Diseño de mazos de cables para condiciones duras

El diseño de mazos de cables para condiciones duras y entornos exigentes requiere un profundo conocimiento de los retos específicos que conlleva. Las temperaturas extremas, la humedad, los productos químicos, la tensión mecánica y las interferencias electromagnéticas son sólo algunos de los factores que hay que tener en cuenta. Abordar estos factores en una fase temprana del proceso de diseño es fundamental para garantizar la fiabilidad, seguridad y durabilidad de los arneses.

Entornos duros y soluciones

Empecemos por las temperaturas a las que puede estar expuesto tu mazo de cables.

1. Temperaturas elevadas

Los mazos de cables expuestos a altas temperaturas corren el riesgo de sufrir varios problemas que pueden afectar a su funcionalidad y seguridad. Los materiales aislantes pueden degradarse, volverse quebradizos, agrietarse o incluso fundirse. Esto puede provocar cortocircuitos o fallos eléctricos. Los conductores pueden dilatarse debido al calor, aflojando potencialmente las conexiones y causando problemas intermitentes.

Las altas temperaturas pueden acelerar las reacciones químicas que degradan los materiales y provocan corrosión. En casos graves, el calor excesivo puede hacer que los componentes inflamables se enciendan, creando un riesgo de incendio. Para hacer frente a estos problemas, es importante utilizar materiales resistentes al calor e incorporar una gestión térmica eficaz en el diseño del arnés.

Soluciones

• Materiales: Algunos ejemplos de materiales resistentes al calor son la poliimida (PI), el politetrafluoroetileno (PTFE) o los polímeros reticulados que pueden soportar temperaturas elevadas (hasta 400 °C en el sector aeroespacial).
• Gestión del calor: Aplica estrategias de disipación del calor, como el uso de conductos resistentes al calor, el tendido lejos de fuentes de calor o la incorporación de barreras térmicas.

2. Temperaturas bajas

La principal preocupación aquí es la fragilidad que puede desarrollarse en los materiales aislantes, haciéndolos más propensos a agrietarse o romperse bajo tensión mecánica. Esto puede dar lugar a cables expuestos, lo que aumenta el riesgo de cortocircuitos o fallos eléctricos. Las bajas temperaturas también pueden hacer que los materiales se contraigan, aflojando potencialmente las conexiones y provocando un rendimiento poco fiable o fallos intermitentes.

Algunos materiales pueden perder flexibilidad, lo que aumenta la tensión durante el movimiento o la vibración, agravando aún más el riesgo de daños. Para mitigar estos riesgos, es importante utilizar materiales específicamente diseñados para seguir siendo flexibles y duraderos en entornos fríos.

Soluciones

• Materiales: Entre los materiales adecuados se incluyen la silicona o los fluoropolímeros que permanecen flexibles en entornos fríos. Asegúrate de que todos los materiales, incluidos los conectores y aislantes, están clasificados para las temperaturas más bajas posibles previstas.

3. Exposición a la humedad y al agua

En entornos como el marino o el industrial, los arneses estancos son fundamentales debido a la exposición a la humedad elevada, la lluvia o incluso la inmersión directa en agua. La humedad puede filtrarse en el arnés, provocando cortocircuitos, corrosión de las piezas metálicas y posibles fallos eléctricos. El agua salada, sobre todo en entornos marinos, puede acelerar considerablemente la corrosión, lo que supone una amenaza aún mayor.

Soluciones

• Materiales: Utiliza materiales como el Poliuretano (PUR) o el Neopreno para la cubierta exterior, a fin de proporcionar una barrera contra la intrusión de agua.
• Diseño: Para los arneses impermeables, es esencial envolver transversalmente las ramas, asegurándose de que el mazo de cables quede totalmente cubierto. Cuando se utilicen anillos de goma impermeables o manguitos de goma con orificios pasantes, primero debe encapsularse parcialmente el arnés. Después, el anillo o la funda de goma deben envolverse firmemente alrededor del arnés mediante una técnica de doble envoltura.
• Conectores: Opta por conectores sellados o sobremoldeados para evitar que la humedad penetre en las zonas críticas. Elige conectores con clasificación IP67 o superior para entornos de alta humedad o sumergidos.
• Conductores: El cobre estañado u otras aleaciones resistentes a la corrosión pueden ayudar a prevenir los efectos dañinos de la exposición al agua y la sal. Si te preocupa el peso, considera el aluminio. Más ligero que el cobre y utilizado en aplicaciones aeroespaciales, requiere terminaciones especiales para evitar la corrosión galvánica.

4. Exposición química

En entornos industriales, los arneses de cables suelen estar expuestos a productos químicos, aceites y disolventes, que pueden degradar los materiales aislantes. Esta degradación puede provocar fragilidad, grietas o hinchazón, comprometiendo la integridad del arnés y aumentando el riesgo de problemas eléctricos.

Soluciones

• Materiales: Utiliza materiales aislantes conocidos por su resistencia química, como el PTFE, el etileno tetrafluoroetileno (ETFE) o el etileno propileno fluorado (FEP). Considera la posibilidad de aplicar revestimientos protectores adicionales para mejorar la resistencia a los productos químicos agresivos.

5. Tensión mecánica y abrasión

Los mazos de cables en entornos industriales, automovilísticos o aeroespaciales están sometidos a tensiones mecánicas por vibración, movimiento y abrasión. Estas fuerzas pueden desgastar el aislamiento, provocando cables expuestos, cortocircuitos o incluso un fallo completo.

Soluciones

• Cubiertas resistentes a la abrasión: Elige materiales como el polietileno reticulado (XLPE) o los elastómeros termoplásticos (TPE), que ofrecen una gran resistencia al desgaste mecánico.
• Alivio de la tensión: Incorpora componentes como arandelas, abrazaderas y sujetacables para reducir la tensión de los cables, sobre todo en los puntos de conexión y en las zonas sujetas a movimientos frecuentes.
• Conductos protectores o tubos flexibles: Esto protegerá el arnés de daños físicos y reducirá el impacto de las vibraciones.

6. EMI y RFI

Los mazos de cables pueden captar señales no deseadas o interferir con otros sistemas electrónicos en entornos con importantes interferencias electromagnéticas, como cerca de maquinaria pesada o en aplicaciones aeroespaciales. Esto puede provocar la corrupción de datos, errores de comunicación o el mal funcionamiento de los equipos.

Soluciones

Utiliza cables apantallados con blindaje trenzado o de lámina para protegerte contra la EMI y la RFI. Una correcta conexión a tierra del apantallamiento es esencial para reducir eficazmente el ruido.

• Cableado de Par Trenzado: Utiliza cableado de par trenzado para las líneas de señal, a fin de anular el ruido electromagnético.
• Conexión a tierra: Asegúrate de que todos los componentes del mazo de cables están conectados a tierra correctamente para evitar la acumulación de electricidad estática, que puede empeorar los problemas de IEM.

Estrategias adicionales al diseñar mazos de cables para condiciones duras

Al diseñar mazos de cables para su uso en entornos difíciles, es esencial dar prioridad a la durabilidad y la fiabilidad. Las condiciones extremas requieren estrategias de diseño específicas para garantizar el rendimiento y la longevidad del sistema. He aquí varios enfoques clave para optimizar los arneses de cables para entornos difíciles. Ya hemos hablado de algunos de ellos, pero merece la pena repetirlos.

Redundancia

Incorporar redundancia en el diseño del arnés de cables es esencial en aplicaciones de alto riesgo en las que la fiabilidad es fundamental. Los sistemas críticos se salvaguardan con múltiples cables enrutados por separado, implementando el enrutamiento paralelo. De este modo se garantiza el funcionamiento continuado aunque falle un cable, lo que es especialmente importante en sectores como el aeroespacial, donde la seguridad y la integridad del sistema son prioridades absolutas.

Minimizar los puntos de fallo

Para mejorar la fiabilidad de los mazos de cables, es esencial reducir el número de puntos potenciales de fallo. Puedes conseguirlo limitando el uso de conectores y empalmes, que son fuentes habituales de fallos. Cuando los conectores sean necesarios, optar por los que tengan un sólido historial en entornos difíciles puede reducir aún más el riesgo y mejorar la robustez general del arnés.

Pruebas y validación

Unas pruebas y una validación rigurosas son fundamentales para garantizar que los arneses de cables puedan soportar unas condiciones de funcionamiento duras. Las técnicas de detección de estrés ambiental (ESS), como los ciclos térmicos, la exposición a la humedad, la niebla salina y las pruebas de vibración, son cruciales para verificar la durabilidad del arnés. Las pruebas eléctricas, como las pruebas de hipot (alto potencial) y las comprobaciones de continuidad, son necesarias para confirmar la integridad del aislamiento y los conductores.

Reflexiones finales

Teniendo en cuenta todos los factores señalados anteriormente, está claro que tienes que dedicar más tiempo a diseñar arneses de cables para condiciones duras, especialmente cuando se trata de protección medioambiental. Para obtener más información sobre cómo puedes incorporar la robustez a tu proceso de fabricación de arneses, consulta nuestro artículo sobre Creación de cableado reforzado para entornos difíciles. Con el software Arcadia, el mejor de su clase y basado en la nube, puedes seguir agilizando los procesos de diseño y fabricación. Para ver cómo puedes mejorar tu eficacia y productividad, estaremos encantados de hacerte una demostración gratuita. Y si tienes alguna pregunta, estamos aquí para ayudarte.