN 62444. Entre los ejemplos de prensaestopas que ofrece Lapp se incluyen los siguientes (figura 5):

• Prensaestopas de latón SKINTOP MS-SC con contacto de pantalla de baja resistencia y contacto CEM flexible de alta conductividad, como el 53112920
• Prensaestopas de poliamida SKINTOP SL/SLR como el 53015200: prensaestopas de aliviador de tensión duraderos, estancos a los líquidos y fáciles de montar cuando no es necesario el control de EMI (interferencia electromagnética).

Figura 5: Lapp ofrece prensaestopas de latón para el control de EMI, además de sellado ambiental y aliviador de tensión (izquierda y centro) y prensaestopas de poliamida (derecha) para aplicaciones que no requieren control de EMI. (Fuente de la imagen: Lapp)

Resumen

Los cables flexibles continuos soportan sistemas industriales como operaciones de ensamblaje, cintas transportadoras, equipos pick and place y procesamiento de alimentos y bebidas. Los cables ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp cumplen o superan los requisitos industriales de resistencia al aceite y a las llamas y de protección mecánica y están clasificados para soportar hasta 8 millones de ciclos de flexión. Están disponibles en una amplia gama de tamaños, con y sin blindaje, y pueden utilizarse junto con los prensaestopas de la empresa para ofrecer soluciones resistentes desde el punto de vista medioambiental.