Preparar terminaciones engarzadas de forma consistente y fiable es fácil con la herramienta adecuada

Por mucho que disfruto de soldar y producir uniones de soldadura atractivas y de calidad, también reconozco que hay momentos en los que soldar no es la forma correcta de unir cables entre sí o sus terminaciones. Hace poco recordé esta realidad cuando ayudé a un amigo a actualizar el sistema de calefacción en tres zonas de su hogar, pasar de un sistema con termostatos anticuados, básicos y sin energía, a unidades inteligentes con Wi-Fi.

Mi plan de instalación original era simplemente soldar los terminales de horquilla sin aislamiento a los extremos de las diversas conexiones de cables, incluidos los relés de interfaz de señal y alimentación, y luego conectar los terminales a una tira de barrera de terminales con tornillos estándar (Figura 1). Esto simplificaría las conexiones físicas, permitiría la desconexión si fuera necesario para solucionar problemas o dar mantenimiento y proporcionaría una manera agradable y limpia de organizar la disposición a largo plazo.

Figura 1: Una tira de barrera de terminales con tornillos facilita el cableado, el acceso y el intercambio de conexiones (si es necesario para realizar pruebas). (Fuente de la imagen: You-Do-It Electronics)

Aunque había algunos cables y terminales que podía presoldar cómodamente fuera del sitio en mi mesa de trabajo, muchos tendrían que hacerse en el sótano de la casa, en el panel eléctrico del sistema de calefacción (que era una gran pieza de madera contrachapada). Después de pensarlo un poco más, me di cuenta de que era una mala idea, ya que soldar correctamente las varias docenas de cables a sus terminales de horquilla en un sótano incómodo y estrecho nunca es fácil, ordenado ni consistente.

De la soldadura al engarzado

En ese momento, recordé una alternativa. En mi caja de herramientas tenía una tenaza engarzadora manual que ofrecía otra solución (Figura 2). Es posible que ya la conozcan. Parece un alicate grande con una zona designada en la punta de las mordazas para engarzar cilindros de tres tamaños, junto con otras funciones para pelar cables y cortar tornillos.

Figura 2: Mi plegador era parte de una herramienta multifuncional que también podía pelar cables y cortar tornillos pequeños. (Fuente de la imagen: Harbor Freight Tools)

¿Qué es el engarzado? El engarzado es un método de unión que conecta dos componentes mediante un procedimiento de prensado definido. El método forma una conexión segura entre el conductor y el contacto, y sirve para reemplazar el proceso de soldadura en muchos casos. El engarzado se puede usar con muchos tipos de conectores, incluidos los terminales tubulares, que luego se insertan en receptáculos o cuerpos de conector de acoplamiento (Figura 3). Este terminal tubular engarzado está disponible en muchos tamaños y tiene un collar de plástico (disponible en muchos colores) como ayuda adicional para la inserción, debido a la forma cónica del diámetro interior del collar. También evita que los bordes angulares del aislamiento del conductor queden atrapados en el embudo de inserción del punto de contacto.

Figura 3: Este terminal tubular engarzado está disponible en muchos tamaños y tiene un collar de plástico como ayuda adicional para la inserción, debido a la forma cónica del diámetro interior del collar. (Fuente de la imagen: Weidmüller Interface GmbH & Co.)

Incluso si usted es un admirador de las uniones de soldadura bien hechas (como yo), hay muchas razones para usar el engarzado. Un buen engarzado es mecánicamente resistente, eléctricamente consistente y forma un contacto hermético a los gases entre el cable y la terminación, lo que evita la entrada de humedad y la consiguiente corrosión. Es rápido y fácil de instalar, interrumpir temporalmente o detener por completo; no hay humos ni materiales peligrosos, y no hay calor que distorsione el aislamiento o incluso que provoque ignición o fuego.

Así que compré una caja de terminales de horquilla con cilindros aislados, engarcé unos diez de ellos para asegurarme de que podía hacerlo bien y, luego, hice la instalación (Figura 4). Todo estuvo bastante bien y el sistema estaba listo y funcionando después de resolver algunos problemas menores de cableado. A pesar de la apariencia desordenada de las alimentaciones de entrada del bucle (lo que está más allá de mi control), el relé real y el cableado de interconexión, con los terminales de horquillas engarzados y las tiras de barrera, se ven limpios, organizados y confiables.

Figura 4: A pesar de la apariencia desordenada de las alimentaciones de entrada del bucle, el relé real y el cableado de interconexión, con los terminales de horquillas engarzados y las tiras de barrera, se ven limpios, organizados y confiables. (Fuente de la imagen: Bill Schweber)

Sin embargo, mientras plegaba los terminales de horquilla, me di cuenta de que era complicado hacer engarzados consistentes, ya que mi herramienta era manual, no estaba calibrada y dependía del usuario (yo mismo, en este caso) para colocar el terminal de horquilla correctamente en las mordazas y aplicar la cantidad correcta de presión. Me resultaba fácil desviarme del objetivo en la posición final de engarzado y también aplicar más presión de la necesaria. Por ejemplo, algunos cilindros con terminales de horquilla estaban muy poco engarzados, otros demasiado, y algunos tenían aislamiento parcialmente debajo de la zona de engarce.

Lo que ahora desearía tener es una tenaza engarzadora como la Weidmüller PZ 6 ROTO ADJ (Figura 5). Engarza de manera confiable y consistente los terminales tubulares en una amplia gama de áreas de sección transversal de cable desde 0.14 milímetros cuadrados (mm²) hasta 6 mm² (aproximadamente 26 CAE [AWG] a 10 CAE [AWG]). Funciona con terminales tubulares que tengan o no tengan collares de plástico. Su trinquete garantiza un engarce preciso y una opción de liberación en caso de operación incorrecta.

Figura 5: La Weidmüller PZ 6 ROTO ADJ es una tenaza engarzadora ajustable que proporciona resultados consistentes, es cómoda de usar y maneja una variedad de tamaños y tipos de cables. (Fuente de la imagen: Weidmüller Interface GmbH & Co.)

Entre sus otras características, destacan el ancho del mango ajustable para una ergonomía óptima y un trabajo sin fatiga, un peso de solo 425 gramos (15 onzas) y un molde de engarce giratorio para adaptarlo a una amplia gama de situaciones de instalación.

Aspectos técnicos

Debido a su versatilidad, comodidad y rendimiento potencial, la física y la mecánica del engarzado se han estudiado ampliamente. Por ejemplo, el documento técnico de 17 páginas “Crimping: A permanent connection” de Weidmüller comienza con un análisis de los tipos de cables, trenzados y calibres, tipos de contacto, terminales y herramientas.

Examina los pros y los contras relativos de las distintas formas de prensa, como trapezoidal, cuadrada y hexagonal. Se examina la preparación del cable y se muestran los problemas que pueden surgir si el cable no se corta correctamente (Figura 6) o si no se pela bien el aislamiento (Figura 7).

Figura 6: Se muestran las tres formas en que un cable puede cortarse incorrectamente, así como el aspecto de uno hecho correctamente. (Fuente de la imagen: Weidmüller Interface GmbH & Co.)

Figura 7: Se muestran tres ejemplos de errores de pelado del aislamiento, así como un cable pelado correctamente. (Fuente de la imagen: Weidmüller Interface GmbH & Co.)

El documento técnico también hace referencia a las numerosas normas DIN e IEC relacionadas con el engarzado, como las clases de conductores (cables), los errores de pelado, la vida útil de las herramientas (en ciclos), los tamaños de los compartimentos de los conectores del molde en función del tamaño de los cables y la fuerza de accionamiento del engarce.

A continuación, las pruebas

Uno de los retos de las conexiones engarzadas es que no existe una forma sencilla de probarlas sin destruirlas. Es el mismo dilema al que se enfrentan los diseñadores cuando utilizan muchos otros componentes, como fusibles estándar activados térmicamente: no se pueden probar, por lo que su diseño y fabricación tienen que ser perfectos. Dado que el engarzado se utiliza ampliamente en innumerables aplicaciones de importancia crítica, esta limitación de las pruebas supone un reto para el aseguramiento de la calidad.

Consciente de ello, la NASA ha desarrollado un método patentado de evaluación no destructiva por ultrasonidos, que funciona en tiempo real en el lugar de instalación del engarce. En este método, la calidad del contacto entre el conector y el cable se determina enviando una onda acústica a través del conjunto del engarce (Figura 8). A medida que aumenta la presión aplicada y el terminal de engarce se deforma alrededor del cable, se altera la firma ultrasónica que atraviesa el engarce.

Figura 8: Este instrumento portátil desarrollado por la NASA puede identificar de forma no destructiva y en tiempo real tanto los engarces buenos como los diversos tipos de engarces malos. (Fuente de la imagen: NASA)

El sistema analiza los cambios en la firma de la señal, incluidos los contenidos de amplitud y frecuencia, como indicación de la calidad de la conexión eléctrica y mecánica entre el cable y el terminal (Figura 9).

Figura 9: El sistema de la NASA utiliza firmas derivadas de ultrasonidos para identificar la calidad y los problemas del engarce. (Fuente de la imagen: NASA)

Con este sistema se han probado problemas relacionados con el engarce, como el engarce insuficiente, la falta de hebras de cable, la inserción incompleta de cables, la eliminación parcial del aislamiento y el calibre incorrecto de los cables. Los resultados demuestran que el instrumento distingue sistemáticamente entre engarces buenos y malos en relación con estos problemas, entre otros.

Conclusión

Al final, rehíce algunos de mis engarces, que no cumplían mis estándares subjetivos, y el sistema inteligente de control del termostato de tres zonas ha funcionado sin problemas durante tres inviernos. El uso de la herramienta de engarce no calibrada, con sus variaciones en la presión de apriete que dependen del usuario, me hizo darme cuenta una vez más de que disponer de la herramienta adecuada es una parte muy importante para obtener resultados uniformes y correctamente realizados. Si alguna vez tengo que hacer un trabajo similar, rogaré, pediré prestado o compraré la herramienta necesaria.

Contenido relacionado

1: Weidmüller, “PZ 6 ROTO ADJ Data Sheet”

https://media.digikey.com/pdf/data%20sheets/Weidmuller%20PDFs/2831380000.pdf

2: Weidmüller, “Super individual: PZ 6 ROTO ADJ” (video)

https://www.digikey.com/en/videos/w/weidmuller/super-individual-pz-6-roto-adj

3: Weidmüller, “Crimping: A permanent connection”

https://www.digikey.com/en/pdf/w/weidmuller/weidmuller-crimping-tools-whitepaper

4: NASA, “Rapid and Verified Crimping for Critical Wiring Needs”

https://ntts-prod.s3.amazonaws.com/t2p/prod/t2media/tops/pdf/LAR-TOPS-52.pdf