Como projetar para ambientes robustos usando conectores selados

Os projetistas estão espremendo cada vez mais eletrônicos em espaços cada vez mais desajeitados ou confinados, especialmente em transporte, sistemas industriais e eletrodomésticos inteligentes, como máquinas de lavar. Em tais aplicações, o roteamento de interconexão pode resultar em muitos desafios de dependência e confiabilidade devido à poeira, entrada de umidade, temperaturas extremas e tensões mecânicas.

Mesmo dentro do mesmo sistema, os requisitos de conexões individuais podem variar muito. Os cabos que transportam sinais digitais de baixa tensão têm diferentes problemas de interconexão em comparação com fios mais grossos que transportam altas tensões para motores e distribuição de energia. A escolha errada do conector pode resultar em falhas de sinal total ou intermitente, tempo de parada caro e problemas de manutenção.

Este artigo discutirá os desafios envolvidos na seleção de soluções de interconexão de cabo de forma adequada, que sejam robustas o suficiente para a aplicação. Ele explicará como o uso adequado de um sistema de conectores de cabo com classificação IP67 e vedação USCAR-2 classe 2, pode assegurar interconexões confiáveis que também reduzem o custo de manutenção e reparo. Em seguida, apresentará uma variedade de soluções de interconexão de cabos com classificação IP67 e vedação USCAR-2 classe 2 da Molex e mostrará como elas podem ser usadas para atender a uma variedade de requisitos de aplicação.

Considerações de projeto de interconexão industrial

Os projetistas de equipamentos para ambientes industriais devem levar em consideração os contaminantes particulados, líquidos e as temperaturas extremas. Além disso, os sistemas industriais devem estar preparados para lidar com condições imprevisíveis devido a mudanças no ambiente ou nos equipamentos.

Instalações industriais, como fábricas e depósitos, usam uma variedade de soluções de interconexão, muitas delas para serviços pesados. Carros e caminhões também se qualificam como ambientes industriais móveis. Existem diretrizes gerais que devem ser consideradas para essas situações de interconexão. O mais básico é a resistência a qualquer tipo de material particulado, desde limalhas de ferro e fragmentos de metal até poeira e pós finos. Quanto mais fino o material particulado, maior a probabilidade de ele estar no ar. Por exemplo, poeira comum, fuligem e outras partículas finas de equipamentos pesados podem ser mantidas no ar por ventoinhas e sistemas de ventilação e aterrissar a muitos metros de sua fonte. Essas partículas podem entrar em qualquer abertura não vedada, incluindo conectores acoplados, contaminando as superfícies internas. Isso pode causar problemas de acoplamento, desde mau funcionamento intermitente devido à resistência da conexão até a perda total de contato. Além disso, se o material particulado for abrasivo ou corrosivo, pode causar falha permanente do conector, exigindo uma substituição cara e demorada.

Vários fluidos também podem ser encontrados em ambientes industriais. Água, gasolina, óleos e vários produtos químicos são comuns em ambientes industriais pesados. A entrada desses líquidos como fluido ou vapor em um sistema de conector acoplado pode causar curtos e, novamente, resultar em falhas do equipamento.

Sistemas de interconexão com classificação IP67

Em vez de fazer uma variedade de conectores para diferentes condições ambientais industriais, a indústria padronizou o uso de fios, cabos e sistemas de conectores com classificação IP67. Embora as duas letras IP representem oficialmente as três palavras “classificação de proteção internacional”, é mais comumente conhecido por sua “proteção contra ingresso” não oficial, mas mais precisa. A IP67 define a resistência do sistema de interconexão a partículas e objetos estranhos, bem como sua resistência à entrada de água.

O “6” em IP67 indica que uma interconexão é totalmente impermeável a qualquer material particulado, incluindo poeira fina. Isso é conseguido principalmente por uma vedação apertada entre as capas correspondentes dos dois conectores acoplados. O “7” indica que um sistema de interconexão IP67 pode resistir à imersão em água a uma profundidade de um metro por até 30 minutos. Isso é bom o suficiente para a maioria dos ambientes industriais.

O selo estanque entre as capas correspondentes dos dois conectores ajuda, mas a resistência à água é principalmente obtida por uma junta do conector que normalmente é resistente não apenas à água, mas também a muitos produtos químicos. Diferentes materiais da junta são resistentes a diferentes produtos químicos, portanto, durante a seleção de um sistema de interconexão, o material utilizado na junta é uma consideração importante.

Conectando sinais digitais de baixa potência

Obviamente, nem todos os sistemas de interconexão de cabo têm as mesmas necessidades. As soluções de interconexão para sinais lógicos digitais em equipamentos com classificação IP67 normalmente precisam lidar com apenas 5 volts ou menos em correntes de cerca de 500 miliamperes (mA). Esses sinais de baixa potência usam conectores de cabo pequenos e leves que normalmente não sofrem muito abuso físico. Os conectores devem ser fáceis de acoplar para uma montagem rápida do equipamento, além de leves o suficiente para não sobrecarregar os fios de baixa corrente no cabo de conexão. Para essas aplicações de interconexão, a Molex tem o sistema de conector fio a fio miniatura Mizu-P25. Esses conectores à prova d'água com certificação IP67 mantêm poeira e água fora do conjunto acoplado em uma capa compacta conveniente.

Um exemplo de um par acoplado de conectores Mizu-P25 com classificação IP67 é o plugue Molex 0521160240 e o sistema de conector à prova d'água de duas posições com receptáculo Molex 0521170240 (figura 1). Quando totalmente acoplados, os dois conectores têm apenas 25,5 milímetros (mm) de comprimento, apropriados para gabinetes pequenos e apertados.

Figura 1: o conector Molex Mizu-P25 0521160240 e o sistema de conector acoplado de duas posições com receptáculo 0521170240 fornecem proteção firme contra poeira e água. Os conectores acoplados têm apenas 25,5 mm de comprimento e fornecem um clique audível e reconhecível quando acoplados corretamente. (Fonte da imagem: Molex)

O alojamento e a capa de cada conector são feitos de poliéster, que possui excelente resistência à água, é resistente às chamas e não desbota ou racha com a exposição prolongada à luz solar. Os conectores de poliéster também são resistentes à quebra e dobram durante o uso normal, ao mesmo tempo em que resistem à deformação. Isso torna o sistema de conector robusto o suficiente para manuseio brusco quando acoplado durante a montagem do equipamento. Os conectores de poliéster também têm excelente resistência ao cisalhamento, ideal para a abrasão por deslizamento que ocorre quando os conectores são acoplados e desacoplados.

Tanto a vedação do anel do conector quanto a vedação da extremidade do fio usam juntas de silicone, que fornecem uma vedação hermética contra água e poeira. As juntas e vedações de silicone mantêm a flexibilidade em baixas temperaturas, tornando esses conectores perfeitos para equipamentos de baixa temperatura, como geladeiras e equipamentos externos de clima frio. Esses conectores possuem duas posições com um passo de 5 mm, isolando com segurança os dois sinais. Eles são montados pelo usuário usando pinos crimpados para facilitar a montagem.

O sistema de conectores é projetado para fácil acoplamento, independentemente dos terminais de crimpagem selecionados pelos desenvolvedores do sistema. Quando encaixados corretamente, os conectores fornecem um clique claramente audível para indicar que eles estão firmemente acoplados. Isso ajuda os técnicos durante a montagem do sistema e garante uma vedação de acoplamento justo.

Este sistema de conector Molex Mizu-P25 é dimensionado para 250 volts e tem uma faixa de temperatura operacional de -40 °C a +105 °C. Isso torna o plugue Molex Mizu-P25 0521160240 e o sistema de conector de receptáculo 0521170240 apropriados para linha branca e muitos sistemas industriais de clima frio. A classificação IP67 indica aos projetistas do equipamento que o sistema do conector é seguro contra água e poeira e não requer testes ambientais extensivos do sistema do conector.

Interconexão robusta e vedada para facilidade de manutenção

Às vezes, os sistemas de interconexão são necessários para lidar com correntes mais altas e serem fáceis de manter em ambientes hostis. O sistema de interconexão precisa não apenas fornecer uma conexão segura que não desconecte acidentalmente, mas também ser fácil de desconectar durante as atividades de manutenção. Para essas situações, os projetistas podem usar o sistema de interconexão fio a fio selado Squba da Molex. Os conectores Squba também são classificados como IP67 e podem suportar mais potência em um formato menor. O plugue Squba da Molex 2042230004 e o receptáculo 2042200004, por exemplo, são conectores de quatro posições com um passo de 1,80 mm que fazem o fornecimento confiável de alimentação e de sinal (figura 2).

Figura 2: o plugue Molex Squba 2042230004 (à esquerda) e o receptáculo 2042200004 (à direita) são um sistema de interconexão de quatro posições, projetado para fornecer proteção sólida contra altas correntes em ambientes úmidos. (Fonte da imagem: Molex)

Esses conectores Molex Squba usam terminais crimpados e fornecem um clique audível quando conectados corretamente. A trava do conector no receptáculo é de perfil baixo, minimizando a chance de ficar preso em equipamentos externos. A trava fornece uma conexão firme e segura que pode ser facilmente desconectada durante a manutenção, aplicando uma força firme para cima usando os dedos ou usando uma ferramenta de alavanca de liberação padrão.

Tanto o plugue Squba quanto a capa do receptáculo são feitos de náilon, que é excepcionalmente forte e resistente à maioria dos produtos químicos industriais. Isso torna o sistema de interconexão Molex Squba apropriado para qualquer ambiente onde os conectores possam ser movidos, empurrados ou impactados por equipamentos. O sistema de interconexão é vedado contra poeira e umidade por selos de silicone.

Cada pino do conector pode fornecer 125 volts CA ou CC. As bitolas recomendadas de fio são AWG 22 a 24. Usando pinos crimpados em fio flexível AWG 22, cada pino pode lidar com um máximo de 5,25 amperes (A) a 30 °C para uma capacidade máxima de condução de corrente de 21 A. A capacidade máxima de corrente varia com a temperatura, então os projetistas precisam prestar muita atenção à documentação do conector para garantir que a vazão de corrente pretendida do conector seja adequada para as condições.

A temperatura de operação está dimensionada para -40 °C a +105 °C e, junto com a classificação IP67, os conectores são apropriados para ambientes como sistemas HVAC, equipamentos de distribuição de bebidas e equipamentos industriais que devem operar em ambientes frios ou úmidos.

Interconexão submersível de múltiplos circuitos

Às vezes, um sistema de interconexão não é tão simples quanto interconectar os mesmos sinais em um cabo. Ocasionalmente, vários tipos de circuito devem ser transmitidos ao longo do mesmo cabeamento, incluindo sinais digitais, sinais de controle de alta corrente e conexões de fonte de alimentação. Essas situações requerem um sistema de interconexão híbrido que pode lidar com diferentes tamanhos de contatos. Para essas aplicações, os projetistas podem usar o sistema de interconexão de cabos MX150 Hybrid da Molex. O sistema MX150 Hybrid é validado para os requisitos de vedação USCAR-2 classe 2, que é semelhante à classificação IP67. USCAR-2 classe 2 requer a aprovação em um teste de pressão a vácuo submerso em água.

Quando montado, o Molex MX150 Hybrid é um sistema de conector totalmente selado, apropriado para situações em que os conectores podem ficar submersos ou em um ambiente muito úmido onde fluidos e borrifos de água de alta pressão são comuns.

O plugue Molex MX150 Hybrid 1601126001 de 12 posições e o receptáculo 1601116006 de 12 posições (figura 3) podem conter uma mistura de até dez terminais de lâmina de 1,5 mm e até dois terminais de lâmina de 2,5 mm. Os terminais de 1,5 mm podem ser usados​para conduzir sinais lógicos de nível baixo, enquanto os dois terminais de lâmina de 2,8 mm podem ser usados para conduzir até 22 A. Isso torna este sistema de interconexão apropriado para aplicações automotivas e industriais, onde um único chicote elétrico precisa conduzir energia e dados para uma única máquina.

Figura 3: o plugue Molex MX150 Hybrid 1601126001 de 12 posições (à esquerda) e seu par, o receptáculo 1601116006 (à direita), podem lidar com segurança com uma mistura de terminais laminados de 1,5 mm e 2,80 mm em um sistema de interconexão submersível. (Fonte da imagem: Molex)

Quando totalmente montado e acoplado, o sistema de interconexão IP67 MX150 Hybrid é imune à contaminação por sujeira ou poeira. Ele pode ser submerso em água e operar de -40 °C a +125 °C. A capa do conector é uma combinação de náilon e vidro, que é muito durável e resistente ao manuseio brusco e impactos leves. Isso torna este sistema de interconexão apropriado para ambientes industriais agressivos e muitos eletrodomésticos, bem como aplicações de motores automotivos onde o conector está sujeito a extremos de temperatura, jato de água de alta pressão e forte impacto de objetos pesados.

O plugue Molex MX150 Hybrid 1601126001 e o receptáculo 1601116006 precisam ser montados como parte de um cabo ou chicote de fiação. Este conjunto requer que os terminais sejam inseridos no plugue e no receptáculo. No entanto, é possível para os técnicos de montagem às vezes não inserirem os terminais totalmente na capa do conector, levando a conexões não confiáveis. Para essas situações, cada um desses conectores inclui uma capa de garantia de posição do terminal (TPA).

Durante a inserção bem-sucedida do pino na capa TPA, o técnico de montagem sentirá o pino travar firmemente na posição. Se o terminal não estiver inserido corretamente, o acoplamento do plugue e o receptáculo não travará. Isso garante que os pinos sejam inseridos corretamente, aumentando a confiabilidade do sistema.

Conclusão

Os projetistas de sistemas para aparelhos eletrodomésticos, de transporte ou industriais precisam garantir que suas conexões possam suportar os rigores da aplicação, incluindo espaços apertados, poeira e sujeira, temperaturas extremas, líquidos e óleos e outros materiais penetrantes. Para ajudar a simplificar o processo, os projetistas podem procurar conectores especialmente projetados com classificação IP67 ou para lidar com a penetração de poeira e sujeira, bem como a entrada de umidade e líquidos.

Conforme mostrado, há uma variedade de conectores com classificação IP67 adequados para uma ampla gama de requisitos de aplicação, desde sinais digitais de nível baixo até fornecimento de energia de alta corrente. A escolha correta do conjunto de conectores com classificação IP67 garante a confiabilidade do sistema e minimiza o risco de paralisações ou reparos dispendiosos.