En el intrincado mundo de la fabricación de cables eléctricos, la elección de los materiales es de suma importancia. Estos materiales no solo dictan el rendimiento del cable, sino también su aplicación y longevidad.
Tabla de contenidos
- Cable de Cobre
- Cable de Aluminio
- Cloruro de Polivinilo (PVC)
- Polietileno (PE)
- Polietileno Reticulado (XLPE)
- Acero
- Caucho
- Cintas y Rellenos
- Materiales de Revestimiento
- Conclusión
Cable de Cobre
El cobre, conocido por su excelente conductividad eléctrica, es un elemento básico en la fabricación de cables eléctricos. Específicamente, el cobre electrolítico, formado a través de un proceso continuo de fundición y laminación, se manifiesta como cable de cobre de bajo oxígeno. Otra variante, el cable de cobre libre de oxígeno, se produce mediante el método de plomo superior.
Cable de Cobre de Bajo Oxígeno
- Contenido de Oxígeno: 100 a 250 ppm
- Contenido de Cobre: 99.9 a 99.95%
- Conductividad: 100 a 101%
- Gravedad Específica: 8.9 g/cm³
Cable de Cobre Libre de Oxígeno
- Contenido de Oxígeno: 4 a 20 ppm
- Contenido de Cobre: 99.96 a 99.99%
- Conductividad: 102%
- Gravedad Específica: 8.9 g/cm³
La alta conductividad y gravedad específica del cobre lo hacen un excelente conductor, especialmente para cables de cobre de bajo oxígeno y libres de oxígeno, que difieren principalmente en su contenido de oxígeno y ligeramente en conductividad.
Cable de Aluminio
El aluminio, que ofrece una alternativa ligera y rentable al cobre, es otra elección popular en la fabricación de cables.
- Requisito de Resistividad: 0.028264Ω.mm²/m
- Gravedad Específica: 2.703 g/cm³
Los conductores de aluminio utilizados en cables suelen ser recocidos para mejorar la flexibilidad y suavidad. Son especialmente preferidos en aplicaciones donde el peso y el costo son consideraciones significativas.
Cloruro de Polivinilo (PVC)
El PVC es un plástico versátil utilizado extensamente en el aislamiento y revestimiento de cables. Es un material compuesto fabricado mezclando resina de cloruro de polivinilo con varios aditivos, como estabilizadores, plastificantes y retardantes de llama.
- Densidad: 1.38 a 1.46 g/cm³
Ventajas del PVC:
- Propiedades mecánicas superiores
- Resistencia química
- No inflamabilidad
- Resistencia a la intemperie
- Excelentes propiedades de aislamiento eléctrico
- Fácil procesamiento
Desventajas del PVC:
- Emite humos tóxicos al quemarse
- Mal rendimiento de envejecimiento térmico
La versatilidad del PVC le permite funcionar tanto como material aislante como de revestimiento, proporcionando protección mecánica y aislamiento eléctrico.
Polietileno (PE)
El polietileno es un material común de aislamiento, derivado de la polimerización del etileno. Se clasifica según la densidad en polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno de densidad media (MDPE) y polietileno de alta densidad (HDPE).
LDPE:
- Densidad: 0.91 a 0.925 g/cm³
MDPE:
- Densidad: 0.925 a 0.94 g/cm³
HDPE:
- Densidad: 0.94 a 0.97 g/cm³
Ventajas de los Materiales de Polietileno:
- Alta resistencia de aislamiento y fuerza de voltaje
- Baja constante dieléctrica y tangente de pérdida en un amplio rango de frecuencias
- Flexibilidad y resistencia al desgaste
- Buen envejecimiento térmico, rendimiento a bajas temperaturas y estabilidad química
- Resistencia al agua y baja tasa de absorción de humedad
- Ligereza, facilitando el uso e instalación de cables
Desventajas de los Materiales de Polietileno:
- Fácilmente combustible cuando se expone a la llama
- Baja temperatura de ablandamiento
Polietileno Reticulado (XLPE)
El XLPE es una forma de polietileno con propiedades mejoradas, lo que lo hace adecuado para el aislamiento de cables de media y alta tensión. Dos tipos principales de XLPE son prevalentes en la industria: polietileno reticulado con silano y polietileno reticulado con DCP (peróxido de diisopropilo).
Polietileno Reticulado con DCP:
El DCP, un peróxido, facilita la reacción de reticulación en el polietileno. Se descompone más rápidamente a temperaturas más altas, promoviendo la reticulación. A temperatura ambiente, su descomposición es lenta, pero se acelera significativamente por encima de 125°C.
Polietileno Reticulado con Silano:
Los reticulantes de silano requieren agua para completar la reacción de injerto. Hay dos variantes en el mercado: de un paso (agente de reticulación y catalizador premezclados) y de dos pasos (materiales A y B separados, mezclados antes de usar). Los materiales de un paso tienen una vida útil más corta, mientras que los de dos pasos duran más pero deben usarse inmediatamente después de mezclar. Se puede añadir negro de humo masterbatch para mejorar la resistencia a la intemperie, especialmente en productos de cable aislado de sobrecarga.
Ventajas de los Materiales de Polietileno Reticulado:
- Propiedades eléctricas y mecánicas superiores en comparación con el PE
- Temperatura de ablandamiento más alta que el PVC
- Capacidad para operar normalmente a temperaturas de hasta 90°C
Acero
El acero se utiliza ampliamente en la fabricación de cables eléctricos por su fuerza y durabilidad, particularmente en cables armados que requieren protección mecánica adicional.
Armadura de Alambre de Acero (SWA)
- Propósito: Proporciona protección mecánica, previniendo que el cable sea aplastado o dañado.
- Aplicaciones: Utilizado en sistemas subterráneos, redes eléctricas y canalización de cables.
Armadura de Cinta de Acero (STA)
- Propósito: Ofrece protección robusta para cables, especialmente contra roedores y otras formas de daño mecánico.
- Aplicaciones: Común en instalaciones industriales y subterráneas.
La alta resistencia a la tracción del acero lo hace un material ideal de refuerzo, asegurando que los cables puedan soportar tensiones físicas sin comprometer su funcionalidad eléctrica.
Caucho
El caucho se usa en varios tipos de cables debido a sus excelentes propiedades de aislamiento y flexibilidad.
Tipos de Caucho Utilizados en Cables:
- Caucho Natural: Utilizado en cables de propósito general por su flexibilidad y propiedades de aislamiento.
- Compuestos Elastoméricos: Como el EPDM (monómero de etileno propileno dieno) y el EPR (caucho de etileno propileno), conocidos por su resistencia al calor y durabilidad.
El aislamiento de caucho es esencial en cables que requieren flexibilidad y resistencia a factores ambientales como humedad, aceites y químicos.
Cintas y Rellenos
Las cintas y rellenos juegan un papel crucial en la integridad estructural y funcionalidad de los cables.
Tipos de Cintas:
- Cintas de Mica: Proporcionan excelentes propiedades resistentes al fuego, cruciales para cables de rendimiento contra incendios.
- Cintas de Poliéster: Ofrecen protección mecánica adicional y aislamiento eléctrico.
Rellenos:
- Propósito: Los rellenos se utilizan para proporcionar a los cables una forma circular, mejorar las propiedades mecánicas del cable y asegurar una estructura estable y uniforme.
- Materiales: Los materiales utilizados como rellenos incluyen materiales no higroscópicos como el polipropileno o el polietileno fibrilado.
Materiales de Revestimiento
La cubierta exterior de un cable proporciona protección mecánica, contra la humedad y química. Se utilizan diversos materiales en función de la aplicación del cable y las condiciones ambientales.
Tipos de Materiales de Revestimiento:
- PVC: Ofrece buena flexibilidad y resistencia a la humedad y químicos.
- Poliuretano (PU): Conocido por su excelente resistencia a la abrasión y flexibilidad.
- Retardante de Llama Libre de Halógenos (HFFR): Utilizado en ambientes donde el humo bajo y la baja toxicidad son críticos, como en edificios públicos o transporte.
Conclusión
Los materiales utilizados en la fabricación de cables eléctricos se seleccionan para satisfacer las necesidades específicas de diversas aplicaciones. Desde materiales conductores como el cobre y el aluminio hasta materiales aislantes como el PVC, PE, caucho y XLPE, cada componente juega un papel crucial en el rendimiento del cable.
Los materiales de refuerzo como el acero proporcionan protección mecánica, mientras que las cintas, rellenos y materiales de revestimiento aseguran la integridad estructural del cable y la resistencia a factores ambientales. Comprender estos materiales y sus propiedades es esencial para diseñar y fabricar cables que cumplan con las rigurosas demandas de los sistemas eléctricos y de comunicación modernos.