Cabo para Instrumentação, o Guia Definitivo: Normas, Aplicações e Especificações Técnicas

O cabo para instrumentação é um componente fundamental nas artérias de qualquer planta industrial moderna, sendo essencial para a automação e o controle de processos. Ele é projetado especificamente para transmitir sinais de baixa energia com máxima confiabilidade, garantindo que as informações de sensores, transmissores e outros dispositivos de medição cheguem intactas aos sistemas de controle, como CLPs (Controladores Lógicos Programáveis) e SDCDs (Sistemas Digitais de Controle Distribuído). Consequentemente, a escolha e a aplicação correta deste cabo são cruciais para a segurança operacional, a eficiência do processo e a integridade dos dados, evitando paradas inesperadas e perdas de produção.

1. Cabos de Instrumentação com Blindagem Coletiva (BC) A solução padrão para a indústria. Construídos em pares ou ternas trançadas para anular o campo magnético, estes cabos possuem uma fita de poliéster aluminizada que envolve todos os condutores de uma vez.

• Função: Protege os sinais contra interferências eletromagnéticas (EMI) vindas de fora do cabo (ex: motores próximos).

• Aplicações: Interligação de sensores analógicos (4-20mA), transmissores de nível e válvulas ao sistema supervisório.

• Normas: Fabricados conforme NBR 10300. 👉 [Veja o Datasheet do Cabo Instrumentação BC]

2. Cabos de Instrumentação com Blindagem Individual e Coletiva (IC) Para quando a precisão é absoluta. Além da blindagem geral, cada par possui sua própria fita de alumínio e dreno. Isso evita a Diafonia (Crosstalk), que é quando o sinal de um par interfere no par vizinho dentro do mesmo cabo.

• Função: Garante isolamento total de sinal entre os diferentes instrumentos conectados ao mesmo cabo multivias.

• Aplicações: Sistemas DCS (Sistema Digital de Controle Distribuído) e sinais digitais de alta frequência. 👉 [Conheça a Linha de Blindagem Individual (BFI)]

3. Cabos para Segurança Intrínseca (Capa Azul) Segurança obrigatória em áreas de risco. Tecnicamente idênticos aos anteriores, mas com a cobertura externa na cor Azul, indicando que os circuitos são de baixa energia e não geram faíscas capazes de detonar atmosferas explosivas.

• Aplicações: Zonas classificadas (Ex) em refinarias, indústrias farmacêuticas e silos de grãos.

• Destaque: Indispensável para conformidade com a norma IEC 60079-14. 👉 [Acesse os Cabos para Áreas Classificadas]

A Importância Crítica do cabo para instrumentação

Em ambientes industriais, a precisão é imperativa. Por isso, a função principal de um cabo para instrumentação é assegurar a transmissão de sinais sem degradação ou interferência. Diferente dos cabos de potência, ele opera com tensões e correntes muito baixas. Dessa forma, qualquer ruído eletromagnético pode distorcer a informação, levando a leituras incorretas e decisões de controle equivocadas. Portanto, a construção robusta e as características elétricas específicas deste tipo de cabo são vitais para a confiabilidade de todo o sistema de controle, desde a medição de vazão e temperatura até o acionamento de válvulas e atuadores.

Principal Norma Brasileira para o cabo para instrumentação

A qualidade e a segurança de um cabo para instrumentação são regidas por normas técnicas rigorosas. No Brasil, a principal referência é a ABNT NBR 10300, que especifica os requisitos de desempenho para cabos de instrumentação com isolação extrudada de PE (Polietileno) ou PVC (Policloreto de Vinila) para tensões de até 300 V. Assim sendo, esta norma detalha desde os materiais utilizados nos condutores e na isolação até os métodos de ensaio para garantir que o cabo suporte as condições industriais, oferecendo um padrão de qualidade e segurança para engenheiros e instaladores.

Padrões Internacionais

Além das normas locais, os projetos de grande porte ou voltados para exportação frequentemente exigem conformidade com padrões internacionais. Entre eles, as normas da IEC (Comissão Eletrotécnica Internacional) são amplamente reconhecidas. Elas servem como uma base para a harmonização técnica global, garantindo que o cabo para instrumentação atenda a requisitos de desempenho e segurança aceitos mundialmente. Desse modo, a familiaridade com essas normas é essencial para engenheiros que trabalham em projetos multinacionais, assegurando a interoperabilidade e a qualidade dos componentes em qualquer lugar do mundo.

Aplicações Gerais

A versatilidade é uma marca registrada do cabo para instrumentação, que encontra aplicação em praticamente todos os segmentos industriais. Primordialmente, ele é utilizado para interligar instrumentos de medição (pressão, nível, vazão, temperatura) a salas de controle. Além disso, é fundamental em sistemas de detecção de fogo e gás, alarmes e circuitos de intertravamento de segurança. Sua aplicação, portanto, abrange desde a indústria petroquímica e de papel e celulose até a mineração e o setor alimentício, sendo um elo indispensável na cadeia de automação e controle.

O Uso Específico no Setor Petroquímico

No setor petroquímico, as condições operacionais são extremamente severas, com presença de agentes químicos agressivos, altas temperaturas e áreas classificadas com risco de explosão. Nesse cenário, o cabo para instrumentação precisa apresentar características especiais, como cobertura externa resistente a hidrocarbonetos e raios UV. Frequentemente, são especificados cabos com compostos não halogenados (LSHF/LSZH), que, em caso de incêndio, emitem baixa quantidade de fumaça e gases tóxicos, aumentando a segurança das instalações e do pessoal. Consequentemente, a especificação criteriosa do cabo é uma medida de segurança fundamental.

O Papel do cabo para instrumentação na Automação de Processos

A automação industrial moderna depende da comunicação ininterrupta e precisa entre milhares de pontos de medição e controle. O cabo para instrumentação é a via física para essa comunicação, transmitindo desde sinais analógicos tradicionais, como 4-20 mA, até dados de protocolos digitais como HART, Fieldbus e Profibus PA. Por conseguinte, a integridade do sinal transmitido por este cabo afeta diretamente a capacidade do sistema de automação de otimizar o processo, reduzir custos operacionais e tomar decisões em tempo real, sendo um pilar para a Indústria 4.0.

A Construção do cabo para instrumentação: Os Condutores

O coração de um cabo para instrumentação é o seu condutor, geralmente fabricado com fios de cobre eletrolítico nu ou estanhado de alta pureza. O cobre estanhado, por exemplo, oferece maior resistência à corrosão, sendo ideal para ambientes mais agressivos. Os condutores são encordoados em classes que definem sua flexibilidade (como Classe 2 ou Classe 5), conforme a norma ABNT NBR NM 280. A escolha correta da classe de encordoamento facilita a instalação, especialmente em infraestruturas complexas com curvas acentuadas, garantindo ao mesmo tempo uma conexão elétrica estável e de baixa resistência.

Tipos de Isolação para o cabo para instrumentação

A isolação individual dos condutores é vital para prevenir curtos-circuitos e garantir a correta transmissão do sinal. Diversos materiais são utilizados, cada um com propriedades específicas. O PVC (Policloreto de Vinila) é o mais comum, oferecendo boa resistência dielétrica e baixo custo. Para temperaturas de operação mais elevadas ou maior robustez, utiliza-se o PE (Polietileno) ou o XLPE (Polietileno Reticulado). Dessa forma, a escolha do material de isolação do cabo para instrumentação deve ser baseada na temperatura ambiente, na tensão do sinal e na presença de agentes químicos no local da instalação.

Vantagens do cabo para instrumentação com Isolação LSHF

A segurança humana é uma prioridade máxima em qualquer projeto. Em locais com grande circulação de pessoas ou em espaços confinados, como plataformas de petróleo e estações de metrô, o uso do cabo para instrumentação com isolação e cobertura LSHF (Low Smoke Halogen Free) é mandatório. Em caso de incêndio, este composto emite um volume de fumaça significativamente menor e não libera gases halogênios tóxicos e corrosivos. Consequentemente, ele facilita a evacuação de pessoas, protege equipamentos eletrônicos sensíveis e minimiza os danos à propriedade, representando uma escolha segura e responsável.

A Função Essencial da Blindagem no cabo para instrumentação

A blindagem, ou “shield”, é talvez a característica mais distintiva do cabo para instrumentação. Sua função é proteger os sinais de baixa energia contra interferências eletromagnéticas (EMI) e de radiofrequência (RFI), geradas por motores, inversores de frequência, cabos de potência e outras fontes de ruído comuns no ambiente industrial. Sem uma blindagem eficaz, os sinais podem ser corrompidos, levando a medições erráticas e falhas de controle. Portanto, a blindagem não é um opcional, mas uma necessidade técnica para garantir a integridade e a confiabilidade do sistema.

Blindagem com Fita de Poliéster Aluminizada no cabo para instrumentação

Um dos tipos mais eficazes de blindagem para o cabo para instrumentação é a fita de poliéster aluminizada. Esta blindagem consiste em uma fina fita de alumínio laminada sobre um filme de poliéster, aplicada helicoidalmente sobre os pares ou sobre o conjunto de condutores. Ela oferece 100% de cobertura e é particularmente eficiente na proteção contra ruídos de alta frequência (RFI). Geralmente, é acompanhada por um condutor dreno de cobre estanhado em contato contínuo com a parte metálica da fita, que garante a continuidade da blindagem e facilita a sua correta aterramento.

Entendendo a Blindagem Individual e Coletiva

A blindagem pode ser aplicada de duas formas principais. A blindagem coletiva (ou total) envolve todo o conjunto de pares ou ternas do cabo com uma única camada de proteção. Por outro lado, a blindagem individual aplica uma fita aluminizada em cada par ou terna, além de uma blindagem coletiva. Esta última configuração, conhecida como BI+BC, é superior pois, além de proteger contra ruídos externos, também minimiza a diafonia (crosstalk), que é a interferência entre sinais de pares adjacentes. Logo, é a escolha ideal para sinais mais sensíveis ou para a transmissão de diferentes tipos de sinais no mesmo cabo.

A Continuidade Elétrica: O Papel do Dreno

O condutor dreno é um elemento essencial que trabalha em conjunto com a blindagem de fita. Trata-se de um condutor flexível de cobre estanhado que é posicionado em contato direto com a face metálica da blindagem ao longo de todo o comprimento do cabo para instrumentação. Sua principal função é garantir uma terminação fácil e eficiente do sistema de blindagem ao ponto de aterramento no painel de controle ou na caixa de junção. Desse modo, o dreno assegura a continuidade elétrica do shield e drena as correntes de ruído de forma segura para a terra.

A Cobertura Externa do cabo para instrumentação e sua Resistência

A cobertura, ou jaqueta externa, é a primeira linha de defesa do cabo para instrumentação contra o ambiente. Ela protege os componentes internos contra danos mecânicos, umidade, poeira, produtos químicos e radiação solar (UV). Os materiais mais comuns para a cobertura são o PVC, resistente e versátil, e compostos LSHF para aplicações de segurança. Dependendo do ambiente de instalação, podem ser adicionadas armações de fita ou fio de aço para proteção extra contra esmagamento ou ataque de roedores, garantindo a longevidade e a durabilidade do cabo em condições adversas.

Identificação de Pares e Trios no cabo para instrumentação

Para facilitar a instalação e evitar erros de ligação, os condutores de um cabo para instrumentação são identificados por cores. A norma ABNT NBR 10300 estabelece códigos de cores para a identificação dos pares (geralmente Preto e Branco) e das ternas (Preto, Branco e Vermelho). Em cabos multipares, além das cores, os pares são numerados sequencialmente através de marcação na isolação ou em fitas aplicadas sobre eles. Essa identificação clara e padronizada é fundamental para agilizar o trabalho do instalador e garantir a correta comissionamento do sistema, reduzindo significativamente o tempo de startup.

Transmitindo Sinais Analógicos com o cabo para instrumentação

O sinal analógico mais onipresente na indústria é o padrão 4-20 mA. Nesse sistema, o cabo para instrumentação transmite uma corrente contínua cujo valor é proporcional à variável de processo medida (por exemplo, 4 mA para 0% e 20 mA para 100% da escala). A grande vantagem desse método é sua alta imunidade a ruídos induzidos e à queda de tensão ao longo do cabo, em comparação com sinais de tensão. Contudo, para que funcione perfeitamente, a integridade do cabo é essencial, pois qualquer fuga de corrente ou resistência elevada pode comprometer a precisão da leitura.

A Compatibilidade do cabo para instrumentação com Sinais Digitais

Com o avanço da automação, os protocolos de comunicação digitais, como Foundation Fieldbus e Profibus PA, ganharam espaço. Eles permitem que múltiplos instrumentos se comuniquem em um mesmo par de fios, transmitindo não apenas a variável de processo, mas também informações de diagnóstico e configuração. Para essas redes, é necessário um cabo para instrumentação específico, projetado com impedância característica controlada (geralmente 100 Ω) e baixa capacitância. Usar um cabo inadequado pode causar reflexões de sinal e erros de comunicação, comprometendo toda a rede de automação.

Melhores Práticas na Instalação do cabo para instrumentação

Uma instalação correta é tão importante quanto a qualidade do cabo. Em primeiro lugar, o cabo para instrumentação deve ser instalado em eletrocalhas ou conduítes separados dos cabos de potência, mantendo uma distância segura para evitar indução de ruído. Adicionalmente, o raio de curvatura mínimo especificado pelo fabricante deve ser respeitado para não danificar a estrutura interna do cabo. Por fim, o aterramento da blindagem deve ser feito em um único ponto, geralmente no lado do painel de controle, para evitar a criação de loops de terra, que podem introduzir ruídos no sistema.

Requisitos em Áreas Classificadas

Em ambientes com risco de explosão (áreas classificadas), como refinarias ou indústrias químicas, são necessários circuitos de segurança intrínseca (“Ex-i”). Esses circuitos operam com energia tão baixa que não são capazes de causar uma ignição da atmosfera explosiva. O cabo para instrumentação utilizado nesses circuitos, frequentemente identificado por sua cobertura externa na cor azul, deve seguir as prescrições da norma IEC 60079-14. Essa norma estabelece critérios rigorosos para os parâmetros de capacitância e indutância do cabo, que são cruciais para o cálculo do comprimento máximo do lance e para garantir a segurança intrínseca do sistema.

Como Especificar o cabo para instrumentação Correto para seu Projeto

A especificação correta do cabo para instrumentação é uma tarefa de engenharia que exige atenção a múltiplos fatores. Primeiramente, é preciso analisar o ambiente de instalação para definir os requisitos de cobertura (PVC, LSHF), armação e resistência a agentes químicos. Em seguida, deve-se considerar o tipo de sinal (analógico, digital) e a necessidade de blindagem individual e/ou coletiva para proteger contra ruídos. Finalmente, a conformidade com as normas ABNT e IEC aplicáveis garante o desempenho e a segurança. Ao levar todos esses pontos em consideração, o engenheiro assegura a escolha da solução mais confiável e com o melhor custo-benefício.

O Futuro e a Inovação no cabo para instrumentação

O campo do cabo para instrumentação continua a evoluir, impulsionado pelas demandas da Indústria 4.0 e da Internet das Coisas (IoT). As tendências apontam para cabos com taxas de transmissão de dados mais altas para suportar protocolos de rede mais avançados, como o Ethernet-APL (Advanced Physical Layer). Além disso, há um desenvolvimento contínuo de materiais mais resistentes e sustentáveis. A inovação busca criar cabos que não apenas transmitam sinais, mas que também integrem inteligência e contribuam para sistemas de controle mais eficientes, seguros e conectados, solidificando seu papel como um componente insubstituível na infraestrutura tecnológica industrial.

Pergunta 1: Qual a diferença entre “Cabo de Controle” e “Cabo de Instrumentação”? Resposta: Esta é a dúvida mais comum.

• Cabo de Controle: É usado para ligar e desligar coisas (comandos on/off, contatores). Seus condutores são paralelos (não trançados) e a isolação é para voltagens maiores (500V/1000V).

• Cabo de Instrumentação: É usado para ler dados (temperatura, fluxo, pressão). Seus condutores são obrigatoriamente trançados (Twisted Pair) para evitar ruído magnético e possuem blindagem (Shield) para garantir que o sinal de 4-20mA chegue limpo ao computador central (CLP). Tensão de isolamento típica: 300V.

Pergunta 2: Por que os pares precisam ser trançados? Resposta: O trançamento (Twisted Pair) é uma técnica física para cancelamento de ruído. Quando uma interferência eletromagnética atinge o cabo, ela afeta os dois fios do par de forma igual. Como eles estão torcidos, a tensão induzida em um fio anula a do outro na entrada diferencial do equipamento receptor. Sem o trançamento, a leitura do sensor seria instável e imprecisa.

Pergunta 3: O que é o fio dreno (drain wire)? Resposta: Como a blindagem é feita de fita de poliéster-alumínio (um material plástico metalizado), não é possível soldar um fio nela para aterramento. O fio dreno é um condutor de cobre estanhado que corre em contato constante com a parte metálica da fita ao longo de todo o cabo. Sua função é “drenar” as correntes parasitas captadas pela blindagem e permitir a fácil conexão ao terra no painel.