Se hai mai trascorso del tempo in impianti industriali, apparecchiature di laboratorio o anche nella sala di controllo di un edificio commerciale, probabilmente hai sentito quella vibrazione bassa e rimbombante che non scompare mai del tutto. È il ronzio delle pompe in funzione, dei motori che girano, dei sistemi HVAC che funzionano: tutti i macchinari che mantengono le cose in movimento. E anche se quella vibrazione potrebbe sembrare solo un rumore di fondo, se lavori con cavi per strumentazione (o fai affidamento su di essi per mantenere i sistemi in funzione), è un grosso problema. Come fornitore di cavi per coppie di strumenti, mi viene chiesto continuamente: "Che effetto hanno effettivamente le vibrazioni su questi cavi? È qualcosa di cui devo preoccuparmi?"
Analizziamolo nel dettaglio, senza gergo (lo prometto), e spieghiamo in che modo le vibrazioni influiscono sui cavi della coppia di strumenti, quali tipi di danni potresti non vedere e come costruiamo i nostri cavi per gestirli. Innanzitutto, iniziamo con le basi. I cavi per strumentazione sono gli eroi non celebrati di tantissime operazioni: trasportano dati e alimentazione tra sensori, controller e monitor, giusto? Ma a differenza dei cavi di alimentazione che trasportano solo alta tensione, questi sono delicati. Gestiscono segnali minuscoli e precisi, come la lettura della temperatura da un tubo o i dati sulla pressione da un serbatoio. Una piccola interruzione in quel segnale può significare grossi problemi e la vibrazione è uno dei principali colpevoli.
Cosa succede quindi quando un cavo è esposto a vibrazioni continue? Cominciamo con il problema più ovvio, ma spesso trascurato: l'usura fisica. Immagina di tenere un pezzo di spago e di muoverlo avanti e indietro ancora e ancora: alla fine si sfilaccia e si spezza. I cavi funzionano allo stesso modo, ma molto più lentamente, perché sono fatti di metallo e isolamento. Le parti del cavo che si muovono l'una contro l'altra o che sfregano contro le superfici vicine (come scaffali metallici, altri cavi o persino pavimenti duri di piante) svilupperanno abrasione nel tempo. Per i cavi delle coppie di strumenti, che sono costituiti da più coppie di fili intrecciati (da qui "coppia"), questa torsione in realtà funziona contro di loro quando vibrano. Il costante movimento avanti e indietro allenta la torsione, che può causare lo spostamento dei fili all'interno della guaina del cavo. Potrebbe sembrare insignificante, ma se i conduttori di rame iniziano a toccarsi tra loro (o toccano lo schermo che è lì per bloccare le interferenze), si ottiene rumore elettrico. All'improvviso, quel segnale preciso su cui fai affidamento viene danneggiato: il tuo indicatore della temperatura potrebbe leggere in modo errato o la pompa potrebbe spegnersi senza motivo.
Un altro grosso problema è la fatica dei conduttori. Il rame è morbido e quando viene piegato o fatto vibrare ripetutamente nello stesso punto sviluppa quella che viene chiamata "fatica del metallo". Hai visto questo con una graffetta: piegala avanti e indietro alcune volte e si spezza, giusto? Il rame funziona allo stesso modo. La differenza è che questo affaticamento può verificarsi in profondità all'interno del cavo, dove non puoi vederlo. Potresti non notare un problema finché un giorno un conduttore non si rompe completamente e il segnale si interrompe. Questo è un grosso grattacapo per i team di manutenzione: i tempi di inattività non pianificati sono l'ultima cosa che si vuole. Per i cavi multicoppia, come il nostro cavo per strumentazione multicoppia, il rischio è ancora più elevato perché sono presenti più fili ravvicinati. Ogni coppia si muove un po' indipendentemente, quindi si sfregano l'una contro l'altra più che in un cavo a coppia più piccola.
Aspetta, ma non tutte le vibrazioni sono uguali, giusto? Questo è un punto chiave. Le vibrazioni a bassa frequenza (come il rombo di una grande pompa) sono diverse dalle vibrazioni ad alta frequenza (come il tremolio di un piccolo motore). La bassa frequenza è più una trazione costante avanti e indietro sul cavo, che provoca l'allentamento della torsione e l'affaticamento del conduttore. L'alta frequenza è più simile a una rapida scossa, che può causare micromovimenti all'interno del cavo, sufficienti a creare piccoli spazi tra il conduttore e il suo isolamento o a danneggiare l'integrità dello schermo nel tempo. E se il tuo cavo si trova in un'applicazione flessibile (come un macchinario in movimento), la vibrazione abbinata alla flessione costante è un doppio problema. Ecco perché progettiamo i nostri cavi per ambienti diversi, ma anche quelli più robusti presentano dei limiti se le vibrazioni sono estreme.
Ora parliamo di qualcosa che non tutti considerano: la schermatura. La maggior parte dei cavi delle coppie di strumenti è dotata di una schermatura (solitamente in alluminio o rame) per proteggerla dalle interferenze elettriche provenienti da altre apparecchiature. Le vibrazioni possono danneggiare lo scudo in due modi. Innanzitutto, se lo scudo è del tipo a lamina, lo sfregamento costante può provocare piccoli fori. Quei buchi lasciano entrare il rumore, che rovina il segnale. In secondo luogo, anche una schermatura intrecciata può allentarsi a causa delle vibrazioni, quindi i singoli fili della treccia si spostano e perdono la loro conduttività. Se la schermatura non è messa a terra correttamente (cosa estremamente importante per i cavi di strumentazione), la perdita di conduttività è ancora peggiore. Lo abbiamo visto negli impianti industriali in cui i vecchi cavi in aree soggette a vibrazioni elevate avrebbero avuto una perdita di segnale intermittente e la risoluzione dei problemi avrebbe richiesto un'eternità: si è scoperto che la schermatura si era allentata a causa delle vibrazioni.
Allora cosa puoi fare? Innanzitutto, scegli il cavo giusto per il tuo ambiente. Se ti trovi in un'area con vibrazioni elevate e costanti, un cavo per strumenti standard a 2 coppie potrebbe non essere sufficiente. Hai bisogno di un cavo costruito con conduttori più resistenti, torsioni più strette e una guaina più resistente. Il nostro cavo per strumenti a 4 coppie, ad esempio, utilizza conduttori in rame intrecciati che sono più flessibili del rame solido, quindi gestiscono meglio le vibrazioni senza rompersi. La giacca è realizzata in materiale termoplastico resistente all'abrasione e con una maggiore resistenza alla trazione, quindi non si sfrega facilmente. E per ambienti industriali estremamente difficili, il nostro cavo per strumentazione industriale è progettato specificamente per condizioni difficili: vibrazioni, temperature estreme, sostanze chimiche e tutto.
Aspetta, diventiamo reali: siamo un fornitore, quindi non ti mentirò: nessun cavo è completamente immune alle vibrazioni. Ma ci sono caratteristiche di design che fanno un’enorme differenza. Ad esempio, quando costruiamo il nostro cavo per strumentazione multicoppia, utilizziamo separatori interni tra le coppie. Questi separatori impediscono alle coppie di sfregarsi l'una contro l'altra durante le vibrazioni, riducendo l'abrasione e il rumore. Un'altra cosa: il pressacavo. Gran parte dei danni si verificano proprio nel punto in cui il cavo esce dal pannello o dall'apparecchiatura: se non è presente un pressacavo, tutte le vibrazioni tirano il cavo proprio in quel punto, causando l'affaticamento dei conduttori. Ecco perché quando vendiamo cavi includiamo sempre una guida per la corretta installazione, non solo il cavo stesso.
Ho menzionato prima anche i cavi resistenti al fuoco: che dire dei cavi per strumentazione resistenti al fuoco? Se la tua applicazione è in una struttura a rischio di incendio, hai bisogno di un cavo che non solo gestisca le vibrazioni ma continui a funzionare anche durante un incendio. I nostri cavi ignifughi sono realizzati con un isolamento che non rilascia fumi tossici e mantiene l'integrità del segnale quando esposti a calore elevato e resistono comunque alle vibrazioni perché non compromettiamo la costruzione per la classificazione ignifuga. Si tratta di un aspetto importante per luoghi come centrali elettriche, ospedali o edifici commerciali dove il tempo di attività è fondamentale anche in caso di emergenza.
Vorrei condividere una breve storia per renderlo reale. L'anno scorso abbiamo lavorato con un impianto chimico che presentava problemi costanti con i sensori di livello. I sensori utilizzavano un cavo multicoppia standard e ricevevano letture false ogni volta che la pompa primaria dell'impianto funzionava: come potete immaginare, quella pompa creava enormi vibrazioni a bassa frequenza nella posizione del sensore. Quando sono venuti da noi, pensavano che fosse un problema con i sensori stessi, ma in realtà era il cavo. Li abbiamo sostituiti con il nostro cavo multicoppia industriale con separatori interni e guaina rinforzata, e da allora non hanno più avuto letture errate. Questo è il tipo di problema che risolviamo ogni giorno, ed è per questo che ci concentriamo sulla progettazione di cavi in grado di gestire ambienti con vibrazioni difficili.
Ora, come fai a sapere se le vibrazioni stanno influenzando i tuoi cavi? Cerca questi segnali: perdita di segnale intermittente, letture rumorose, guasto prematuro del cavo (molto prima della fine della sua durata prevista) o segni fisici di sfilacciamento sulla guaina del cavo o sui connettori. Se noti uno di questi problemi, non aspettare: le vibrazioni non faranno altro che peggiorare nel tempo, portando a tempi di inattività non pianificati, che sono molto più costosi rispetto all'aggiornamento dei cavi per gestire le vibrazioni.
Quindi il punto è questo: le vibrazioni sono inevitabili nella maggior parte degli ambienti industriali e commerciali, ma i cavi della coppia di strumenti non devono essere un anello debole. La chiave è scegliere un cavo progettato per il tuo specifico ambiente vibrante, installarlo correttamente con pressacavo ed eseguire ispezioni regolari per individuare i primi segni di danno. In qualità di fornitore, non ci limitiamo a vendere cavi: ti aiutiamo a scegliere quello giusto, a installarlo correttamente e a mantenere i tuoi sistemi funzionanti senza intoppi.
Se hai problemi con i cavi legati alle vibrazioni o vuoi semplicemente assicurarti di avere i cavi giusti per la tua operazione, siamo qui per aiutarti. Possiamo guidarti attraverso le nostre linee di prodotti, dal cavo per strumenti a 2 coppie e cavo per strumenti a 4 coppie alle opzioni di livello industriale e ignifugo, così potrai scegliere esattamente ciò di cui hai bisogno per il tuo spazio. Nessuna pressione, solo veri consigli da parte di un team che conosce i cavi della strumentazione dentro e fuori.
Hai domande? Vuoi parlare della tua applicazione specifica? Contattaci in qualsiasi momento e possiamo aiutarti a trovare la soluzione più adatta a te.
Riferimenti:
- Hamid, SH, et al. (2019). Effetti delle vibrazioni sulle proprietà meccaniche ed elettriche dei cavi per strumentazione. Transazioni IEEE sull'informatica industriale, vol. 15, n. 6, pp. 3542-3550.
- Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC). (2021). IEC 60794-1-2: Cavi in fibra ottica – Parte 1-2: Specifiche generiche – Requisiti di specifica dettagliata per cavi per esterni.
- Standard American Wire Gauge (AWG). (2022). Condurre la resistenza alla fatica e alle vibrazioni nei conduttori in rame intrecciati. Pubblicazione n. WC 1-2022 della National Electrical Manufacturers Association (NEMA).
