Vantagens do uso de cabos de controle flexíveis contínuos em aplicações industriais

A conectividade robusta sustentada por cabos de controle multicondutores flexíveis é necessária para garantir o funcionamento confiável das operações industriais, como fábricas de montagem, sistemas de esteiras, equipamentos de pick-and-place e processamento de alimentos e bebidas. A seleção e a especificação dos cabos de controle podem parecer simples, mas é um processo complicado com inúmeras necessidades de aplicação e padrões do setor a serem considerados.

Entre os padrões do setor estão os níveis I e II de resistência a óleo da UL, bem como o teste de chama vertical UL 1581 para resistência ao fogo; o cabo deve oferecer proteção mecânica, conforme definido nos testes de impacto e esmagamento UL 1277, e ser capaz de suportar mais de 8 milhões de ciclos de flexão contínua em temperaturas operacionais de -40 °C a +90 °C. Para atender a esses requisitos, é necessário um cabo com condutores de cobre flexíveis e finos em uma jaqueta de PVC especialmente formulada e adequada para ambientes adversos. Cabos blindados estão disponíveis para aplicações em que a interferência eletromagnética (EMI) precisa ser suprimida.

Este artigo detalha as vantagens dos cabos de alta flexibilidade e as aplicações mais adequadas para o uso desses cabos no contexto dos padrões do setor para resistência a óleo, resistência a chamas e proteção mecânica. Em seguida, ele analisa os tipos de movimento experimentados em aplicações industriais, as classes de cabos flexíveis e as opções de construção, e analisa onde os cabos multicondutores ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY da Lapp se encaixam. Ele encerra com exemplos de cabos flexíveis blindados e não blindados da Lapp e analisa o uso de prensa-cabos em aplicações padrões e sensíveis à EMI.

Resistência ao óleo

O óleo é usado como lubrificante ou líquido de arrefecimento em várias máquinas industriais, e sua presença pode trazer riscos significativos à operação e à vida útil dos cabos flexíveis. Nem todos os materiais isolantes usados em cabos industriais reagem da mesma forma na presença de óleo. A formulação do material é um fator diferenciador na forma como eles reagem. Um fator crítico nos materiais isolantes é a presença de plastificantes que dão suporte à flexibilidade e proporcionam resistência à fadiga.

O óleo será absorvido, dependendo do material isolante, ou o plastificante será lixiviado. Em ambos os casos, as propriedades de tração do isolante, como a flexibilidade, podem ser significativamente degradadas. O processo é o seguinte (Figura 1):

• Primeiro, quando os óleos entram em contato com compostos isolantes de cloreto de polivinila (PVC) ou poliolefina, eles interagem com os plastificantes.
• Se o material isolante for uma poliolefina, o óleo será absorvido, causando inchaço e enfraquecendo o isolante.
• Se o material isolante for PVC, o óleo pode causar a lixiviação do plastificante e o endurecimento do isolante.

Figura 1: Quando o óleo entra em contato com a isolação do cabo (esquerda), ele pode fazer com que as poliolefinas inchem e enfraqueçam (centro), e pode fazer com que o PVC perca algum material plastificante, endurecendo o cabo (direita). (Fonte da imagem: Lapp)

Os cabos usados em aplicações de flexão contínua, como o ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY da Lapp, precisam atender a dois níveis de testes de resistência a óleo da UL:

• O nível I coloca o cabo em óleo por quatro dias a 100°C. O cabo deve reter 50% de sua resistência à tração não envelhecida e 50% de sua capacidade de alongamento não envelhecida.
• O nível II coloca o cabo em óleo por 60 dias a 75°C. O cabo deve reter 65% de sua resistência à tração não envelhecida e 65% de sua capacidade de alongamento não envelhecida.

Resistência à chama

A Lapp define sete níveis de resistência a chamas, FR-00 a FR-06. FR-00 indica um cabo que se inflama e queima facilmente. No outro extremo do espectro, o FR-06 indica cabos com alta resistência a chamas. Os cabos flexíveis contínuos ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY têm classificação FR-02 e são testados usando o teste de chama vertical UL VW-1 (UL 1581).

Nesse teste, um queimador de Tirrill permite o controle dos fluxos de ar e gás. Uma chama específica é aplicada à amostra durante 15 segundos e retirada. A chama é reaplicada após 15 segundos ou quando a amostra parar de flamejar, o que for mais longo. O teste consiste em cinco aplicações de 15 segundos da chama. Para passar no teste, a amostra não deve emitir chamas ou partículas incandescentes, e o algodão cirúrgico na base do queimador não deve ser inflamado. A IEC 60332-1 é a contraparte da UL VW-1, e o tempo de aplicação da chama varia de acordo com o diâmetro do cabo.

Proteção mecânica

Os requisitos de proteção mecânica variam muito. Em alguns casos, será necessário que os cabos sobrevivam a acidentes, como ser atingido por objetos em queda ou ser comprimido por uma empilhadeira, ou outro veículo. Há uma variedade de testes de impacto e esmagamento para diferentes níveis de proteção. Os cabos flexíveis contínuos ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY têm classificação MP-02, conforme definido nos testes de impacto e esmagamento UL 1277 (Tabela 1).

Tabela 1: Os cabos flexíveis contínuos ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY da Lapp têm uma classificação de proteção mecânica de MP-02. (Fonte da tabela: Lapp)

Tipo de movimento

Há três tipos básicos de movimento experimentados em sistemas industriais (Figura 2):

• Os cabos flexíveis são usados em aplicações não automatizadas que sofrem movimentos aleatórios. As aplicações típicas incluem máquinas operatrizes e equipamentos portáteis.
• Os cabos de flexão contínua passam por movimentos lineares constantes em sistemas automatizados e sofrem forças contínuas durante a curvatura. As aplicações podem incluir trajetórias em C horizontais e verticais, correntes de arrasto, correntes de força, montagens automatizadas, etc. Eles podem se mover para frente e para trás a taxas superiores a cinco metros por segundo e experimentar forças superiores a cinco vezes a aceleração da gravidade.
• Os cabos de torção são submetidos a curvatura e torção em três dimensões. As aplicações comuns incluem robôs industriais, máquinas pick-and-place e operações de montagem.

Figura 2: Os três tipos de movimento comuns encontrados em sistemas industriais incluem flexão aleatória (esquerda), flexão contínua (centro) e torção (direita). (Fonte da imagem: Lapp)

Diversas variáveis devem ser consideradas na comparação de cabos flexíveis contínuos, incluindo raio de curvatura, distância, aceleração, velocidade e peso. As especificações do cabo precisam ser adequadas às necessidades específicas da aplicação. Os cabos flexíveis contínuos ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY da Lapp têm uma classificação de flexão contínua de CF-02 e podem suportar até 8 milhões de ciclos de flexão (Tabela 2). Eles têm classificações mínimas de raio de curvatura de 7,5 vezes o diâmetro do cabo para cabos não blindados e dez vezes o diâmetro do cabo para cabos blindados. A família ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY inclui uma variedade de projetos de cabos com diferentes números de condutores, diferentes diâmetros e diferentes pesos para atender a uma série de necessidades de aplicação.

Tabela 2: Os cabos ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY da Lapp são classificados como CF-02 para flexão contínua moderada. (Fonte da tabela: Lapp)

Classes e construção de cabos

Os cabos industriais geralmente são especificados em termos da área da seção transversal dos fios em vez do diâmetro. A área da seção transversal é uma métrica valiosa porque é diretamente proporcional à força e ao peso de um fio e inversamente proporcional à sua resistência. Também está relacionada à capacidade máxima de transporte de corrente. Mas tem suas limitações.

Alguns tipos de cobre têm uma resistividade maior do que outros. A área da seção transversal só pode ser usada para comparações se os fios que estão sendo examinados usarem o mesmo grau de cobre. A VDE 0295 / IEC 60228 aborda esses desafios categorizando os fios por resistência em vez de dimensões físicas.

Além das características dos fios individuais, os cabos industriais são definidos pelo número e tamanho dos condutores e pelo número de fios flexíveis em cada condutor. A VDE 0295 define várias classes de condutores com base na flexibilidade e nas capacidades de temperatura, incluindo:

• A Classe 1 que são condutores rígidos.
• A Classe 2 que são condutores flexíveis projetados para instalação fixa.
• A classe 5 que são condutores flexíveis com fios finos.
• A classe 6 que usa fios superfinos para condutores muito flexíveis. Os condutores do ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY da Lapp excedem os requisitos da Classe 6.

Além de serem definidos pela flexibilidade com base nos fios do cabo, os cabos industriais são definidos por sua construção. As três estruturas mais comuns desses cabos são (Figura 3):

• Os condutores Unilay ou agrupados são torcidos juntos no mesmo sentido e comprimento de disposição. Esses cabos são adequados para aplicações estacionárias.
• Os condutores concêntricos contra-helicoidais consistem em camadas bem definidas de condutores dispostos helicoidalmente. Cada camada tem um sentido de disposição invertido e um comprimento de disposição crescente. Esses cabos são adequados para projetos flexíveis contínuos.
• Os condutores unilay concêntricos são circundados por uma ou mais camadas de condutores dispostos helicoidalmente com o mesmo sentido de disposição e comprimento de disposição crescente em cada camada seguinte. Esses cabos são adequados para aplicações de torção e flexão contínua.

Figura 3: Os cabos unilay ou agrupados são adequados para aplicações estacionárias, os cabos contra-helicoidais concêntricos são adequados para aplicações de flexão contínua e os cabos unilay concêntricos são adequados para aplicações de torção ou flexão contínua. (Fonte da imagem: Lapp)

Cabos flexíveis contínuos

Os cabos flexíveis contínuos da Lapp são classificados para 600 V e temperaturas de -5°C a +90°C (-40°C a +90°C para aplicações estacionárias). Os cabos ÖLFLEX FD 890 não blindados estão disponíveis nos tamanhos de 20 AWG a 2 AWG, e os cabos blindados estão disponíveis nos tamanhos de 20 AWG a 6 AWG. Os cabos blindados ÖLFLEX FD 890 CY têm uma trama completa em cobre estanhado que fornece 85% de cobertura e é recomendada quando a supressão de EMI é necessária. (Figura 4).

Figura 4: A Lapp oferece cabos flexíveis contínuos ÖLFLEX FD 890 sem blindagem (em cima) e cabos flexíveis contínuos ÖLFLEX FD 890 CY com blindagem (embaixo). (Fonte da imagem: Lapp)

Exemplos de cabos ÖLFLEX FD 890 não blindados incluem:

• 8920034, um cabo 20 AWG de três condutores com um diâmetro externo de 6,7 mm, um peso de cobre de 10 libras por mil pés (lb/mft) e um peso total de cerca de 43 lb/mft
• 8920044, um cabo 20 AWG de quatro condutores com um diâmetro externo de 7,4 mm, um peso de cobre de 16 lb/mft e um peso total de cerca de 53 lb/mft

Exemplos de cabos ÖLFLEX FD 890 CY blindados incluem:

• 8918034S, um cabo 18 AWG de três condutores com um diâmetro externo de 9,5 mm, um peso de cobre de 40 lb/mft e um peso total de cerca de 91 lb/mft
• 8914044S, um cabo 14 AWG de quatro condutores com um diâmetro externo de 14,0 mm, um peso de cobre de 103 lb/mft e um peso total de cerca de 181 lb/mft
• 8912044S, um cabo 12 AWG de quatro condutores com um diâmetro externo de 16,5 mm, um peso de cobre de 160 lb/mft e um peso total de cerca de 302 lb/mft

Prensa-cabos

Os prensa-cabos são usados para inserir cabos nos gabinetes. Eles vedam com segurança o cabo e o gabinete e proporcionam alívio de tensão para o cabo. Também protegem o gabinete interno contra poeira, umidade e outros contaminantes e garantem uma montagem robusta e confiável. Os prensa-cabos da Lapp são projetados e testados de acordo com a norma DIN EN 62444. Exemplos de prensa-cabos oferecidos pela Lapp incluem os seguintes (Figura 5):

• Prensa-cabos de latão SKINTOP MS-SC com contato de tela de baixa resistência e contato EMC flexível e altamente condutor, como o 53112920
• Prensa-cabos de poliamida SKINTOP SL/SLR como o 53015200 - prensa-cabos de alívio de tensão duráveis, impermeáveis a líquidos e fáceis de montar quando o controle de EMI não é necessário

Figura 5: A Lapp oferece prensa-cabos de latão para controle de EMI, além de vedação ambiental e alívio de tensão (esquerda e centro) e prensa-cabos de poliamida (direita) para aplicações que não exigem controle de EMI. (Fonte da imagem: Lapp)

Resumo

Os cabos flexíveis contínuos dão suporte a sistemas industriais, como operações de montagem, esteiras transportadoras, equipamentos de pick-and-place e processamento de alimentos e bebidas. Os cabos ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY da Lapp atendem ou excedem os requisitos do setor para resistência a óleo e chamas e proteção mecânica e são classificados para até 8 milhões de ciclos de flexão. Eles estão disponíveis em uma ampla variedade de tamanhos, com e sem blindagem, e podem ser usados em conjunto com os prensa-cabos da empresa para fornecer soluções ambientalmente robustas.