CABLES Y CONDUCTORES FLEXIBLES PARA APLICACIONES FIJAS Y MÓVILES

El cable más simple es un conductor sólido con cubierta de plástico. Puede doblarse y conservar esta curvatura, siempre y cuando no se haga demasiado a menudo, porque entonces se rompe. Estos cables simples suelen encontrarse en instalaciones muy específicas. Una vez tendido, el cable permanece en un sitio sin ser tocado durante décadas. Para la mayoría de las aplicaciones en las que los cables deben ser flexibles y elásticos, esos hilos sólidos no son adecuados. En estas aplicaciones flexibles, los conductores de los núcleos están compuestos por trenzas: haces de hilos finos que pueden ser doblados millones de veces, en función de su estructura, sin romperse ni perder su conductividad ni su capacidad de transmisión de datos.

Uno de los lugares más exigentes en los que usar cables son las cadenas portacables. Allí los cables de alimentación, de servomotor y de datos van colocados muy juntos y se mueven adelante y atrás en el ciclo de trabajo de una máquina. A veces a más de 5 m/s y con más de cinco veces la aceleración de la gravedad. Los cables están dispuestos en la cadena portacables de forma que solo flexionan en una dirección. Pero este es solo uno de los tres tipos posibles de movimiento que explicamos a continuación

• Flexión: El cable se dobla, a veces millones de veces.
• Torsión: El cable se retuerce en dirección longitudinal. Pueden darse movimientos de torsión puros en aerogeneradores con cables que bajan desde la góndola giratoria hasta la torre, pero son raros y, en la mayoría de las aplicaciones, los cables sufren tanto flexión como torsión.
• Bobinado y desbobinado: Esto es aplicable a cables de equipamiento escénico o televisión en directo, por ejemplo, que son desenrollados de las bobinas y después enrollados y guardados al terminar el evento.

Los cables especiales para robótica difieren en muchos aspectos de otros cables robustos para aplicaciones móviles. La diferencia más importante es que los cables para robótica pueden resistir tanto la flexión como la torsión durante toda la vida útil del producto. Los tres parámetros principales para un cable para robótica son:

• Clase de trenzado: Los cables para robótica que están sujetos a esfuerzos de torsión suelen tener trenzas de «hilo fino» de clase 5. Los cables de alta flexibilidad como ÖLFLEX® FD o ÖLFLEX® CHAIN contienen «hilos extrafinos» de clase 6, ya que están sometidos a esfuerzo de flexión puro (por ejemplo, en cadenas portacables o en ejes de movimiento lineal de robots cartesianos). Sin embargo, ni siquiera la máxima clase 6 de conductor trenzado es suficiente para los requisitos más exigentes. En LAPP, por ejemplo, para cables que tienen que tener una alta flexibilidad, utilizamos trenzas que se salen de la norma, ya que los hilos individuales con un diámetro de hasta 0,05 milímetros son considerablemente más finos que los hilos trenzados más finos dentro de la norma.
• Ángulo de torsión: Este ángulo se da en grados por metro de longitud del conductor. Un valor típico es 360°/m, lo que significa que un cable puede ser retorcido alrededor de su eje una vez por cada metro de longitud sin sufrir daños. Este valor está referido a cables sin pantalla, con pantalla el valor habitual son 180° o media vuelta por metro.
• Radio de curvatura: Este debería ser entre 4 y 7,5 veces el diámetro exterior y, por tanto, en algunos casos es mucho menor que en los cables diseñados solo para movimiento ocasional. Esto permite a los cables ser guiados en radios muy cerrados e ir agrupados muy estrechamente en paquetes energéticos.

Además de la clase de trenzado, hay otros aspectos que distinguen a un cable flexible de otro menos flexible. Uno de ellos es el trenzado. Para comprender lo que significa esto, he aquí un ejemplo comparativo que todo el mundo conoce: una trenza de pelo. Cuanto más apretada se hace, más gruesa se vuelve, pues las partes gruesas y finas van alternando. Si simplemente se recogen juntos en paralelo el mismo número de cabellos, el resultado es visiblemente más fino. El grosor aumenta cuando se retuerce el manojo de pelo. Algo similar les sucede a los conductores de cobre cuando se trenzan. Los finos hilos de metal se retuercen porque esto mejora su flexibilidad: si todas las trenzas y todos los hilos fuesen paralelos, cada curvatura del conductor estiraría los hilos de cobre exteriores y comprimiría los interiores. Esto haría que el cable fuera muy rígido. El grosor y la flexibilidad pueden ser controlados mediante el paso de trenzado: la longitud de una vuelta de la trenza. Si es más largo y, en consecuencia, la torsión es menor, el cable es más fino.

Los cables que se mueven mucho incluyen un refuerzo de deslizamiento que ayuda a los componentes del interior a moverse entre sí con la menor fricción posible. También hace de relleno para mantener redondo el cable. Esto es importante cuando el cable pasa por un prensaestopas o va insertado en un conector. Si la cubierta no es debidamente redonda, surgen problemas de tensión. Los refuerzos de deslizamiento pueden ser finas fibras plásticas trenzadas que se alojan en los espacios entre los conductores. Los conductores más gruesos suelen estar envueltos con una cinta de politetrafluoroetileno no tejida para facilitar que se deslicen entre sí, especialmente durante la torsión.

El que un cable sea capaz de aguantar esos movimientos durante mucho tiempo también depende del material de cubierta exterior. Los expertos en materiales se enfrentan al desafío de tener que considerar no solo la movilidad, sino también otras propiedades como el comportamiento frente al fuego o la resistencia al aceite, los productos químicos y los agentes de limpieza. El PVC sigue dominando el mercado de los materiales de cubierta, pero hay otros que también están muy presentes, como los elastómeros termoplásticos (TPE) o el poliuretano, que es la primera opción para aplicaciones altamente dinámicas, como en ÖLFLEX® SERVO FD 796 CP. El polipropileno, en concreto, ha demostrado ser un buen aislamiento para conductores en aplicaciones móviles. Con su alta resistencia y baja densidad, tiene muy buenas propiedades de aislamiento eléctrico.

Para tasas de transmisión de datos muy altas a lo largo de grandes distancias, la fibra óptica es la opción preferente. Está compuesta de fibras plásticas (POF) para distancias más cortas de hasta 70 metros, fibra de PCF (fibra de vidrio con recubrimiento polimérico) para distancias de hasta 100 metros y fibra de vidrio para distancias aún mayores y aplicaciones que requieran las tasas de transmisión de datos más elevadas. En principio, todos los tipos de fibra son adecuados para las aplicaciones móviles, siempre y cuando se respeten los radios de curvatura recomendados. Así no hay que temer que una fibra óptica se astille. Sin embargo, para las tasas de transmisión más altas se debe superar un radio de curvatura de quince veces el diámetro de la fibra óptica. Por debajo de eso no se rompe, pero aumenta la atenuación, lo que implica que se pierde luz en la cerrada curva y empeora la calidad de la señal. El grado en que un cable de fibra óptica es capaz de aguantar el movimiento depende en gran medida de los materiales que rodean la fibra. A menudo son aramidas, es decir, fibras textiles que confieren sus propiedades especiales a los chalecos antibalas o a los plásticos reforzados con fibras. Si el cable se estira, la cubierta textil absorbe la fuerza de tracción y evita que la fibra óptica se elongue también.

Salvo en instalaciones muy específicas, prácticamente en todas partes. En la industria se pueden diferenciar dos grandes tipos:

• En todas las aplicaciones en las que algo se mueva se utilizan cables extraflexibles: en partes móviles de máquinas o estaciones de mecanizado en líneas de producción, cadenas portacables, robots, aerogeneradores, plataformas petrolíferas, vehículos y motores, grúas y vehículos comerciales, incluso en aplicaciones en las que hay vibración.
• En instalación fija se utilizan cables flexibles: bandejas, en chasis de máquina, en las conexiones entre armario y máquina, etc.  Los cables tienen que ser fáciles de instalar y manipular.

Casi todos los cables de la marca ÖLFLEX® y todos los cables de datos de UNITRONIC®, ETHERLINE® y HITRONIC® son flexibles. Hay diferencias en los radios de curvatura que deben ser respetadas a toda costa. Algunos cables solo permiten una flexión ocasional, otros pueden doblarse millones de veces. Algunos cables están optimizados específicamente para la torsión. Por desgracia, no hay ningún cable que cubra todas las aplicaciones, pero los expertos en aplicaciones de LAPP encuentran una solución para todas las aplicaciones posibles e imposibles. LAPP también ofrece accesorios adecuados para conectar cables flexibles y protegerlos en canaletas y tubos y conductos protectores. Especialmente en aplicaciones altamente dinámicas, incluso con torsión, la transición en la carcasa del conector es determinante. La carcasa debe sujetar el cable de forma segura para que este no se salga ni la humedad penetre.

Un buen ejemplo de las diferentes formas en las que se pueden optimizar los cables son los cables de fibra óptica de LAPP. HITRONIC® TORSION se ha diseñado específicamente para aplicaciones con altas torsiones, como en parques eólicos. Tiene hasta doce fibras de vidrio para transmisión monomodo y multimodo, protección contra tirones hecha de fibra de aramida y una cubierta retardante de llama y libre de halógenos hecha de poliuretano. HITRONIC® HDM tiene una estructura similar, pero es especialmente adecuado para enrollar y desenrollar en bobina. Y HITRONIC® HRM FD es adecuado para su instalación en cadenas portacables en los que se requiera una alta flexibilidad, pero no torsión.

Los ensayos en nuestros laboratorios de Stuttgart demuestran que LAPP no hace falsas promesas en esto. La torsión de los cables para aerogeneradores se pone a prueba en un viejo hueco de ascensor de 12 m de alto: un procedimiento único en todo el mundo. Otros fabricantes ensayan secciones de cable más cortas, que retuercen a ángulos más pequeños, y lo extrapolan a tiradas de cable más largas. No obstante, el factor decisivo no es lo que aparece en el papel, sino lo que pasa luego en condiciones reales.