El medio ambiente afecta negativamente la vida útil de los cables. La exposición a la luz solar, las fluctuaciones de temperatura o la humedad constituyen lo que se conoce como “envejecimiento”: un proceso químico irreversible que provoca la decoloración y la pérdida de las propiedades mecánicas de los polímeros. Por lo tanto, evitar estos efectos en los cables expuestos a la intemperie es esencial para prolongar su vida útil.
El mercado de cables ofrece una amplia gama de diseños y aplicaciones para uso en exteriores. Lo vemos en cables de media tensión, cables fotovoltaicos para paneles solares, cables de alimentación para edificios, los cada vez más populares cables de fibra óptica aérea o los necesarios para cargadores de coches eléctricos. Diversos sectores de gran relevancia requieren cables resistentes a la fotodegradación.
Se trata de un proceso fotoquímico producido por la luz solar que es acumulativo, lo que significa que empeora con el tiempo y es irreversible. La degradación del polímero por la radiación ultravioleta (UV) influye en sus propiedades físicas y, por lo tanto, en su vida útil.
Así, la radiación UV provoca una degradación fotooxidativa que provoca la rotura de las cadenas poliméricas, produciendo radicales libres que inician una reacción en cadena que deteriora sus propiedades mecánicas. Como consecuencia, se produce una degradación del aspecto visual, del brillo y de la superficie, así como una pérdida de las propiedades mecánicas del cable, lo que limita su vida útil.
Cabe recordar que cuando un plástico se expone a las condiciones solares y climáticas, se producen dos fenómenos independientes: la degradación polimérica y la fotodegradación de los grupos cromóforos presentes en los pigmentos, responsables del color final del cable.
Mitigar la fotodegradación polimérica
Existen tres maneras de mitigar la fotodegradación polimérica.
- Una de ellas es el uso de aditivos llamados filtros UV, que tienen la capacidad de absorber la luz ultravioleta que causa la degradación. De esta manera, cuando la luz solar entra en contacto con estos aditivos, reaccionan e impiden que la luz llegue al polímero, como si fuera un parasol.
- También es posible mitigarlo mediante HALS (estabilizadores de luz de aminas impedidas), una familia de aditivos que reaccionan con los radicales libres, bloqueándolos y previniendo la rotura de la cadena polimérica. Cuando la luz ultravioleta incide y se genera el radical libre, los HALS actúan deteniendo el proceso de degradación del polímero.
- Por otro lado, mediante el pigmento negro (es decir, negro de humo), se obtiene una alta capacidad de absorción de la radiación UV de la luz, ya que atrapa esta energía, impidiendo así que reaccione con el polímero. Los grados más efectivos son aquellos con el tamaño de partícula más pequeño, ya que presentan una mayor superficie para atrapar la radiación solar.
¿Y qué hay del color? Ningún aditivo protege el color del cable como lo hace el polímero. La solución en este caso es formular el color con pigmentos preparados para soportar condiciones exteriores. En otras palabras, es necesario desde el principio elegir el pigmento o la combinación de pigmentos adecuados que sean resistentes a la luz. El estudio exhaustivo del comportamiento de los pigmentos en los diferentes tipos de polímeros utilizados en la industria del cable (PVC, HFFR, TPU, XLPE, EPDM, etc.) en condiciones exteriores es clave para garantizar la estabilidad del color del cable durante su vida útil en el exterior.
Resistencia a la intemperie y a la luz
El comportamiento de los pigmentos en exteriores puede medirse mediante una prueba que acelera el estado de exposición de los plásticos bajo diferentes condiciones de luz solar. En otras palabras, existen métodos eficaces para determinar el comportamiento esperado de los cables para exteriores, lo que facilita la selección de pigmentos y, por lo tanto, la predicción de la vida útil del plástico.
De esta manera, se facilita la toma de decisiones y se contribuye a la instalación de cables sólidos capaces de resistir la intemperie y las condiciones que provocan resistencia a la luz. Así, el concepto histórico de resistencia a la luz, que tiene en cuenta la incidencia de la luz, se combina con el de resistencia a la intemperie, que, además de la luz, considera factores como la temperatura y la humedad.
De hecho, los pigmentos con buena resistencia a la luz pueden no funcionar correctamente en diferentes rangos de temperatura, bajo la radiación solar, y también se ven afectados por el polímero utilizado en la definición del cable. Ambos conceptos se combinan para resolver el problema al que se enfrentan los diseñadores de cables para exteriores, pero afortunadamente existe una solución.
Un buen conocimiento del comportamiento de los pigmentos en los diferentes tipos de polímeros utilizados en la industria del cable, como XLPE, PVC, HFFR, TPU, TPE-E y EPDM, es esencial para poder proponer formulaciones de pigmentos que obtengan el color requerido con una excelente estabilidad en condiciones exteriores, no solo debido a la acción agresiva de la luz, sino también a todos los factores de intemperie mencionados anteriormente.
Los colores más críticos que podemos encontrar en los cables de exterior son aquellos que deben diseñarse con pigmentos rojos y amarillos, ya que son los más sensibles a la luz y a los efectos climáticos. Por ello, es fundamental contar con pruebas que nos ayuden a predecir el comportamiento de estos pigmentos en las diferentes bases poliméricas y con las concentraciones necesarias. Estas pruebas deben realizarse para estos pigmentos críticos utilizando Suntest (un equipo de laboratorio que, en condiciones estandarizadas, permite realizar estas predicciones).
Si estas pruebas no se realizan con los pigmentos críticos, es posible que se produzca una degradación de los grupos cromóforos de dichos pigmentos, dando como resultado una decoloración de los cables en tiempos mucho más cortos que los deseados, con los consiguientes problemas relacionados con la reparación y control de circuitos eléctricos y cables de datos en instalaciones exteriores.