A máquina de recubrimiento secundario Funciona alimentando continuamente fibras ópticas con recubrimiento primario a través de una matriz de extrusión de precisión, donde el material termoplástico fundido se forma en un tubo protector alrededor de las fibras. El proceso integra control de tensión de fibra, extrusión de doble capa, inyección de gel tixotrópico, enfriamiento por baño de agua y monitoreo dimensional en tiempo real en una única línea de producción sincronizada. El resultado final es un amortiguador de tubo holgado dimensionalmente estable, el elemento estructural central de la mayoría de los cables de fibra óptica utilizados en redes de telecomunicaciones en todo el mundo.
En términos prácticos, la máquina toma fibras desnudas de los carretes de pago en un extremo y entrega tubos amortiguadores en bobina, llenos de gel y de dimensiones precisas en el otro, todo a velocidades de línea que pueden alcanzar 300 metros por minuto en sistemas de producción de alto rendimiento. Cada parámetro, desde la temperatura de fusión hasta la tensión de la fibra, se monitorea y ajusta en forma de circuito cerrado para garantizar que cada metro de tubo cumpla con las mismas especificaciones estrictas.
Antes de examinar en detalle los subsistemas individuales, es útil entender la máquina como un proceso lineal y continuo. El material y la fibra entran por el extremo aguas arriba y se transforman progresivamente a medida que avanzan aguas abajo. La secuencia de operaciones sigue este flujo lógico:
Cada una de estas etapas es interdependiente. Un cambio en la velocidad de la línea en el cabrestante, por ejemplo, afecta simultáneamente el espesor de la pared del tubo, la EFL de la fibra, la relación de llenado de gel y la eficiencia de enfriamiento, razón por la cual las máquinas modernas dependen de sistemas de control de circuito cerrado basados en PLC en lugar de configuraciones ajustadas manualmente.
La precisión de funcionamiento de una máquina de recubrimiento secundario comienza con su estructura física. El bastidor de la máquina se construye utilizando soldadura de placa de acero A3 de alta tensión combinada con procesamiento de acero de tipo estructural. El acero A3 (comparable al grado Q235) proporciona una resistencia a la tracción de aproximadamente 370 a 500 MPa, excelente soldabilidad y baja tensión residual después del mecanizado, todas propiedades esenciales para un marco que debe permanecer dimensionalmente estable bajo cargas térmicas y mecánicas continuas.
El marco debe soportar y alinear todos los subsistemas principales (extrusoras, canales de enfriamiento, cabrestante y recogida) con una precisión de fracciones de milímetro. Cualquier flexión o vibración en el marco se traduce directamente en una variación del diámetro del tubo o en una desviación de la posición de las fibras dentro del tubo. Por esta razón, la estructura de acero soldada generalmente se libera de tensiones después de la fabricación y se mecaniza con precisión en todas las superficies de montaje críticas antes del montaje.
Una línea de recubrimiento secundario de grado de producción comúnmente abarca 15 a 30 metros de longitud total , y el marco debe mantener la alineación en todo este tramo incluso cuando los cilindros del extrusor se calientan a 250–280 °C y los canales de enfriamiento funcionan a 15–40 °C en las zonas adyacentes. Las juntas de expansión térmica y los refuerzos transversales rígidos están diseñados en el diseño del marco para gestionar estas demandas sin comprometer la precisión posicional.
El proceso comienza en la estación de pago de fibra, donde se montan carretes de fibra óptica con revestimiento primario en soportes de pago motorizados. Cada carrete puede llevar 20 a 25 km de fibra y se cargan varios carretes simultáneamente para la producción de tubos multifibra, normalmente 2, 4, 6, 8, 12 o 24 fibras por tubo.
La tensión de la fibra es uno de los parámetros más críticos en el recubrimiento secundario. Si la tensión es demasiado alta, las fibras pueden pretensarse dentro del tubo terminado, provocando una atenuación óptica elevada. Si la tensión es demasiado baja, las fibras pueden enredarse o formar bucles desiguales, lo que provoca defectos en la geometría del tubo. La tensión operativa normalmente se establece entre 30 y 80 gramos por fibra. , mantenido por un sistema de retroalimentación de brazo bailarín o un pago servoimpulsado con medición de tensión en tiempo real.
Las fibras se enrutan a través de una serie de guías de cerámica o acero inoxidable que las convergen gradualmente en el espacio y la disposición precisos requeridos en la entrada del troquel de extrusión. Estas guías están pulidas hasta alcanzar una rugosidad superficial submicrónica para evitar rayar el delicado revestimiento primario de las fibras.
El sistema de extrusión es el corazón de la máquina de recubrimiento secundario. La mayoría de las líneas de producción utilizan una configuración de doble extrusora para aplicar el material del tubo protector en dos capas distintas. En el diseño estándar, la extrusora de recubrimiento frontal está ubicada en la parte delantera de la máquina y la extrusora de recubrimiento inferior está ubicada en la parte trasera. Esta disposición permite que cada capa se controle de forma independiente en términos de tipo de material, temperatura de fusión y tasa de rendimiento.
La extrusora de revestimiento frontal suministra material que forma la superficie interior del tubo protector, la superficie en contacto directo con las fibras ópticas y el gel de relleno. Esta capa debe ser químicamente compatible con el compuesto de gel y debe presentar una contracción muy baja al enfriarse para evitar inducir tensión mecánica en las fibras. PBT (tereftalato de polibutileno) es la opción de material predominante, ya que ofrece una contracción lineal del molde inferior al 0,5 % y un rango de temperatura de servicio de -40 °C a 85 °C.
La extrusora de revestimiento frontal normalmente utiliza un Monotornillo de 30 mm o 45 mm de diámetro con una relación de compresión de 2,5:1 a 3,5:1, operando a temperaturas del barril entre 200°C y 270°C. La temperatura de la zona de medición es la que se controla más estrictamente, ya que la viscosidad de la masa fundida en la matriz debe permanecer dentro de una ventana estrecha para lograr un espesor de pared constante.
La extrusora de revestimiento inferior aplica la capa de pared exterior del tubo protector, lo que determina el diámetro externo y las propiedades mecánicas del tubo. Esta capa proporciona la resistencia estructural necesaria para el trenzado de cables: el tubo debe resistir la presión lateral del equipo de trenzado sin distorsión y debe mantener su sección transversal circular después del trenzado alrededor de un miembro de refuerzo central.
El espesor de la capa inferior suele estar entre 0,3 mm y 0,9 mm , dependiendo de los requisitos de diseño del cable. En algunas configuraciones, el material de la capa inferior puede ser un compuesto PBT modificado con estabilizadores UV, colorantes o modificadores de impacto agregados, lo que permite la identificación de tubos codificados por colores en construcciones de cables de múltiples tubos sin requerir una pasada de coloración por separado.
Las dos corrientes de fusión de las extrusoras de revestimiento frontal e inferior convergen en un cabezal de coextrusión, donde se forman concéntricamente alrededor del haz de fibras. El cabezal del troquel consta de una punta guía de fibra, un cuerpo del troquel con dos entradas de material fundido y un orificio del troquel que da forma al diámetro exterior del tubo terminado. El diámetro del orificio de la matriz y la longitud de la base determinan el diámetro exterior del tubo y la caída de presión que impulsa un flujo de fusión constante.
La concentricidad del troquel (la alineación del centro de la punta del troquel con el centro del orificio del troquel) debe mantenerse dentro de ±0,02 mm. para evitar la excentricidad de la pared. La mayoría de los cabezales de troquel modernos incluyen tornillos de ajuste fino o mecanismos de centrado térmico que permiten a los operadores corregir la concentricidad durante la producción sin detener la línea.
Una función crítica del proceso de recubrimiento secundario es llenar el interior del tubo protector con un compuesto tixotrópico bloqueador de agua, comúnmente conocido como gel de relleno o compuesto de inundación. Este gel evita que el agua que ingresa al punto de rotura del cable se desplace longitudinalmente a través del tubo y alcance ubicaciones sensibles de empalme o conector.
El sistema de llenado de gel consta de un tanque de almacenamiento calentado, una bomba dosificadora de precisión (generalmente una bomba de engranajes o una bomba de cavidad progresiva) y una fina aguja de inyección de acero inoxidable que pasa a través de la punta del troquel y deposita el gel directamente dentro del tubo formador. La velocidad de inyección del gel debe sincronizarse con precisión con la velocidad de la línea. (generalmente expresado como una relación de volumen por metro) para garantizar un llenado completo sin exceso de gel que crearía contrapresión y distorsionaría la disposición de las fibras.
El gel de llenado se mantiene a una temperatura elevada (normalmente entre 60 y 80 °C) en el tanque de almacenamiento para reducir la viscosidad para el bombeo, pero gelifica hasta un estado tixotrópico semisólido después de enfriarse en el tubo terminado. Esta combinación de fluidez durante el llenado y estabilidad en servicio es lo que hace que el gel tixotrópico sea la opción estándar para diseños de cables de tubo holgado que funcionan en todo el rango ambiental de -40 °C a 70 °C requerido por la mayoría de los estándares de telecomunicaciones.
Inmediatamente después de la matriz de extrusión, el tubo recién formado ingresa al sistema de enfriamiento. El enfriamiento debe controlarse cuidadosamente: un enfriamiento demasiado rápido provoca tensiones en la superficie y posibles grietas; Un enfriamiento demasiado lento permite que el tubo se hunda o deforme antes de solidificarse por completo, especialmente a altas velocidades de línea.
El sistema de enfriamiento en una línea de recubrimiento secundario típica consta de múltiples canales de agua dispuestos en serie. El primer comedero (el más cercano al dado) utiliza agua tibia en 40–60°C para iniciar un enfriamiento gradual sin choque térmico. Los comederos posteriores reducen progresivamente la temperatura del agua; los comederos finales normalmente funcionan a 15–25°C — llevar el tubo a un estado estable y completamente solidificado antes de que llegue al cabrestante.
La longitud total del canal de enfriamiento varía desde 6 a 15 metros dependiendo de la velocidad de la línea y el espesor de la pared del tubo. Para una línea de 300 m/min que produce un tubo de 2,0 mm de diámetro exterior, el tubo pasa sólo entre 1,5 y 3 segundos en el sistema de enfriamiento, lo que significa que el gradiente de temperatura del agua a través de los canales debe ajustarse con precisión para lograr una solidificación adecuada en este corto período.
Cada zona del comedero tiene control de temperatura independiente mediante un sistema de circulación de agua con un intercambiador de calor. Los operadores pueden ver y ajustar el punto de ajuste de cada zona desde la HMI central, y algunos sistemas avanzados incluyen compensación automática de zona que ajusta el caudal de agua de refrigeración en respuesta a los cambios en la velocidad de la línea.
Después de los canales de enfriamiento, el tubo pasa por uno o más micrómetros láser sin contacto que miden su diámetro exterior de forma continua y en tiempo real. Estos medidores utilizan triangulación láser o tecnología de escaneo de sombras y pueden resolver diferencias de diámetro tan pequeñas como ±0,001 mm a toda velocidad de línea.
Los datos de medición de OD se devuelven al sistema de control PLC, que ajusta automáticamente una o más variables de proceso para corregir cualquier desviación del diámetro objetivo:
Este circuito de retroalimentación de circuito cerrado generalmente funciona con un tiempo de respuesta de menos de un segundo, lo que permite que el sistema compense las variaciones de la viscosidad de la materia prima, los cambios de temperatura ambiente o las fluctuaciones mecánicas menores sin la intervención del operador. Los sistemas modernos mantienen el diámetro exterior del tubo dentro de ±0,03 mm del objetivo durante todo un recorrido de producción de 25 km o más.
Además de la medición de OD, algunas líneas avanzadas incorporan medición de excentricidad (uniformidad del espesor de la pared) mediante medidores giratorios o sistemas de rayos X, y detección de la posición de la fibra mediante sensores ópticos en línea que verifican que las fibras estén centradas dentro del tubo en lugar de desplazadas hacia un lado.
El cabrestante es el elemento que regula la velocidad de toda la línea. Consiste en una o más ruedas o correas motorizadas que sujetan el tubo enfriado y lo arrastran a través de la máquina a una velocidad constante y controlada con precisión. Debido a que la velocidad del cabrestante determina qué tan rápido se extrae el material del troquel de extrusión, controla directamente tanto el diámetro exterior del tubo (a través de la relación de extracción) como el exceso de longitud de fibra dentro del tubo.
El exceso de longitud de fibra (EFL) se define como el porcentaje en el que la longitud de la fibra dentro de un tubo determinado excede la longitud del tubo mismo. Por ejemplo, un EFL del 0,3% significa que por cada 1.000 metros de tubo, la fibra del interior mide 1.003 metros de largo. Este pequeño excedente de fibra es esencial: permite que el cable soporte cargas de tracción sin que las propias fibras experimenten tensiones, lo que aumentaría la atenuación óptica.
El EFL se establece mediante la relación entre la velocidad de pago de la fibra y la velocidad del cabrestante:
Los valores de EFL para cables de tubo holgado estándar suelen estar entre 0,2% y 0,5% , con tolerancias más estrictas requeridas para cables destinados a aplicaciones submarinas o de enterramiento directo donde los ciclos térmicos y las cargas mecánicas son más severos.
Todos los subsistemas descritos anteriormente (tensión de pago, temperatura y velocidad del extrusor, velocidad de la bomba de gel, temperatura del agua de refrigeración, retroalimentación del medidor de diámetro exterior y velocidad del cabrestante) están coordinados por un sistema de controlador lógico programable (PLC) central. El operador interactúa con este sistema a través de una HMI (interfaz hombre-máquina) con pantalla táctil que muestra datos de proceso en tiempo real, condiciones de alarma y gráficos de tendencias.
Las funciones clave de control del PLC incluyen:
Los sistemas avanzados también pueden integrarse con MES (sistemas de ejecución de fabricación) a nivel de fábrica para informar los volúmenes de producción, el consumo de materiales y los datos de calidad en tiempo real al software de gestión de la planta.
Comprender cómo interactúan los parámetros clave del proceso es esencial para los operadores que necesitan solucionar problemas de calidad u optimizar la eficiencia de la producción. La siguiente tabla resume las relaciones más importantes entre parámetro y salida:
| Parámetro del proceso | Si es demasiado alto | Si es demasiado bajo | Rango objetivo (típico) |
|---|---|---|---|
| Temperatura del cilindro del extrusor | Degradación del polímero, decoloración. | Alta presión de fusión, rugosidad superficial | 200–280°C (PBT) |
| Velocidad de la línea del cabrestante | Pared delgada, diámetro exterior reducido, EFL bajo | Pared gruesa, OD alta, exceso de EFL | 40-300 m/min |
| Tensión de liquidación de la fibra | Pretensado de fibra, aumento de atenuación. | Enredos de fibras, deformación del tubo. | 30-80 g por fibra |
| Tasa de inyección de gel | Contrapresión, desplazamiento de fibras. | Llenado incompleto, riesgo de entrada de humedad | Sincronizado a la velocidad de la línea (ml/m) |
| Temperatura del agua de refrigeración | Solidificación incompleta, hundimiento del tubo. | Choque térmico, agrietamiento superficial. | 15–60°C (zonas graduadas) |
| Velocidad de rotación del tornillo | Sobrecalentamiento, degradación del material fundido | Rendimiento inadecuado, caída de OD | 10 a 120 rpm |
Los operadores que comprenden profundamente estas interacciones pueden resolver la mayoría de las desviaciones de calidad ajustando un solo parámetro en lugar de realizar múltiples cambios simultáneamente, que es el camino más rápido para restaurar una producción estable y conforme a las especificaciones.
La etapa final del proceso de recubrimiento secundario es enrollar el tubo protector terminado en carretes receptores para su almacenamiento y procesamiento posterior. El sistema de recogida debe aplicar una tensión controlada y constante al tubo durante el bobinado para evitar la deformación o la tensión de la fibra debido a una presión desigual del carrete.
El mecanismo transversal del carrete receptor coloca el tubo en capas uniformes y superpuestas a lo largo del ancho de la brida del carrete, evitando puntos de presión localizados que podrían dañar la pared del tubo y alterar la geometría de las fibras del interior. La capacidad del carrete normalmente oscila entre 2 kilómetros a 25 kilómetros de tubo terminado dependiendo del diámetro del tubo y del tamaño del carrete.
Cuando un carrete está lleno, la máquina realiza un cambio de carrete, ya sea manual o automáticamente. Durante este breve cambio, un tramo de tubo que no se puede enrollar ni en el carrete completo ni en el nuevo generalmente se corta y se descarta como pieza de transición de producción. Minimizar la longitud de transición de cambio es una métrica de eficiencia importante para los fabricantes de cables de gran volumen, ya que afecta directamente el rendimiento del material por carrete.
Cada carrete completo se etiqueta con datos de producción (especificación del tubo, longitud del carrete, fecha de producción y registro de medición de diámetro exterior) y se transfiere al área de cableado, donde se ensamblarán múltiples tubos de protección alrededor de un miembro central de resistencia para formar el cable de fibra óptica completo.
La secuencia de trabajo de un máquina de recubrimiento secundario no se limita a la producción en estado estacionario: las fases de inicio y parada son igualmente importantes y requieren atención sistemática para evitar la generación de chatarra y daños al equipo.
Incluso las líneas de recubrimiento secundario con buen mantenimiento enfrentan desafíos operativos recurrentes. Comprender las causas fundamentales de los problemas más comunes permite a los equipos de producción resolverlos de manera eficiente.
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