XiuaElectronics: Errores más comunes al momento de crear una PCB

Errores más comunes al momento de crear una PCB

Buenos días estimados lectores. En el día de hoy vamos a ver un tema de suma importancia, y es acerca de los errores más comunes que hay al momento de diseñar y quemar una PCB o un circuito electrónico. Comencemos.

Al momento de crear una PCB lo que hacemos es utilizar con software de diseño electrónico, lo cual si no se tiene un conocimiento adecuado del funcionamiento de este, podría generar errores en cuanto al trazado de rutas y/o distribución de los componentes.

Figura 1: Tarjeta electrónica con bloque de potencia
 y componentes correctamente disipados y espaciados

Distribución de los componentes

La distribución de los componentes se da dependiendo de la estética del circuito que se este manejando, así como el tamaño y tipos de componentes. Por ejemplo, si estamos diseñando un circuito el cual va a trabajar o va a circular bastante tensión y por tal razón la disipación de corriente tendrá un efecto térmico, deberemos asegurarnos que los componentes tengan un correcto flujo de aire y que estén disipados, (Figura 1). Muchas veces las personas por el afán de dejar una tarjeta electrónica lo más diminuta posible, lo que hace es diseñarla de tal forma que los componentes queden pegados un con el otro.Esto es un error muy frecuente, por que al calentarse los componentes lo que se esta haciendo es generar más calor del que se puede dispar y por tal motivo dañaran sus componentes o acortaran la vida útil de estos.

Figura 2: Separación del bloque digital y el bloque análogo

Separación de señales análogas y digitales

Se tiende a pensar que los componentes análogos y digitales se separan, con una tierra ranurada o separada, pero la realidad es que es más importante la ubicación adecuada, en especial no contaminar las pistas digitales, cuando pasan cerca de la parte análoga, se acoplan vertical u horizontalmente a una pista análoga (o viceversa), o cuando pasa una pista digital sobre una tierra o alimentación análoga (o viceversa), (Figura 2). Recordemos que acá hay un factor importante, y es el diferenciamiento de lo que son las pistas pertenecientes a la tierra, al retorno de linea y al VCC, por consiguiente también al momento de ubicar la parte analógica y la parte digital, deberemos tener en cuenta que cerca de estas partes o hayan retornos para así evitar tensiones parásitas que nos provoquen datos inexactos, por ejemplo en un ADC.

Figura 3: Pistas no ortogonales

Ángulo de ruteo de las pistas 

Figura 4: Pistas ortogonales

Los ángulos de las pistas casi siempre las diseñan de manera ortogonal, (Figura 4), y esto es algo incorrecto. El ángulo de ruteo deberá evitar a toda costa la ortogonalidad de las pistas de cobre, (Figura 3), para así evitar que se esto generaba un efecto antena de radiación o emisión electromagnética, debido al cambio de impedancia de la pista en el ángulo de 90º. Con el tiempo y estudios, se comprobó que esto es crítico para frecuencias mas allá de 50Mhz, por tanto es suficiente con trazar ángulos de 45º, para evitar, para ángulos mayores de 45º y menores de 90º se pueden presentar perdidas entre el 5 y el 9% de la señal. Sin embargo en frecuencias de 500Mhz o más, es recomendable que los trazos empiecen a ser redondeados o curvos.

Figura 5: Etiquetado de pistas VCC y GND

Diferenciar el GND, el VCC, y retornos de señales

Usualmente se rutean las pistas pensando en conectar simplemente puntos, nodos, pads o conexiones electrónicas, sin tener en cuenta, desde donde se distribuye y hacia adonde la alimentación, o por donde viaja y como retorna la señal. Se debe tener en cuenta como se traza la alimentación y las señales, y por donde está el retorno, tierra o GND de estas. (Texas Designer, 2005). Es necesario identificar por lo menos las pistas más importantes, como lo son la de alimentación, la tierra y las de adquisición de datos, (Figura 5). En el momento de verificar el correcto funcionamiento de un circuito esto será muy importante ya que en alguna posible falla, optaremos por ver el esquemático y analizar las pistas ya identificadas, para sí encontrar con brevedad el error del diseño.

Figura 6: Zona de cobre etiquetada como GND, y
 los pads correspondientes a los tornillos que travesearán la tarjeta

Zonas de cobre o planos a tierra

Esas zonas de cobre en circuitos de una o dos capas, o planos para circuitos multicapa, tienen las ventajas de reducir la impedancia parásita de la tierra, lo que reduce ampliamente las emisiones electromagnéticas no intencionales (EMI), así como mejorar el desempeño de los circuitos. Por lo general, estas zonas son las que más olvidan al momento de diseñar una PCB, y muchas veces al momento de quemar la baquela y montar y ensamblar el circuito, y posteriormente comprobar su funcionamiento, no trabajará como deseamos.
Además de lo anterior es de tener en cuenta el diseño mecánico al momento de crear las zona de tierra de nuestra tarjeta electrónica. Cuando diseñamos las cajas, o carcasas, deberemos por lo general optar por ajustar nuestra PCB a la base de la caja con tornillos, esto con el fin de aprovechar la tierra externa que nos esta dando la estructura de la caja y poder interconectarla con la tierra de nuestra tarjeta electrónica, (Figura 6). Esto para cuando la carcasa  la caja de nuestra tarjeta es de metal, o que en algún punto de su diseño haya alguna referencia de tierra. Entonces al momento de sujetar esta tarjeta a la base de la caja, tendrá que pasar por un agujero previamente planeado y diseñado de tal forma que nos proporcione una paca o zona de cobre un poco más ancho que el diámetro del tornillo, y asegurándonos que esta interconectado con la tierra del circuito. (No para todos los circuitos es necesario esto.).

Figura 7: Ancho de pistas con respecto a la intensidad soportada

Ancho de las pistas

Las pistas son como cables, en el cableado de una casa. En electrónica, la casa son los PCB, y las pistas sus cables. La capacidad de conducir la corriente en una pista está determinada por la temperatura, el espesor del cobre (altura de la pista) y el grosor o ancho de la pista, estos dos últimos se llaman sección cruzada o área de la pista (Área=grueso x ancho).
Si la pista no tiene el área cruzada adecuada, la pista se quema o no conduce la corriente. Usualmente se consigue en internet la siguiente tabla (Figura 7), donde explica que de acuerdo a la corriente que circulara por la pista, y el cambio de la temperatura que va a sufrir la pista, se elige un área cruzada, que corresponde a un ancho de la pista si la misma pista tiene un espesor definido. Para el ejemplo 1, para 1 amperio de corriente, con 1/2 onza de cobre (17 micrómetros, 0.0007”, le corresponde una pista de alrededor de 40 mils, 0.040” – 1mm) (Electronics Exchange, 2017). Según nuestra experiencia, es muy optimista esta tabla y se da en condiciones ideales o de laboratorio. En la vida diaria, y teniendo en cuenta el peor caso, que siempre ocurre, es mejor utilizar esta tabla (para 1 onza de cobre, 35 micrómetros).






Escrito por: Breismam Alfonso Rueda Díaz


Fuentes:

• Al Delta Innovación y tecnología. Curso virtual diseño de circuitos impresos PCB con normas Internacionales. www.aldelta.com.co 2015. Bogotá, Colombia. 
• Altera, resource center. https://www.altera.com/support/support-resources/support- centers/board-design-guidelines.html 2017. 
• Electronics Exchange. Julio 2017. https://electronics.stackexchange.com/questions/5403/standard-pcb-trace-widths 
• IPC Association Connecting Electronics Industries. (2003). IPC 2221 Generic Standar of printed board Design. Bannockburn, IL: IPC. 
• Mitzner, Krai . Complete PCB Design Using Orcad Capture and Layout. 2010. 
• Topology Planning and Routing, Dean Wiltshire, SDD product architect - Mentor Graphics Corporation 
• Qualiy Eco Circuits Py Ltda. (3 de 3 de 2015). PCB Design Guidelines. Recuperado el 1 de 1 de 2016, de http://www.qualiecocircuits.com.au/pcb-design-guidelines.htm 
• Texas Designer. (2005). Experiences in PCB Design. Texas: Self.

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XiuaElectronics: Consejos para tener en cuenta al momento de crear PCB profesional

Consejos para tener en cuenta al momento de crear PCB profesional

Buenos días estimados lectores. En el día de hoy vamos a ver un tema de suma importancia, y es acerca de algunos concejos básicos al momento de diseñar sus PCBs  sin importar el tipo que sea ni el software a utilizar. Comencemos.

Hoy en día con la proliferación de la tecnología, ha habido un aumento significativo de personas que adquieren conocimientos acerca de la electrónica. Por lo general, la gran mayoría aprende de una forma empírica, ya que por necesidad y tiempo se ven obligadas a buscar información en la red de como crear dispositivos electrónicos para poder así suplir sus necesidades. Por tal razón me veo obligado a orientar un poco en este tema, ya que al momento de crear dispositivos, las personas diseñan PCB sin seguir unas normas básicas y que esto último es muy esencial para que los dispositivos funcionen correctamente así que sin más preámbulos comencemos con el listado de normas básicas para poder crear una PCB de manera profesional.

Normas no reglamentadas para poder diseñar correctamente una PCB:

Figura 1: implementación de grid en diseño de pcb con el software Eagle 

1. En muchos softwares electrónicos implementas una funcionalidad que es el de la rejilla (grid); esta lo que hace es proporcionarnos una guiá para que podamos alinear y configurar a nuestro gusto los componentes que van a ir en ella, (Figura 1). En todos o la gran mayoría de softwares de diseño electrónico podemos configurar el tamaño de las rejillas tanto en pulgadas como en milímetros. Esta herramienta es demasiado útil para cuando estemos trabajando con componentes superficiales o muy pequeños.
2. El largo de las pistas y el distanciamiento que hay entre componentes debe ser lo más corto posible. Esto obedece a varias razones, una de esas son el consumo de materiales al momento de crear nuestra pcb. por ejemplo, se requiere más tiempo el crear o fabricar 1000 pcb de 10x10 cm a 100 pcb de 5x5 cm. Además que el coste energético, así como el de materiales utilizados. Además hay una razón más de tipo eléctrico, y esta es que se pueden generar corrientes parásitas en la pista de cobre, las cuales podrían afectar el funcionamiento del circuito. Esto es muy esencial para cuando estamos trabajando con circuitos ADC, DAC o cualquier circuito de altas frecuencias. Además hay que ver el cuidado del medio ambiente. Para generar una PCB estamos utilizando ácido férrico, o nítrico en su efecto. Dependiendo su elección. Esto puede generar problemas ambientales graves, y más cuando son vertidos a las aguas residuales o a un río. Mi consejo para el medio ambiente y su cuidado es que siempre traten de utilizar métodos como la extrusión del cobre inservible a través de una ruteadora CNC y por lo general intenten aprovechar correctamente los químicos (Antisolder, ácidos, estaño liquido, etc) que se utilizan para no afectar nuestro medios ambientales.
3. Un error común que todos cometemos, y en ese error me incluyo, es que en el momento de crear nuestra pcb no tenemos en cuenta la tierra del circuito. Es indispensable poner una mascara contra tierra de tal forma que las corrientes parasitarias aterricen en ella. Además que ayuda al flujo de tensión por el circuito, llevando a que las impedancias sean mínimas.  
4. Como mencionamos anteriormente, lo adecuado es dejar las pistas lo más cortas posibles. También en ciertos circuitos es necesario implementar un arreglo de condensadores, cristales, resistencias y demás para su correcto funcionamiento, un ejemplo de ellos son los típicos circuitos  de microcontroladores. En este caso, los microcontroladores dependen de una frecuencia que es generada por un cristal y un arreglo de condensadores. Esto cuando se trabaja con reloj externo. Podemos ver en la figura 2 como la placa de Arduino uno implementa lo mencionado en este punto. Tratan de dejarlo más cerca posible los arreglos del microcontrolador para optimizar espacio y recursos.

   

   Figura 2: circuito básico del Atmega 328p de una placa de Arduino uno. Configuración con reloj externo.

5. Una recomendación en cuanto a los componentes utilizados en el diseño y creación de la pcb es que deben tener en cuenta que los componentes estén disponibles en el mercado. Esto evitará perdidas innecesarias de tiempo.
6. Siempre es necesario tener en cuenta las reglas DRC (Design rules check) para el diseño de PCB. Por lo general los software de diseño electrónico poseen una función que nos permite evaluar el diseño que estamos creando y así verificar el DRC de nuestra PCB. En Eagle es (Figura 3).

Figura 3: función DRC de Eagle Autodesk 9.2

1. 7. Utilizar serigrafia preferentemente de una forma inteligente. Hacer las anotaciones pertinentes sin importan que  posteriormente los componentes tapen o cubran las anotaciones. esto sirve para el fácil ensamble de los componentes en la pcb.
2. 8. Verifique su diseño pcb en algún software 3D para poder así observar los detalles de como quedará su tarjeta y probablemente evitar errores en ella.
3. 9. Es recomendable crear una pcb de tipo modular, siempre o casi siempre. Esto con el fin de que sus tarjetas se les pueda añadir nueva hardware, algo muy parecido a las board de los computadores. Esto tiene muchos beneficios, entre ellos, reutilización de materiales, y componentes. Cuidado con el medio ambiente al evitar botar una tarjeta desactualizada. Continuidad de soporte para un producto y dependencia de un cliente.
4. 10. Evitar a toda costa la ortogonalidad de las pistas de cobre para así evitar que se  esto generaba un efecto antena de radiación o emisión electromagnética, debido al cambio de impedancia de la pista en el ángulo de 90º. Con el tiempo y estudios, se comprobó que esto es crítico para frecuencias mas allá de 50Mhz, por tanto es suficiente con trazar ángulos de 45º, para evitar, para ángulos mayores de 45º y menores de 90º se pueden presentar perdidas entre el 5 y el 9% de la señal. Sin embargo en frecuencias de 500Mhz o más, es recomendable que los trazos empiecen a ser redondeados o curvos

En general estos son algunos consejos muy útiles al momento de crear una PCB de manera profesional. Espero que los tomen en cuenta amigos. Esperen una proxima entrada de los errores más comunes al momento de diseñar una PCB. Esto es muy esencial para evitar futuros dolores de cabeza 😉.

Escrito por: Breismam Alfonso Rueda Díaz

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XiuaElectronics: ¿Qué son los aisladores eléctricos?

¿Qué son los aisladores eléctricos?

En los sistemas eléctricos y con mayor frecuencia en las acometidas, directamente en las lineas de transmisión hay algunos factores que pueden hacer variar el desempeño de las lineas de transmisión de alto voltaje. En las lineas de transmisión, tenemos dos factores fundamentales de los cuales tenemos la certeza que al no tenerlos en cuenta con el tiempo podría afectar el rendimiento y funcionamiento de la transmisión de voltaje por estas. Estos factores son el aire y los elementos aisladores. Ya que las líneas de transmisión se ubican al aire libre y pueden cubrir, en muchos casos, cientos de kilómetros es necesario considerar diversos factores para un buen desempeño del aislamiento. Estos factores deben tomar en cuenta los espaciamientos mínimos línea-estructura, línea-tierra y entre fases, el grado de contaminación del entorno, la cantidad de elementos aisladores a considerar y la correcta selección de estos. Los aisladores cumplen la función de sujetar mecánicamente el conductor manteniéndolo aislado de tierra y de otros conductores. Deben soportar la carga mecánica que el conductor transmite a la torre a través de ellos. Deben aislar eléctricamente el conductor de la torre, soportando la tensión en condiciones normales y anormales, y sobretensiones hasta las máximas previstas (que los estudios de coordinación del aislamiento definen con cierta probabilidad de ocurrencia). La tensión debe ser soportada tanto por el material aislante propiamente dicho, como por su superficie y el aire que rodea al aislador. La falla eléctrica del aire se llama contorneo, y el aislador se proyecta para que esta falla sea mucho más probable que la perforación del aislante sólido. Surge la importancia del diseño, de la geometría para que en particular no se presenten en el cuerpo del aislador campos intensos que inicien una crisis del sólido aislante.

Tipo de materiales utilizados en aisladores

Aislador de porcelana

Históricamente se han utilizado distintos materiales, porcelana, vidrio, y actualmente materiales compuestos, y la evolución ha ocurrido en la búsqueda de mejores características y reducción de costos. 

• Porcelana: Es una pasta de arcilla, caolín, cuarzo o alúmina se le da forma, y por horneado se obtiene una cerámica de uso eléctrico. Este material es particularmente resistente a compresión por lo que se han desarrollado especialmente diseños que tienden a solicitarlo de esa manera. 

• Vidrio: Cristal templado que cumple la misma función de la porcelana, se trabaja por moldeado colándolo, debiendo ser en general de menos costo. Se puede afirmar que en general la calidad de la porcelana puede ser más controlada que la del vidrio, esta situación es evidenciada por una menor dispersión de los resultados de los ensayos de rotura. 

• Materiales compuestos: Fibras de vidrio y resina en el núcleo, y distintas "gomas" en la parte externa, con formas adecuadas, han introducido en los años más recientes la tecnología del aislador compuesto. Estas modernas soluciones con ciertas formas y usos ponen en evidencia sus ventajas sobre porcelana y vidrio.

Aislador compuesto

Aislador de vidrio

Forma de los aisladores

La forma de los aisladores está en parte bastante ligada al material, y se puede hacer la siguiente clasificación: 

• Aisladores de campana: (también llamados de disco) generalmente varios forman una cadena, se hacen de vidrio o porcelana con insertos metálicos que los articulan con un grado de libertad (horquilla) o dos (caperuza y badajo, cap and pin). Las normas fijan con detalle geometría, tamaños, resistencia electromecánica, ensayos. 
• Aisladores de barra: los hay de porcelana, permiten realizar cadenas de menor cantidad de elementos (más cortas), la porcelana trabaja a tracción y existen pocos fabricantes que ofrecen esta solución, especialmente si se requieren elevadas prestaciones, ya que no es una solución natural para este material, en cambio es la solución natural de los aisladores de suspensión compuestos. Mientras que para la porcelana se limita la longitud de la barra y en consecuencia para tensiones elevadas se forma una cadena de algunos elementos, para el aislador compuesto siempre se realiza un único elemento capaz de soportar la tensión total.
• Aisladores rígidos: en tensiones bajas y medias tienen forma de campana, montados sobre un perno (pin type) y se realizan de porcelana o vidrio. A medida que la tensión crece, tamaño y esfuerzos también, y se transforman en aisladores de columna aptos para soportar esfuerzos de compresión y de flexión (post type) y pueden asumir la función de cruceta en líneas de diseño compacto. En estos casos pueden ser de porcelana y modernamente de materiales compuestos, cuando el esfuerzo vertical a que se somete la "viga" aislante es muy elevado se agrega un tensor del mismo material (inclinado 45 grados generalmente) dando origen a una forma de V horizontal. Los aisladores se completan, como ya indicado, con insertos metálicos de formas estudiadas para la función, y que tienden a conferir movilidad (en las cadenas) o adecuada rigidez (en las columnas). Al especificar los aisladores se resaltan dos tipos de características, que deben combinar por su función, las mecánicas, y las eléctricas.

Características de los aisladores

Las características exigibles a los aisladores para su empleo en líneas eléctricas son: 

• Adecuada tensión de perforación: rigidez dieléctrica suficiente para que la tensión de perforación sea lo más elevada posible. 
• Adecuada tensión de contorneamiento: disposición adecuada de forma que la tensión de contorneamiento presente valores elevado y, por consiguiente, no se produzcan descargas entre los conductores y el apoyo a través de los aisladores. 
• Resistencia a las variaciones de temperatura, por encontrarse a la intemperie. 
• Ausencia de envejecimiento durante el periodo de vida útil de la línea. 
• Resistencia combinada adecuada a los esfuerzos eléctricos, técnicos y mecánicos.

Características mecánicas:

Los aisladores de cadena deben soportar solo cierta tracción 7000, 16000 o mas kg. Los aisladores rígidos deben soportar cierta compresión, y/o cierta flexión. Los ensayos de características mecánicas se hacen con solicitación eléctrica simultánea. Al estar sometidos a las inclemencias del tiempo una característica muy importante es la resistencia al choque térmico (que simula el pasar del pleno sol a la lluvia). También por los sitios donde se instalan, los aisladores son sometidos a actos vandálicos (tiros con armas, proyectiles pétreos o metálicos arrojados), es entonces importante cierta resistencia al impacto. Frente a estas solicitaciones el comportamiento de los tres tipos de materiales es totalmente distinto, el vidrio puede estallar, siendo una característica muy importante que la cadena no se corte por este motivo. La porcelana se rompe perdiendo algún trozo pero generalmente mantiene la integridad de su cuerpo, mecánicamente no pierde características, solo son afectadas sus características eléctricas. Con los aisladores compuestos por su menor tamaño es menos probable que la agresión acierte el blanco, los materiales flexibles no se rompen por los impactos y las características del aislador no son afectadas.

Características Eléctricas:

Los aisladores deben soportar tensión de frecuencia industrial e impulso (de maniobra y/o atmosféricos), tanto en seco como bajo lluvia. Influyen en la tensión resistida la forma de los electrodos extremos del aislador. Una característica importante es la radio-interferencia, ligada a la forma del aislador, a su terminación superficial, y a los electrodos (morsetería). En las cadenas de aisladores, especialmente cuando el número de elementos es elevado la repartición de la tensión debe ser controlada con electrodos adecuados, o al menos cuidadosamente estudiada a fin de verificar que en el extremo crítico las necesidades que se presentan sean correctamente soportadas. La geometría del perfil de los aisladores tiene mucha importancia en su buen comportamiento en condiciones normales, bajo lluvia, y en condiciones de contaminación salina que se presentan en las aplicaciones reales cerca del mar o desiertos, o contaminación de polvos cerca de zonas industriales. La contaminación puede ser lavada por la lluvia, pero en ciertos lugares no llueve suficiente para que se produzca este efecto beneficioso, o la contaminación es muy elevada, no hay duda de que la terminación superficial del aislante es muy importante para que la adherencia del contaminante sea menor, y reducir el efecto (aumentar la duración). Una característica interesante de los materiales compuestos siliconados es un cierto rechazo a la adherencia de los contaminantes, y/o al agua. La resistencia a la contaminación exige aumentar la línea de fuga superficial del aislador, esta se mide en mm/kv (fase tierra), y se recomiendan valores que pasan de 20, 30 a 60, 70 mm/kv según la clasificación de la posible contaminación ambiente. En este artículo se hace una revisión de las características dieléctricas del aire, tipos de aisladores y los ensayos a los que deben someterse estos.

Escrito por: Breismam Alfonso Rueda Díaz

Fuentes:

• https://www.dirind.com/die/monografia.php?cla_id=5
• http://www.quieroapuntes.com/tipos-de-aisladores.html

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XiuaElectronics: Compuestos termoplásticos y termoestables usados en la fabricación de cables para baja tensión.

Cableado de control- Breismam Rueda

Compuestos termoplásticos y termoestables usados en la fabricación de cables para baja tensión.

Buenos días estimados lectores. En el día de hoy vamos a ver un un tema muy importante, que en la actualidad la mayoría de personas encaminadas en las ciencias eléctricas y electrónicas desconocen y se trata de los materiales utilizados para los distintos tipos de cables usados en la fabricación de celdas y/o proyectos que involucren baja tensión.

Los cables con aislamientos termoestables han venido desplazando los tradicionales cables aislados con compuestos termoplásticos como el PVC (Policloruro de Vinilo) o el PE (Polietileno), especialmente en las instalaciones eléctricas de uso industrial. La principal razón de este cambio se debe a que los materiales termoplásticos sufren deformación en presencia de altas temperaturas producidas especialmente por sobrecargas de corriente en el conductor. Por el contrario, los cables con aislamientos termoestables, han sido tratados bajo un proceso de reticulación o vulcanización con el que el material no se funde ni se deforma al incrementar la temperatura.

En la industria eléctrica y electrónica por lo general no usado muy frecuentemente en esta última se desarrollan proyectos en los cuales involucran conductores de distintos tipos, con diferentes características; estos conductores son usualmente cables, por ellos viaja un diferencial de potencial que posteriormente energizará un dispositivo electrónico, electromecánico y/o eléctrico. A través de estos cables pasaran tensiones de diferentes magnitudes, y a su vez tendrá que soportar una disipación térmica producida por la colisión de electrones que viajan por este. Por tal motivo la industria algunos conductores (cables) con un tipo de aislamiento especial, que variará según sean los requerimientos de diseño del circuito a implementar. Vamos a ver algunos de estos y cuales son sus diferencias (Tabla 1).

Tabla 1: Cables típicos usados en baja tensión. Imagen de Centelsa Colombia.

Lo anterior, ha generado el uso masivo de los cables que usen un aislamiento termoestable como el XLPE (Cross linked Polyethylene – Polietileno de enlace cruzado o Polietileno Reticulado) y el EPR (Ethylene propylene rubber – Caucho de Etileno Propileno) que son exigidos en la mayoría de proyectos industriales.

El XLPE (Polietileno Reticulado) es un material con propiedades físicas, mecánicas y eléctricas superiores a las del PVC, especialmente por su dureza, su elevada resistencia a la rotura, a la intemperie, al calor y a su vez a las bajas temperaturas; además de tener un mejor comportamiento eléctrico (mayor resistencia de aislamiento y rigidez dieléctrica). El XLPE se empezó a usar a mediados de los años 60 para aislamientos de cables de baja tensión extendiendo su uso rápidamente a cables de media, alta y extra alta tensión. El EPR (Caucho de Etileno Propileno) posee características muy similares en cuanto a capacidad de carga y temperaturas de operación del XLPE, sin embargo el EPR es un material más flexible y posee un mejor comportamiento frente a la humedad. En aplicaciones de media tensión (cables desde 5kV hasta 46kV) los aislamientos en EPR son exigidos por la industria cuando existe mucha presencia de humedad, debido a que se considera un compuesto naturalmente resistente a los efectos negativos producidos por ésta. En la siguiente tabla (Tabla 2), veremos las características esenciales de los compuestos termoestables y en que escenarios son utilizados frecuentemente.

Aislamientos eléctricos para cables

Los cables eléctricos son aislados generalmente con materiales plásticos,que es la forma común como se denominan a los polímeros de origen sintético; es decir los que se obtienen a partir del petróleo, gas natural o carbón. Además de los polímeros de alto peso molecular, un plástico contiene sustancias (aditivos) para adecuar sus propiedades eléctricas, físicas y mecánicas con el fin de facilitar su transformación de acuerdo a su uso o aplicación.

Entre los diferentes materiales plásticos usados para cables eléctricos y de telecomunicaciones tenemos:

• Policloruro de vinilo (PVC) – Rango de temperaturas de 60, 75, 90, 105 y hasta 125°C. 

• Polietileno (PE) – Estos pueden ser de baja, media y alta densidad. 

• Polietileno reticulado (XLPE) • Cauchos (Elastómeros) 

• Nylon – usado como protección mecánica y aislamiento de cables para baja tensión y algunas acometidas telefónicas. 

Los polímeros pueden ser termoplásticos o termofijos. Los polímeros termoplásticos bajo condiciones de temperatura experimentan un cambio “físico” de sus propiedades, cambian de su fase sólida a líquida por efecto de calor y este cambio es reversible. Los polímeros termoestables una vez reticulados, experimentan un cambio químico permanente. Este cambio genera un producto diferente de sus componentes originales, la reacción es permanente e irreversible.

Plásticos y su desglose con respecto a sus características térmicas y elásticas.

Sin embargo, el desarrollo de nuevas aplicaciones para los cables, ha sido el principal impulsor de nuevos compuestos aislantes con propiedades particulares para cada uso:

Compuestos aislantes actualmente usados en la industria eléctrica

Cable tipo SIS

Para algunos desarrollos especiales que requieren por lo general en las subestaciones eléctricas también se usa el cable tipo SIS. Se usa en circuitos de baja tensión, en operación e interconexión de dispositivos de protección que requieran alta performance de servicio. Cableado de tableros, paneles de control industrial y distribución. 

Características:

• Temperatura máxima: 90ºC de servicio en ambientes secos y húmedos.
• Tensión nominal: 600 Volt CA.
• Norma de construcción: UL 44.
• Norma de fuego: UL 1581 VW-1.
• Norma de conductores: ASTM B8.
• Código NEC: Art. 310.
• Descripción TIPO A Conductor:.
• Cobre electrolítico recocido estañado en formación clase C o D.
• Aislación: XLPE y HFFR (polietileno reticulado libre de halógenos y no propagante de la llama).
• Identificación: Color a elección: negro, rojo, marrón, azul, gris, blanco, verde, entre otros.

Escrito por: Breismam Alfonso Rueda Díaz

Fuentes: 

• http://www.centelsa.com.co
• https://www.marlew.com.ar/productos/cable_sis

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