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Por qué especificar cables
Ethernet industrial para entornos hostiles

Además de la integración e interoperabilidad del sistema, hay muchos otros beneficios clave que se pueden obtener de una solución Ethernet completa “de extremo a extremo”, desde el cableado y la conectividad, hasta los componentes activos y el hardware asociado.

Una planta o fábrica es solo un ejemplo de un entorno industrial. El término “industria" es amplio y abarca muchas operaciones diversas, desde la fabricación discreta de todo tipo, pasando por el procesamiento de alimentos y bebidas, pulpa y papel, productos químicos, petróleo, gas y petroquímicos; hasta sitios comerciales y gubernamentales, tales como plantas de generación de energía, parques de energía eólica, instalaciones de tratamiento de agua y aguas residuales, aeropuertos y centros de transporte, bases militares, buques y astilleros, ferrocarriles, túneles, presas y puentes. Los productos de grado industrial también son relevantes para otros usos, como sensores en el pavimento en un semáforo, sistemas inteligentes de parquímetros o medidas de seguridad del campus, como cámaras de zoom de inclinación panorámica y cuadros de llamada. Si bien cada industria es única, todas comparten factores comunes, como los riesgos ambientales y las prioridades empresariales.

Las interrupciones inoportunas y costosas se pueden prevenir en gran medida a través de una infraestructura de red bien planificada y ejecutada que incorpora componentes de grado industrial endurecidos ambientalmente en las capas física, de enlace de datos y de red. Un marco de diseño robusto permite a las empresas industriales llevar a cabo sus funciones de misión crítica proporcionando los más altos niveles posibles de tiempo de actividad, seguridad y control.


Componentes de grado industrial

En una oficina típica, la infraestructura Ethernet se instala en un entorno relativamente limpio y silencioso con cables ocultos detrás de paredes, en techos o debajo de pisos con interruptores de red, hardware y componentes de conectividad protegidos en áreas protegidas.

Las instalaciones industriales presentan una realidad muy diferente. Aquí, muchos, si no la mayoría de los cables y conectores son parte integral de la automatización de la máquina, la instrumentación y los sistemas de control, lo que los coloca en situaciones duras y potencialmente peligrosas. Incluso, los mejores sistemas Ethernet “Comerciales sacado del estante” (COTS, del inglés “Commercial Off-The-Shelf”) no están hechos para manejar estas condiciones con el tiempo. Las condiciones extremas requieren cables resistentes.

Considere, por ejemplo, los efectos nocivos que estas condiciones ambientales comunes pueden tener en los componentes de la red:

Temperaturas extremas. El frío extremo puede hacer que los cables COTS sean rígidos y frágiles, mientras que las temperaturas elevadas pueden degradar el plástico utilizado en la construcción de los cables y causar un aumento en la atenuación. Los cables de grado industrial pueden funcionar en un rango de temperatura mucho más amplio (-40°C a +85°C) que los cables COTS (de 0°C a +60°C).

Exposición química. Los aceites, disolventes, productos químicos y soluciones de limpieza pueden sumergirse en los cables COTS, especialmente bajo el estrés del calor, haciendo que la chaqueta del cable se hinche y pierda resistencia mecánica.

Radiación UV. La exposición a la luz solar puede hacer que las chaquetas de cable COTS se descompongan a un ritmo acelerado, lo que compromete la resistencia mecánica y el rendimiento eléctrico.

Peligros físicos. Los ajustes industriales presentan muchos riesgos mecánicos, especialmente para los cables y conectores de automatización de máquinas. El movimiento o la vibración excesivos de la máquina pueden provocar que los cables se tiren o se estiren con una fuerza excesiva, lo que puede degradar el rendimiento eléctrico y aumentar la susceptibilidad a la interferencia electromagnética ambiental (EMI) o a la interferencia de radiofrecuencia (RFI). Los vehículos de planta, como carretillas elevadoras y carros móviles, pueden atropellar accidentalmente los cables, causando abrasión, aplastamiento o corte.


Incluso, los componentes Ethernet COTS bien fabricados y correctamente instalados no están construidos para sobrevivir a este tipo de peligros. Solo los componentes endurecidos de grado industrial son lo suficientemente robustos como para soportar los desafíos ambientales presentes en los entornos industriales diarios.


Selección de un cable Ethernet industrial: ¿fibra o cobre?

Los cables Ethernet de fibra óptica representan lo último en preparación para el futuro y están disponibles para uso en interiores o exteriores. Los diseños típicos utilizan fibras multimodo en una configuración de tubo suelto, generalmente disponible en construcciones de 2 a 72 fibras. Otras consideraciones sobre el cable de fibra incluyen las siguientes:

Para manejar fuentes de luz Gigabit Ethernet y cualquier requisito de ancho de banda ampliado, algunos cables utilizan una fibra optimizada para láser.

Para la protección contra la humedad, se debe incluir un agente de bloqueo de agua en la construcción del cable.

En entornos particularmente hostiles, una chaqueta exterior de polietileno clorado (CPE) proporcionará protección adicional contra productos químicos o abrasión. Una cinta de blindaje o un blindaje de aluminio/acero también pueden ser apropiados para entornos extremos, incluyendo algunas situaciones de entierro.

Un cable de fibra óptica COTS básico probablemente no soportará condiciones industriales: se necesita un cable Ethernet de fibra óptica, diseñado con características robustas para funcionar en entornos industriales.

Las calificaciones incluyen:
– Tipo UL: Fibra óptica, elevador no conductor (OFNR).
– Tipo cUL: OFN FT4.
– Prueba de llama IEEE 383-2003.


Los cables Ethernet de cobre son la opción más tradicional en instalaciones industriales, disponibles para aplicaciones Cat 5e, Cat 6 o Cat 6a. Otras consideraciones sobre el cable de cobre incluyen:

Los cables Cat 5e todavía se utilizan ampliamente hoy en día, sin embargo, las nuevas instalaciones favorecen el uso de cables Cat 6 para satisfacer velocidades Gigabit y mayor ancho de banda. Los cables Cat 6a también son una opción para una mejora extrema para el futuro.

Los cables de par trenzado Cat 5e, Cat 6a y Cat 6a están disponibles utilizando cualquier número de tipos de conductores, aislamientos, blindaje y chaquetas.

El blindaje también está disponible para entornos extremadamente hostiles.


Criterios de selección adicionales

¿Con o sin blindaje? Los productos sin blindaje se pueden utilizar en la mayoría de los entornos, mientras que los productos blindados se recomiendan para entornos con alto ruido.

Shielding. Normalmente, una lámina se utiliza para proteger la integridad de la señal y para detectar cualquier interferencia o ruido indeseable. Sin embargo, para proporcionar durabilidad adicional y protección contra el ruido, se puede utilizar una combinación de láminas y trenzas.

¿Conductores sólidos o trenzados? Los conductores sólidos son adecuados para la mayoría de las instalaciones, mientras que los conductores trenzados proporcionan flexibilidad adicional para un mejor manejo en espacios pequeños. Para aplicaciones de flexión robótica/continua, se recomienda el uso de un cable con un conductor altamente trenzado.

Conformidad/centricidad del par. Los cables de par unido proporcionan resistencia a los rigores de la instalación mediante la utilización de una técnica de fabricación que fija el aislamiento de los pares de cables a lo largo de sus ejes longitudinales para que no se puedan desarrollar huecos entre los pares de conductores. Una construcción de cable de par no contado puede ser susceptible a emparejar durante la instalación (lo que resulta en desajustes de impedancia).

Aislamiento. La mayoría de los cables Ethernet de grado industrial utilizan un aislamiento de poliolefina. Para temperaturas extremas, sin embargo, se recomienda un aislamiento de etileno propileno fluorado (FEP) y una chaqueta.

Chaquetas. Los cables resistentes al aceite y a la luz solar suelen tener una chaqueta de cloruro de polivinilo (PVC). Si los cables están expuestos a la humedad, un agente de bloqueo de agua debe ser parte de la construcción del cable, así como chaquetas de polietileno interior y exterior (PE) si el cable está enterrado. La resistencia al gas requiere un cable con camisa FEP, mientras que las chaquetas LSZH están disponibles para entornos donde el humo / llamas son un riesgo, con el fin de evitar la toxicidad del humo por razones de seguridad. Para entornos de temperaturas extremas, los cables deben contar con una chaqueta FEP (para una temperatura de funcionamiento prolongada de -70°C a +150°C). Y, para aplicaciones continuas de flexión o robótica, que podrían incluir la complicación de salpicaduras de soldadura, se recomiendan cables con chaquetas interiores y exteriores de elastómero termoplástico (TPE).


Por Brian Shuman, Senior Product Engineering Project Manager, Industrial Cable en Belden. Artículo gentileza de Concables.
www.concables.cl
Septiembre 2020
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