Más ligeros, más finos, más flexibles

Los cables de transmisión óptica de datos con fibras de vidrio o plástico, también conocidos como cables de fibra óptica, permiten unos índices de transmisión de datos sumamente altos, como los que requería la visión artificial. En la era de la Industria 4.0, este factor es cada vez más importante para las fábricas. Lo que mucha gente no sabe es que los cables de fibra óptica pueden durar tanto como los cables de cobre, si se usa el cable adecuado para la aplicación deseada.

Es gracias a estos cables que el incremento de la transmisión de datos no ha supuesto el colapso de Internet. Los cables de fibra de vidrio transmiten volúmenes enormes de datos; actualmente se están probando cables capaces de transmitir a una tasa de 250 terabits por segundo. Las fibras de vidrio solamente las producen un reducido número de fabricantes en todo el mundo.

La transmisión óptica de señales dentro de un cable de fibra óptica funciona gracias al principio físico de reflexión interna total. Un cable de fibra óptica consta de un núcleo y una vaina, mostrando el material del núcleo un mayor índice de refracción óptica que el material de la vaina que lo envuelve. Dentro de la zona del núcleo, la señal emitida ópticamente se propaga entre los bordes del soporte del núcleo y la zona de la vaina mediante acciones de reflexión y refracción, permitiendo así su transferencia. La unidad formada por el núcleo y la vaina (en conjunto la fibra) está protegida con un revestimiento o cubierta mecánica que se aplica sobre ella.

Aunque el principio de transmisión de datos ópticos lleva algún tiempo utilizándose y hace años que se usan distintos tipos de fibra, las características de la transmisión siguen mejorando y optimizándose constantemente. En la actualidad, en la industria se usan tres tipos de fibra en los cables de fibra óptica, que son:

• Cables de fibra óptica de plástico (POF: fibras ópticas de polímero) con un diámetro de núcleo y vaina de 980 y 1000 µm, y un diámetro de 2,2 mm como núcleo utilizable, incluyendo la cubierta protectora.

• Fibras de vidrio con una vaina exterior de plástico (PCF: fibra revestida de plástico), con un núcleo óptico de vidrio y una vaina de plástico. El diámetro del núcleo es de 500 µm.

• Fibras de vidrio (GOF: fibras ópticas de vidrio) con un núcleo y una vaina de vidrio, un diámetro de la fibra de 125 µm y un diámetro del núcleo con una cubiertaprotectora de 250 µm.

Un cable de fibra óptica presenta, en esencia, una estructura similar a la de un cable convencional. No obstante, las fibras ópticas, más que alambres de filamentos finos, son elementos que recorren el cable utilizando diferentes componentes estructurales y protectores, dependiendo de la aplicación. Los tipos de cable utilizados en la fibra óptica pueden dividirse en las categorías siguientes:

• Para instalaciones o aplicaciones fijas

• Para aplicaciones flexibles o móviles.

Estas categorías incluyen varias estructuras de cables diferentes. Cuando se trata de tipos de cables para instalaciones fijas, el factor que se considera más importante es contar con una densidad de empaquetamiento muy alta. Esto significa que a medida que los cables se hacen más pequeños, el número de fibras ópticas que contienen va en aumento; y siguen estando bien protegidos frente a cargas mecánicas y frente a la humedad.

Los tipos de cables para aplicaciones móviles son diferentes de los utilizados en las instalaciones fijas. Con estas estructuras de cables, cada fibra individual suele incluir su propia estructura protectora, que consiste en una vaina para el núcleo, componentes de protección antitracción y una vaina para el cable. Estos componentes protegen las fibras de influencias mecánicas y permiten una aplicación flexible. También son un requisito en los casos de montaje con un conector directo.

El resto del proceso es similar al de los cables de cobre: las fibras ópticas van trenzadas, entrelazadas entre sí con una máquina, de modo que queden devanadas en torno a toda la longitud del eje del cable. De este modo se garantiza que el conjunto permanece unido y se evita que adopte una forma oval al doblarse. A continuación se produce el envainado. Aquí hace falta contar con una particular experiencia porque cada aplicación cuenta con sus propios requisitos materiales y de procesamiento. Los cables de telecomunicaciones que se tienden directamente en el suelo no tienen que ser flexibles, pero sí herméticos y capaces de soportar el impacto de los roedores. Por este motivo, los cables llevan una protección contra los roedores, como un revestimiento fino de vidrio que evita que lo coman los animales. En Europa, esos cables deben ser capaces de soportar la influencia de la denominada «rata común», un animal ficticio cuyo mordisco se reproduce en el banco de pruebas. Para su uso en países situados más al sur, este cable también incluye un blindaje de acero, que hace que a los grandes roedores y simios les cueste mucho clavar sus incisivos dientes.

Equipados con la protección adecuada, los cables de fibra óptica son sumamente resistentes al agua, el aceite, el ácido y las tensiones mecánicas.

En aplicaciones móviles, también pueden doblarse con un radio diez veces superior a la longitud de su diámetro exterior. Por ejemplo, si el cable tiene cinco milímetros de grosor, el radio de curvatura será de cinco centímetros. No obstante, para lograr una transmisión con el máximo rendimiento posible, el radio de curvatura ha de ser al menos 15 veces superior al diámetro. Aunque un radio de curvatura menor no hará que el cable se rompa, provocará una atenuación mayor, en el sentido de que se perderá luz en la curva cerrada, además de transmitir ligeras señales que escapen del núcleo hacia la vaina y una reducción de la calidad de la señal. Los cables de cobre muy flexibles pueden lograr un radio de curvatura mínimo solamente 7,5 veces superior al diámetro exterior, por lo que podrán doblarse más, resultando una mejor elección en aplicaciones que requieran un radio de curvatura particularmente pequeño.

En el curso de la Fábrica Inteligente y la Industria 4.0, la transmisión de datos ha aumentado considerablemente, debido por ejemplo al uso del procesamiento automático de las imágenes para el control de calidad; es aquí donde los cables de fibra óptica demuestran su gran potencial. Aunque normalmente pueden fabricarse cables de cobre con anchos de banda suficiente, en la práctica alcanzan rápidamente sus límites en las grandes cadenas de producción. Las fibras de vidrio pueden transmitir un volumen de datos considerablemente mayor y recorrer distancias más largas. Además, los cables de fibra óptica suelen ser más finos y ahorran un valioso espacio dentro de la maquinaria. Y este hecho supone una ventaja aún mayor en los anchos de banda particularmente grandes, ya que un solo cable de fibra óptica puede realizar el trabajo para el que, de otro modo, harían falta varios conductores de cobre.

Uno de los puntos fuertes de los cables de fibra óptica dentro del entorno de producción es su insensibilidad a los campos electromagnéticos. Con el control de las máquinas convencionales no hay ningún problema. Sin embargo, cuando una cámara de alta velocidad envía sus datos directamente a través de potentes motores eléctricos, o incluso de un sistema de soldadura, la inmunidad a las interferencias es un factor importante. Esto no es un problema para los cables de fibra óptica, ya que trabajan con luz, que no se ve influenciada por los campos electromagnéticos. Por otro lado, los cables dentro de una máquina cerca de a una pieza de trabajo reciben sacudidas y vibraciones. En algunas ocasiones, brazos robotizados los arrastran adelante y atrás durante varios metros, millones de veces a lo largo de las cadenas de arrastre.

Lapp Group utiliza su propio laboratorio para comprobar las cadenas de arrastre de hasta 30 metros de longitud, simulando varios años de uso intenso en la fábrica a través de movimientos rápidos. Las pruebas demuestran que los cables de fibra óptica con una estructura especial no tienen nada que envidiar a los cables de cobre en ningún aspecto.

Los cables de fibra óptica de plástico suponen una alternativa interesante. Como su propio nombre indica, esta fibra no solamente está compuesta de vidrio, sino también de plástico transparente. Las fibras de plástico son más baratas y más fáciles de ensamblar. No obstante, presentan dos limitaciones importantes cuando se comparan con las fibras de vidrio: no son adecuadas para tasas de datos de más de 100 megabits por segundo y, debido a su escasa transparencia, no pueden superar los 70 metros de longitud. Las fibras de vidrio, por otro lado, pueden transmitir la luz a lo largo de varios kilómetros sin pérdida alguna. En las fábricas, sin embargo, estas desventajas rara vez suponen un problema, ya que la velocidad de transmisión y el ancho de banda suelen ser suficientes. Otra ventaja de los cables de fibra de plástico es que son más fáciles de instalar, ya que puede hacerse de un modo más directo, montándose y utilizándose in situ sin ningún problema. Esto hace que su uso resulte más sencillo para los usuarios no experimentados y los empleados de entornos industriales. El uso de cables de fibra de vidrio, por otro lado, requiere algo más de experiencia y herramientas especiales.

Tanto si están hechos de vidrio como de plástico, los cables de fibra óptica se demandan cada vez más en el sector de la producción gracias a sus muchas ventajas, y esta demanda se incrementará aún más en el futuro. Como los requisitos también van en aumento, es importante seleccionar el cable adecuado. Con más de 50 años de experiencia en cables y en entornos industriales, Lapp Group es un socio fiable en este sector y dispone de un amplio rango de soluciones para fibra óptica bajo la marca de producto Hitronic.