Cables, y sistemas de conducción

1.5 Cables, y sistemas de conducción

Los cables y sistemas de conducción son la infraestructura que conecta todos los componentes de un sistema automático, permitiendo que fluya la energía eléctrica hacia los actuadores y que circulen las señales de control desde los detectores hacia la unidad de control. Sin una infraestructura de conducción adecuada, los mejores componentes no pueden funcionar. Muchos problemas en sistemas automáticos que parecen ser fallos de equipos son en realidad problemas de conducción eléctrica: cables mal dimensionados, aislamiento dañado, o conexiones sueltas. Para un responsable de gestión y supervisión, la comprensión de estos elementos es fundamental para diagnosticar problemas rápidamente y garantizar la continuidad operativa del sistema.

La planificación, instalación y mantenimiento de la infraestructura de conducción requiere conocimiento técnico preciso. Las normas europeas UNE-EN 60364 (Instalaciones eléctricas en edificios) y UNE-EN 61936 (Instalaciones de alimentación) establecen requisitos muy específicos que deben cumplirse.

Selección y dimensionamiento de cables

El dimensionamiento de un cable no es una decisión estética: debe permitir que la corriente pase sin excesiva caída de tensión y sin que el cable se caliente peligrosamente. La sección del cable (en milímetros cuadrados) se selecciona basándose en dos criterios: la corriente máxima que circulará a través de él y la distancia entre el origen (cuadro de control) y el destino (motor o actuador).

Para cada sección de cable existe una máxima corriente permisible establecida por las normas. Por ejemplo, un cable de cobre de 1,5 mm² puede conducir hasta 17 amperios en condiciones de instalación típicas. Un cable de 2,5 mm² puede conducir hasta 24 amperios. Un cable de 6 mm² puede conducir hasta 40 amperios. Estos valores varían según las condiciones de instalación (temperatura ambiente, número de cables en la misma canaleta, etc.).

La caída de tensión es otro criterio importante. Un cable muy largo o muy fino puede causar que la tensión en el destino sea significativamente menor que en el origen. Por ejemplo, si se alimenta un motor de 5,5 kW a 100 metros de distancia con cable de 4 mm², la caída de tensión puede ser superior al 5%, reduciendo el torque del motor en un 25%. Las normas generalmente limitan la caída de tensión al 3% para circuitos de potencia y 5% para circuitos de iluminación.

La fórmula para calcular la sección necesaria de cable es:

S = (2 × ρ × L × I) / (ΔV)

Donde S es la sección en mm², ρ es la resistividad del cobre (0,0175 Ω·mm²/m), L es la longitud en metros, I es la corriente en amperios, y ΔV es la caída de tensión máxima permitida en voltios. Para un circuito de 400 V, una caída de 3% corresponde a 12 V.

Tipos de cables según su función

Los cables de potencia transportan la energía desde la fuente hasta los actuadores. Deben tener mayor sección y mejor aislamiento. Típicamente son cables de cobre con aislamiento de PVC o polietileno reticulado (XLPE). Para circuitos de 400 V trifásicos en plantas industriales, se usan frecuentemente cables de 4 a 10 mm² de sección.

Los cables de control y señal transportan voltajes bajos (típicamente 24 V en corriente continua) y corrientes muy pequeñas. Para estos cables, la sección puede ser mucho menor, típicamente 0,75 a 2 mm². Sin embargo, el aislamiento es igualmente importante, ya que una pequeña fuga de aislamiento puede introducir ruido en el circuito que cause funcionamiento errático del sistema de control.

Los cables de tierra o protección no transportan corriente en condiciones normales, pero son críticos para seguridad. Deben tener la mitad de la sección del conductor de fase más grande en el mismo circuito (con un mínimo de 2,5 mm²). Su función es proporcionar un camino de baja resistencia para las corrientes de fuga en caso de fallos de aislamiento, permitiendo que los dispositivos de protección desconecten el circuito rápidamente.

Sistemas de canalización y organización

Los cables no deben estar simplemente tendidos al suelo. Las canalizaciones (tubos metálicos, conductos de PVC o sistemas de bandeja) protegen los cables de daño mecánico, facilitan el mantenimiento y mantienen la instalación ordenada. Las normas establecen que los cables deben estar etiquetados de forma clara y legible, permitiendo identificar rápidamente qué circuito corresponde a cada cable.

El color del aislamiento tiene significado normalizado. En circuitos trifásicos de 400 V: marrón es fase 1, negro es fase 2, gris es fase 3, azul es neutro, y verde/amarilla es tierra. Para circuitos de control de 24 V, se suele usar rojo para positivo y azul (o gris) para negativo. El cumplimiento de esta codificación es crítico para evitar conexiones incorrectas.

Las bandejas portacables (cable trays) son estructuras metálicas que soportan múltiples cables. Permiten buena ventilación, facilitan el acceso para inspecciones y mantenimiento, y se adaptan bien a cambios futuros. En plantas donde las modificaciones son frecuentes, las bandejas portacables son generalmente más económicas que conductos cerrados.

Conexiones y bornes

Una conexión eléctrica deficiente es causa frecuente de problemas. Los bornes de conexión deben permitir que el cable se fije de forma segura y confiable. Los bornes con tornillo son simples pero requieren un apriete correcto. Los bornes de resorte son más rápidos pero pueden aflojarse si la carga cambia. Los bornes de crimpado proporcionan conexiones muy fiables si se realiza el crimpado con la herramienta correcta.

El apriete del tornillo es más importante de lo que podría parecer. Un tornillo apretado insuficientemente puede generar una conexión de alta resistencia que causa calentamiento. Un tornillo apretado excesivamente puede partir el conductor. Existen llaves dinamométricas específicas para asegurar que cada conexión está apretada exactamente a la tensión correcta.

Los conectores enchufables (como los conectores M12 usados en sensores industriales) facilitan el cambio rápido de equipos durante mantenimiento. Deben estar protegidos de la humedad con tapas cuando no están en uso, especialmente en entornos industriales con alta humedad.

Ejemplo práctico: cableado de una célula de montaje

Una célula de montaje incluye: entrada trifásica de 400 V desde el cuadro principal, un cable de 10 mm² (máximo 63 A) hasta el cuadro de control de la célula, 100 metros de distancia. Dentro del cuadro, 5 circuitos independientes: tres para motores (6 mm², 4 mm², 2,5 mm² respectivamente), uno para válvulas neumáticas (2,5 mm²), uno para sensores (0,75 mm²). Cada circuito tiene su propio magnetotérmico de protección. Todos los cables están en bandeja portacables dentro del cuadro, están etiquetados en ambos extremos, y están conectados a bornes de crimpado ajustados a tensión específica.

El supervisor debe verificar que todos los cables están correctamente etiquetados, que no hay conexiones sueltas (las conexiones deben estar apretadas de forma que no se puedan soltar con la mano), que no hay daños en el aislamiento, que la sección de cable es consistente con la corriente que transporta, y que el código de colores es correcto.

Mantenimiento preventivo

El mantenimiento de la infraestructura de conducción es frecuentemente descuidado, pero es crítico. Periódicamente debe inspeccionarse visualmente que no hay conexiones sueltas, que no hay corrosión en los bornes, que el aislamiento de los cables no está dañado, y que no hay calentamiento anormal en ningún punto.

Ideas clave

• El dimensionamiento correcto de cables es crítico: debe permitir conducir la corriente sin excesiva caída de tensión ni calentamiento peligroso
• Los cables de potencia, control y tierra tienen funciones y especificaciones diferentes y no deben ser intercambiados
• La codificación de colores debe cumplirse estrictamente para evitar conexiones incorrectas durante mantenimiento futuro
• Las canalizaciones organizadas (bandejas portacables, conductos) facilitan inspecciones, diagnósticos y cambios futuros
• Las conexiones (bornes, enchufes) deben estar apretadas a la tensión correcta, verificadas regularmente, y protegidas de la humedad
• La caída de tensión en circuitos largos puede degradar el rendimiento de motores y equipos, por ello debe calcularse durante el diseño