Criterios para la selección de cables e hilos

Actualmente, el diseño de cables e hilos es mucho más que una simple decisión sobre componentes. Su núcleo es el pensamiento sistémico global, que combina el tipo de instalación (estática o dinámica), las tensiones eléctricas y mecánicas, así como la rentabilidad y la sostenibilidad. Si se ignora este enfoque, se corre el riesgo de que se produzcan fallos, pérdidas de energía y costos innecesariamente elevados.

En tiempos de electrificación, de aumento de la transmisión de datos y de creciente presión por la sostenibilidad, los cables se convierten rápidamente en componentes críticos. Ya no son solo los parámetros enumerados en una hoja de datos los que determinan los fallos, el rendimiento y la vida útil. La falta de consideración a nivel de sistema también puede impedir que se utilicen plenamente las últimas innovaciones técnicas de los fabricantes. Empresas de renombre como LAPP, Igus, HELUKABEL y Belden han alineado sus modelos de negocio en consecuencia, tratando los cables y alambres como partes integrantes del sistema global y teniendo en cuenta las tendencias tecnológicas actuales.

Nuevos campos de aplicación, nuevos requisitos

Un desarrollo clave que afecta a los cables e hilos es la electrificación en curso de las aplicaciones industriales, desde la producción y la intralogística hasta la infraestructura de recarga. Como resultado, los requisitos de capacidad de transporte de corriente, resistencia a la temperatura y vida útil están aumentando significativamente. Al mismo tiempo, las aplicaciones de corriente continua (CC) están ganando importancia, por ejemplo en las redes industriales de CC y en los conceptos de carga y accionamiento de alta potencia.

Otra tendencia es la densificación funcional: actualmente, los cables suelen realizar varias tareas simultáneamente, incluida la transmisión combinada de energía y datos en cables híbridos. Además, existe una demanda creciente de una instalación simplificada y una mayor disponibilidad del sistema.

Los requisitos también aumentan en las aplicaciones dinámicas. Mayores velocidades, mayor aceleración, radios de curvatura más estrechos y distancias de recorrido más largas hacen que el diseño de cables en sistemas móviles sea cada vez más exigente. Al mismo tiempo, la proporción de cables intensivos en datos sigue creciendo. Los sistemas de bus como Ethernet industrial o PROFINET hace tiempo que se han abierto camino en los sistemas de transporte por cable.

La sostenibilidad también es cada vez más relevante. Cada vez más usuarios y compradores buscan deliberadamente cables con una larga vida útil, una contabilidad de CO₂ transparente y productos fabricados con materiales reciclados. Por tanto, los cables y alambres ya no se evalúan únicamente en función del cumplimiento de las normas, sino también de su contribución a la eficiencia y sostenibilidad del sistema global.

Seleccionar el cable adecuado requiere tener en cuenta múltiples criterios: tipo de instalación (estática o dinámica), sección transversal del conductor, número de ciclos de flexión, conductores trenzados frente a sólidos, material de aislamiento y material de la cubierta. El comportamiento CEM, el tipo de tensión (CA/CC) y los requisitos de transmisión de datos también deben tenerse en cuenta en el proceso de toma de decisiones. En lugar de abordar cada parámetro de forma aislada, es esencial una visión holística a nivel de sistema.

Errores comunes en la selección de cables

Según los expertos de LAPP, uno de los escollos más comunes es abordar la selección de cables demasiado tarde en el proceso de desarrollo. A menudo, solo se elige la sección transversal mínima permitida por las normas sin tener en cuenta las condiciones reales de funcionamiento durante todo el ciclo de vida. Esto puede tener graves consecuencias.

Para evitar riesgos desde el principio, es aconsejable diseñar sistemáticamente desde la perspectiva de la aplicación. Las preguntas clave incluyen: ¿Cuál es la carga actual real? ¿Cuánto tiempo funciona el sistema? ¿Qué grado de flexibilidad debe tener el cable? ¿Qué condiciones ambientales actúan sobre ella de forma continua? Las pérdidas de energía y el aumento de temperatura también deben evaluarse para garantizar una decisión técnica y económicamente sólida.

En este contexto, una sección transversal del conductor ligeramente mayor puede proporcionar ventajas económicas gracias a la reducción de las pérdidas óhmicas y a la menor generación de calor. A lo largo de la vida útil del sistema, la inversión adicional suele amortizarse. Por el contrario, unos cables de tamaño insuficiente pueden ahorrar costos a corto plazo pero provocar mayores pérdidas de energía y gastos de funcionamiento a largo plazo.

Otra cuestión observada es la transferencia acrítica de soluciones probadas a nuevos campos de aplicación. Por ejemplo, la experiencia de las aplicaciones de CA se aplica a veces a los sistemas de CC sin una verificación adecuada. Un diseño temprano y específico para cada aplicación ayuda a evitar este tipo de errores.

Una característica de los productos LAPP es que no se consideran de forma aislada. Especialmente en aplicaciones de alto rendimiento, las combinaciones de cable y conector permiten conexiones más estables a largo plazo. Esta comprensión sistémica también permite integrar mejor los requisitos eléctricos, mecánicos y térmicos, lo que beneficia el desarrollo de cables de energía y datos altamente flexibles.

Un ejemplo concreto es el cable de conexión del motor ÖLFLEX FD Servo (Figura 1 - Izquierda) con tecnología zeroCM integrada, cuyo innovador diseño reduce las corrientes de fuga. Otra innovación es el cable Ethernet de un solo par ETHERLINE T1 FD (Figura 1 - Derecha), que cuenta con un solo par trenzado y permite una infraestructura de red sin fisuras hasta el nivel de campo.

Figura 1: Ejemplos de cables ÖLFLEX FD Servo (izquierda) y ETHERLINE T1 FD (derecha) de LAPP. (Fuente de la imagen: LAPP)

Un reto especial: mover cables en los portacables

La selección de los cables adecuados para los sistemas portacables es especialmente compleja, como explican los expertos de Igus. Los cables diseñados para un movimiento continuo en los portacables no están sujetos a requisitos normalizados específicos. Las normas solo pueden crearse para aplicaciones claramente definidas y limitadas, como los cables para sistemas fotovoltaicos. Sin embargo, para los transportistas por cable, los escenarios de aplicación son demasiado diversos para una única norma unificada. Tampoco existe un único cable de "talla única" para las aplicaciones de transporte por cable.

Los clientes se enfrentan al reto de navegar por una amplia selección de productos denominados "compatibles con chainflex", que son difíciles de comparar directamente.

Un error frecuente es seleccionar el material incorrecto para la chaqueta. Una idea errónea muy extendida es que el PUR suele ser el mejor material de cubierta para los soportes de cables. Aunque el PUR es una opción excelente en entornos con mucho aceite o lubricante, suele presentar una abrasión significativamente mayor en aplicaciones en seco en comparación con los compuestos de PVC especialmente formulados y diseñados para el movimiento continuo.

También hay un aspecto económico: como materia prima, el PUR es aproximadamente de tres a cuatro veces más caro que las variantes de PVC de alta calidad. Por tanto, un error de apreciación en este punto puede causar tanto problemas técnicos como costos innecesarios. La selección del material de la cubierta debe adaptarse siempre a la aplicación específica. El PUR es ideal para entornos ricos en petróleo, mientras que el PVC suele ser la opción mejor y más rentable en entornos con poco o nada de petróleo.

Otro problema subestimado es la selección de cables sin resultados de pruebas verificables. Las hojas de datos pueden prometer una vida útil de "hasta 5 millones de ciclos", pero tales afirmaciones carecen de claridad. ¿En qué condiciones se probó? Las aplicaciones en movimiento de los portacables varían mucho y los cables no rinden igual en todas las condiciones. Por lo tanto, es esencial disponer de datos fiables y transparentes sobre la vida útil.

Con más de 30 años de investigación y desarrollo continuos y pruebas exhaustivas de diseños y materiales de cables, Igus puede proporcionar ahora declaraciones de vida útil garantizada para cables en movimiento, calculadas y confirmadas en función de la aplicación específica.

Entre los productos clave de la empresa se encuentra la serie de cables CFCLEAN (figura 2), diseñada para aplicaciones muy dinámicas en entornos con limitaciones extremas de espacio. La serie destaca por su bajo peso y su diseño compacto. En concreto, es un 30% más ligero y presenta un diámetro un 35% menor en comparación con los cables con revestimiento convencionales. Las pruebas de laboratorio han demostrado una vida útil de 20 millones de ciclos, garantizada por el fabricante.

Figura 2: Un ejemplo de la serie CFCLEAN de Igus. (Fuente de la imagen: Igus)

El enfoque sistémico simplifica la complejidad

Muchos fabricantes confirman un claro cambio desde la compra pura de componentes hacia soluciones integradas listas para funcionar. Especialmente en ingeniería mecánica y de plantas, los clientes buscan menos interfaces, menores esfuerzos de coordinación y un menor riesgo operativo y de proyecto.

HELUKABEL recomienda un enfoque estructurado: primero defina claramente la aplicación como estática o dinámica; después analice los perfiles de movimiento, el radio de curvatura, la distancia recorrida y la dinámica; evalúe las condiciones ambientales; defina los requisitos eléctricos para la transmisión de energía, señales y datos; y, por último, verifique las normas pertinentes y los mercados objetivo. Este proceso sistemático revela rápidamente si un enfoque basado únicamente en componentes es suficiente o si una solución de sistema integrado reduce el esfuerzo y el riesgo.

Las condiciones de instalación son críticas. Incluso los cables de cadena de arrastre de alta calidad pueden sufrir daños si se sobrepasan los radios de curvatura, los cables están mal dispuestos o los separadores y elementos de alivio de tensión están mal diseñados. A menudo se subestima el montaje; unas conexiones de apantallamiento defectuosas, unos conectores inadecuados o una mano de obra deficiente pueden provocar rápidamente problemas de compatibilidad electromagnética y fallos.

Una solución de sistema coherente de HELUKABEL es el HELUCHAIN SYSTEM (figura 3). Combina soportes de cables, cables emparejados de gran flexibilidad, accesorios y, opcionalmente, variantes premontadas y listas para conectar en un paquete integrado, lo que proporciona una solución coordinada y fiable en lugar de componentes separados.

Figura 3: Un ejemplo de la combinación de portacables, cable y accesorios HELUCHAIN SYSTEM de HELUKABEL. (Fuente de la imagen: HELUKABEL)

Infraestructura de red

Con el aumento de la velocidad de transmisión de datos y de la conectividad en las plantas industriales, la infraestructura física de la red está cobrando cada vez más importancia. Belden aborda este desarrollo con soluciones Ethernet industriales (Figura 4) para arquitecturas de automatización modernas. Los conmutadores aptos para tiempo real que admiten mecanismos TSN permiten una comunicación determinista en entornos industriales difíciles.

Figura 4: Soluciones Ethernet industriales de Belden. (Fuente de la imagen: Belden)

El nuevo punto de acceso industrial de Belden proporciona Wi-Fi 7 determinista con baja latencia para aplicaciones de robótica, logística y automatización. Su diseño de doble banda 5 GHz/6 GHz, la itinerancia rápida y las funciones de diagnóstico integradas garantizan una interacción fluida entre distintos sistemas. Por tanto, el pensamiento sistémico se extiende más allá del propio cable para incluir la infraestructura asociada.

Sostenibilidad

La sostenibilidad ha adquirido una importancia significativa en el mercado. Los fabricantes de cables están aumentando la transparencia y proporcionando documentación sobre materiales y procesos de producción eficientes.

Sin embargo, la palanca de sostenibilidad más importante sigue siendo la vida útil: cuanto más tiempo funcione un sistema de forma fiable y menos ciclos de sustitución se necesiten, mejor será el equilibrio económico y ecológico general. Los fabricantes también están trabajando en materiales alternativos, como los plásticos de origen biológico o parcialmente reciclables.

Una vez más, la sostenibilidad no debe evaluarse de forma aislada a nivel de cable individual, sino en la interacción de los materiales, la vida útil y la eficiencia energética dentro del sistema global.