Cómo especificar cables para garantizar el éxito en entornos extremos

Los controles de oleoductos en el Ártico, los sistemas de transporte masivo, los equipos mineros y militares y las operaciones de alimentación, bebidas y petroquímica son ejemplos de aplicaciones que funcionan en entornos extremos y requieren un cableado resistente para garantizar un funcionamiento ininterrumpido y la seguridad. Un requisito clave es el funcionamiento a temperaturas prolongadas de -50 °C a +125 °C.

Los cables deben tener un aislamiento de elastómero termoplástico (TPE) que ofrezca tres veces más flexibilidad a bajas temperaturas que el policloruro de vinilo (PVC), sea resistente a los disolventes y al agua, tenga una excelente estabilidad a la luz ultravioleta (UV) y sea reciclable para mejorar la sostenibilidad. Deben ser adecuados para su uso en condiciones exteriores duras, expuestos a la intemperie, o para enterrarlos directamente para agilizar la instalación.

Deben cumplir los estrictos requisitos de UL y CSA y estar disponibles en configuraciones multipar y multiconductor con una selección de rendimiento de cable de bandeja (TC), cable de bandeja de potencia limitada (PLTC) o cable de bandeja de turbina eólica (WTTC), una gama de opciones de blindaje contra interferencias electromagnéticas (EMI) y valores nominales de tensión para adaptarse a una variedad de escenarios de aplicación.

En este artículo se analizan las ventajas de rendimiento y sostenibilidad del uso de aislamiento TPE, centrándose en la fabricación de los cables Xtra-Guard 4 de Alpha Wire. Examina cómo estos cables simplifican la instalación en lugares difíciles y concluye considerando brevemente cómo los tubos termorretráctiles como el FIT-600, que cumple las normas AMS-DTL-23053/1 Clase 1 y 2, pueden mejorar las instalaciones con cables Xtra-Guard 4.

Limitaciones del PVC y soluciones de TPE

El PVC es un material aislante muy utilizado y de gran capacidad, pero no es la panacea. En determinadas clases de aplicaciones, como los cables para entornos extremos, puede no ser la mejor opción. En esas aplicaciones, hay una alternativa llamada TPE que puede ser útil.

El TPE aborda los problemas de rendimiento y medioambientales asociados al PVC. En aplicaciones como los controles de tuberías árticas y sistemas de energía renovable, sistemas de transporte público y equipos mineros y militares que pueden experimentar temperaturas extremadamente bajas, el TPE puede ser una mejor opción.

Los TPE son principalmente una combinación de un polímero termoplástico duro y un polímero elastomérico blando mezclados o copolimerizados para crear el rendimiento óptimo para aplicaciones específicas. El TPE utilizado en los cables Xtra-Guard Flex 4 de Alpha Wire es 3 veces más flexible que el PVC a bajas temperaturas. Esto simplifica la instalación y el mantenimiento.

Algunas aplicaciones experimentan temperaturas extremadamente altas, como los lavados sanitarios en el procesamiento de alimentos y bebidas y procesos petroquímicos específicos. Con una temperatura nominal de hasta +125 °C, el TPE es una opción excelente que ofrece una fiabilidad constante a temperaturas elevadas. También resiste mejor que las alternativas de PVC a peligros como los disolventes, el agua, el aceite, los rayos UV del sol y las llamas, que se encuentran en una amplia gama de aplicaciones.

En última instancia, todo sistema tiene un ciclo de vida finito y, al final, el reciclado y la sostenibilidad son factores cruciales para determinar el impacto a largo plazo de la instalación. Este es otro ámbito en el que TPE destaca. Los halógenos (como el cloro, el flúor y el bromo) son muy reactivos. El PVC típico contiene alrededor de 29% cloro en peso. Otras alternativas, como el etileno propileno fluorado (FEP) y el politetrafluoroetileno (PTFE, a menudo denominado teflón), pueden contener hasta 76% de flúor.

Durante su uso normal, materiales como el PVC, el FEP y el PTFE son benignos y muy útiles. Al final de su vida útil, cuando se reciclan, pueden ser fuentes de compuestos peligrosos y tóxicos. El TPE es un termoplástico, lo que significa que puede fundirse y remodelarse repetidamente sin degradarse. El uso de aislantes de TPE ayuda a reducir los residuos, conservar los recursos y minimizar el impacto medioambiental asociado a la eliminación al final de su vida útil.

Blindaje optimizado

La EMI puede suponer otro peligro ambiental para los sistemas electrónicos y los cables Xtra-Guard 4 de Alpha Wire ofrecen a los diseñadores tres opciones de apantallamiento para hacer frente a niveles bajos, medios y altos de EMI (Figura 1).

• En entornos de baja EMI, los cables no blindados son adecuados y ofrecen la solución de menor diámetro y peso.
• En situaciones moderadas de EMI, el blindaje con papel de aluminio/poliéster puede ser adecuado. Los blindajes de lámina ofrecen una solución intermedia en términos de rendimiento EMI, tamaño del cable y peso. El hilo de drenaje de cobre estañado simplifica la conexión a tierra del cable, mejorando así la eficacia del blindaje.
• Cuando se trata de altos niveles de EMI, los diseñadores pueden recurrir a los cables Supra-Shield de Alpha, que combinan una lámina de aluminio/poliéster/aluminio y un apantallamiento de trenza de cobre estañado con una cobertura ajustada de 75%. Supra-Shield proporciona un apantallamiento de alto rendimiento en todo el espectro de frecuencias, garantizando la integridad del sistema al tiempo que mantiene la flexibilidad del cable para facilitar la instalación.

Figura 1: Las aplicaciones que requieren la máxima eficacia de blindaje EMI pueden recurrir a Supra-Shield, que ofrece un mejor rendimiento en toda la gama de frecuencias en comparación con el blindaje convencional de lámina de aluminio/poliéster. (Fuente de la imagen: Alpha Wire)

Más opciones de construcción de cables

Los materiales de aislamiento y el blindaje son solo dos aspectos de la construcción de cables. También están los conductores que forman el corazón del conjunto, facilitando el flujo de energía eléctrica e información para el funcionamiento del sistema.

Los cables Xtra-Guard 4 se ofrecen con una selección de diseños multiconductor y multipar. Ambos tipos tienen varios hilos en una sola cubierta, pero difieren en su estructura y aplicaciones previstas.

Varios conductores individuales se agrupan para formar un cable multiconductor. Son adecuados para aplicaciones de uso general, como la distribución de energía o el cableado de control simple cuando la integridad de la señal no es una preocupación de diseño.

En los cables multipares, los pares de conductores se retuercen antes de integrarse en el cable. La torsión reduce el ruido y las interferencias, lo que hace que cada par sea adecuado para aplicaciones de comunicación y transmisión de datos a mayor velocidad (Figura 2).

Figura 2: Los cables Xtra-Guard 4 están disponibles con múltiples pares trenzados (arriba) y múltiples conductores individuales (abajo). (Fuente de la imagen: Alpha Wire)

Los cables multiconductores están disponibles con conductores de 16 a 24 AWG, de 2 a 40 conductores y diversas estructuras de trenzado, como 16/30, 7/28 y 41/30. Los cables multipares están disponibles con conductores de 18 a 24 AWG, de 1 a 19 pares y con opciones de trenzado de 16/30, 7/28, 7/30 y 7/32.

Clasificación de los cables

Otras piezas del rompecabezas a la hora de especificar cables para garantizar el éxito en entornos extremos son la tensión nominal y el tipo UL. Disponemos de cables multiconductores Xtra-Guard 4 para 300 V y 600 V. Existen diseños multipares para 300 V, adecuados para aplicaciones de transmisión de datos y comunicación.

Las bandejas portacables suelen utilizarse como alternativa a los conductos o el cableado abierto. Permiten una instalación, gestión y mantenimiento eficaces de los cables. Existen dos tipos principales de cables para bandejas de cables con clasificación UL. La principal diferencia es su tensión nominal.

El tipo TC tiene una tensión nominal de 600 V, por lo que son adecuados para circuitos de potencia y control en aplicaciones industriales. Los cables de tipo PLTC tienen una tensión nominal de 300 V y se utilizan principalmente para circuitos de señales y comunicaciones. Los cables multiconductores Xtra-Guard 4 están disponibles para aplicaciones TC y PLTC, mientras que los cables multipares están disponibles para aplicaciones PLTC (excepto 24 AWG).

Los cables con clasificación TC se utilizan a menudo en aplicaciones donde se necesita alta resistencia al fuego. Los cables PLTC pueden utilizarse en circuitos de Clase 2 y Clase 3, tal como se define en el Código Eléctrico Nacional (NEC).

Los circuitos de Clase 2 tienen una tensión nominal mínima de 150 V, mientras que los circuitos de Clase 3 requieren una tensión nominal mínima de 300 V. Ambos están limitados a una potencia máxima de 100 VA y son seguros frente a la iniciación de incendios. Los circuitos de Clase 2 se consideran seguros contra descargas debido a sus límites de baja tensión y potencia, mientras que los circuitos de Clase 3 suelen requerir salvaguardias adicionales para la protección contra descargas.

Los cables Xtra-Guard 4 también cuentan con la certificación UL WTTC para su uso en aplicaciones de turbinas eólicas y están aprobados por la Pennsylvania Bureau of Deep Mining Safety para sistemas de monitorización en minas (excepto 14 AWG). Alpha Wire ofrece una línea completa de cables Xtra-Guard 4 (Figura 3). Algunos ejemplos son:

• 45053, multiconductor no blindado, con 3 conductores 20 AWG 7/28, apto para 300 V
• 45440/9, blindado multiconductor, con 9 conductores 16 AWG 19/.0117, para 600 V
• 45162 multiconductor Supra-Shield, con 2 conductores 18 AWG 16/30, clasificado para 300 V
• 45032 multipar no blindado, con 2 pares de conductores 18 AWG 16/30, clasificado para 300 V
• 45484 multipar blindado, con 4 pares de conductores 22 AWG 7/30, tensión nominal de 300 V
• 45126 multipar Supra-Shield, con 6 pares de conductores 22 AWG 7/30 con tensión nominal de 300 V

Figura 3: Los cables Xtra-Guard 4 están disponibles en diversas configuraciones de cable y blindaje y con valores nominales de 300 V y 600 V. (Fuente de la imagen: Alpha Wire)

Instalación fácil y resistente

Una vez especificado el cable y adaptado a la aplicación, la última pieza del rompecabeza es una instalación sencilla y resistente. Además de las instalaciones de bandejas portacables detalladas anteriormente, los diseñadores pueden utilizar cables Xtra-Guard 4 en aplicaciones exteriores y de enterrado directo, donde combaten el impacto de la intemperie y el envejecimiento por rayos UV sin necesidad de un conducto. Esto puede simplificar y acelerar enormemente la instalación.

Estos cables incluyen un cordón de apertura de nailon para facilitar el pelado de la cubierta. El tubo termocontraíble FIT de Alpha Wire brinda protección y sellado confiable de las terminaciones, así como añade una resistencia mecánica adicional.

El tubo termocontraíble FIT 600 es una opción muy popular. Por ejemplo, el modelo F6001IN BK005 tiene un diámetro de 1" antes de la retracción y está fabricado con poliolefina clorada (CPO). El CPO proporciona un equilibrio entre flexibilidad y resistencia térmica y química. Mantiene la flexibilidad a bajas temperaturas y es más flexible que los tubos termocontraíbles estándar de poliolefina reticulada (XLPO). El CPO también ofrece el doble de resistencia a la tracción que los tubos termocontraíbles de caucho de silicona, con una gama de temperaturas de funcionamiento de -75 °C a +121 °C, y se combina bien con los cables Xtra-Guard 4 en entornos extremos (Figura 4).

Figura 4: El tubo termocontraíble FIT 600 de Alpha Wire se adapta bien al rendimiento de los cables Xtra-Guard 4 en entornos extremos. (Fuente de la imagen: Alpha Wire)

La serie de tubos termocontraíbles FIT 600 también cumple las normas AMS-DTL-23053/1 Clase 1 y 2. AMS-DTL-23053/1 es una especificación militar para tubos termocontraíbles utilizados para aislamiento eléctrico, alivio de tensión y protección contra la abrasión en sistemas militares y aeroespaciales.

La norma especifica tanto la Clase 1, que son los tubos de pared más gruesa, como la Clase 2, que son los tubos de pared media. El espesor de pared nominal recuperado está directamente relacionado con el tamaño expandido del tubo antes de su contracción. Por ejemplo, para un tamaño nominal de 1" antes de la contracción, el espesor de pared recuperado para tubos de pared media es de aproximadamente 0.070 pulgadas (1.78 mm).

Conclusión

Los cables Alpha Wire Xtra-Guard 4 tienen lo que hace falta para garantizar el éxito en entornos extremos. Al estar especificados para temperaturas de -50 °C a +125 °C, son adecuados para su uso en entornos fríos en controles de tuberías en el Ártico, en condiciones de calor extremo en plantas petroquímicas, y pueden soportar la limpieza y esterilización con vapor en operaciones de procesamiento de alimentos y bebidas.

Su aislamiento de TPE proporciona una flexibilidad superior, así como resistencia al agua, los disolventes, los rayos UV y otros problemas medioambientales. Están disponibles en diversas configuraciones de conductores, niveles de blindaje EMI y tensiones nominales para satisfacer los requisitos de una amplia gama de aplicaciones.

Están homologados por UL para varios tipos de instalación de cable de bandeja o enterrado directo. Por último, el tubo termocontraíble FIT 600 se adapta perfectamente a la flexibilidad, resistencia química y temperatura de funcionamiento de los cables Xtra-Guard 4. Xtra-Guard 4 está disponible en bobinas de 100 y 1000 pies exclusivamente en DigiKey.

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