2.1.2. Tipo de apantallamiento

Introducción

Los tipos de apantallamiento constituyen un aspecto esencial en la protección de las señales eléctricas frente a interferencias electromagnéticas en sistemas de comunicaciones, control y potencia. La correcta elección y aplicación de estos apantallamientos es clave para garantizar la compatibilidad electromagnética (CEM) en entornos industriales, donde la coexistencia de múltiples fuentes de ruido puede comprometer el funcionamiento fiable de los equipos. Este tema detalla los principales tipos de apantallamiento, sus características, aplicaciones y las prácticas de conexión a tierra.

Apantallamiento por malla

El apantallamiento mediante malla consiste en un entramado de hilos conductores, generalmente de cobre estañado, que envuelven el conductor o conjunto de conductores internos. Esta malla puede estar tejida de modo que cubra entre el 60% y el 95% de la superficie, dependiendo de la densidad del trenzado. La principal función de la malla es crear una barrera física que absorba o desvíe los campos electromagnéticos de alta frecuencia, actuando como una jaula de Faraday. Su eficacia es especialmente alta frente a interferencias de radiofrecuencia (RF), ya que la malla puede interceptar y canalizar las corrientes inducidas hacia tierra. Además, proporciona cierta resistencia mecánica al cable.

En cuanto a la conexión a tierra, la malla debe conectarse firmemente al sistema de tierra, preferiblemente en un solo punto para evitar la formación de bucles de masa, aunque en instalaciones industriales extensas a veces es necesario conectarla en ambos extremos para mejorar la protección frente a interferencias de modo común. La impedancia de transferencia es el parámetro que caracteriza su eficacia.

Aplicaciones típicas: Cables de señal para variadores de frecuencia, comunicaciones industriales (PROFIBUS, Ethernet industrial) y equipos sensibles a RF.

Apantallamiento por cinta

Este tipo de apantallamiento utiliza una lámina continua, generalmente de aluminio o cobre, que rodea los conductores. Puede presentarse sola o combinada con una malla para aumentar la cobertura (por ejemplo, en cables tipo FTP o SF/UTP). La cinta proporciona una cobertura próxima al 100%, lo que la hace muy efectiva para bloquear campos eléctricos de baja frecuencia y proteger las señales frente a interferencias capacitivas. Sin embargo, su eficacia frente a campos magnéticos de baja frecuencia es limitada, ya que las corrientes inducidas en la cinta pueden ser menos efectivas para disipar energía.

La continuidad eléctrica de la cinta es fundamental, y normalmente se conecta a tierra mediante un cable de drenaje que discurre en paralelo a la cinta, asegurando así una ruta de baja impedancia para las corrientes de fuga. En entornos industriales, los cables con apantallamiento de cinta se utilizan frecuentemente en sistemas de instrumentación y transmisión de datos sensibles a las perturbaciones eléctricas (por ejemplo, señales de termopares, RTD, lazos de 4-20 mA).

Trenzado y combinaciones con apantallamiento

El trenzado de los conductores internos (pares trenzados) aprovecha la simetría y la inversión de fase de las señales para cancelar el ruido electromagnético inducido (modo común). Si bien el trenzado por sí solo no constituye un apantallamiento físico, al combinarse con malla o cinta mejora notablemente la inmunidad frente a interferencias, especialmente en aplicaciones de transmisión diferencial. Los cables STP (Shielded Twisted Pair) combinan pares trenzados con una pantalla global de malla o cinta. Los cables SF/UTP añaden una pantalla global y pantallas individuales para cada par.

La conexión a tierra en cables trenzados con apantallamiento se realiza de forma similar a la de la malla, procurando mantener la simetría y evitar bucles de masa. La impedancia característica y la atenuación son parámetros clave en estos cables para comunicaciones digitales.

Aplicaciones típicas: Ethernet (Cat5e, Cat6a), buses de campo, y sistemas de audio/vídeo profesional.

Criterios de selección en entornos industriales

En instalaciones industriales, la selección del tipo de apantallamiento depende de la naturaleza de las interferencias presentes, la criticidad de las señales y las condiciones ambientales. A continuación se presentan pautas generales:

• Señales analógicas de baja amplitud (sensores, termopares, 4-20 mA): Se recomienda el uso de cables con apantallamiento de cinta (cobertura 100%) o malla de alta cobertura, conectando el apantallamiento a tierra en un único punto (normalmente en el extremo del receptor o del PLC).
• Transmisión digital o líneas de comunicación (PROFIBUS, Ethernet, CAN): El uso de pares trenzados apantallados (STP) proporciona una protección superior frente a interferencias inducidas por maquinaria, motores y variadores de frecuencia. La combinación de trenzado y pantalla global es lo más efectivo.
• Entornos con fuertes campos eléctricos (cerca de líneas de alta tensión): Los apantallamientos de cinta ofrecen la mayor cobertura contra campos eléctricos.
• Entornos con campos magnéticos variables (motores, transformadores): La malla (o la combinación de malla y cinta) es preferible, ya que disipa mejor las corrientes inducidas.

Conexión a tierra del apantallamiento

La correcta conexión a tierra del apantallamiento es un aspecto crítico. Debe realizarse de modo que el apantallamiento no se convierta en una fuente de ruido adicional por la circulación de corrientes no deseadas. En sistemas industriales, la práctica recomendada es conectar el apantallamiento al potencial de tierra del cuadro de control o del armario de distribución, procurando mantener la continuidad y minimizar la resistencia de conexión. Cuando el cable atraviesa diferentes potenciales de tierra, debe evaluarse el riesgo de corrientes de bucle y, si es necesario, emplear técnicas de aislamiento galvánico o conexión en un solo extremo. La norma IEC 61000-5-2 ofrece directrices detalladas.