Cables de Acero para MTC Autores Ing. Duarte Pablo Ing. Menne Germán Martinez Krammer Ignacio
CABLES DE ACERO PARA MTC CÓMO INFLUYEN LAS TECNOLOGÍAS APLICADAS EN LA VIDA ÚTIL DEL CABLE
Temario 1. Tecnologías aplicadas 2. Esfuerzos en el cable 3. Comparación de tecnologías I. Fatiga a flexión II. Comportamiento a la tracción III. Alargamiento bajo fatiga a flexión IV. Compresión radial 4. Presentación de fórmula de Feyrer
Tecnologías aplicadas Tecnología Tradicional Tecnología Alma Sólida Tecnología Compactado Combinación de Tecnologías
Esfuerzos en cables de medios de elevación Fatiga debido a Flexión En la polea tractora, polea de reenvío, torres, etc. Tracción Debido a la precarga necesaria del sistema y la carga adicional (pasajeros) Compresión Radial En las pinzas (fijas o desembragables) de las sillas/cabinas. Corrosión Cable sometido a la intemperie.
Fatiga debido a Flexión Simulación en el Banco de Fatiga de IPH
Fatiga debido a Flexión Ensayo en banco de fatiga IPH Muestras CABLE Denominación * 6 x 19S SFC 6 x 19S SPC 6 x 19S(K) SFC 6 x 19S(K) SPC Ø [mm] 18 18 18 18 Recubrimiento Galvanizado Galvanizado Galvanizado Galvanizado Tipo de alma Fibra sintética Polímero sólido Fibra sintética Polímero sólido Torsión Lang Derecha Lang Derecha Lang Derecha Lang Derecha Resistencia [N/mm 2 ] 1770 1770 1770 1770 CMR [TN] 20.20 21.00 22.80 22.80 Lubricación Moderada Moderada Moderada Moderada * ISO 17893
Fatiga debido a Flexión Condiciones de ensayos Tipo de ensayo Flexión simple Factor de servicio 4 Longitud de ensayo [mm] 1100 Diámetro de polea - D -[mm] 400 Relación D/d 22.2 Radio de garganta de polea - r [mm] 10.918 Material de poleas Acero
Fatiga debido a Flexión Resultados de ensayos 6x19 S AFS 51900 6x19 S APS 54500 6x19 S CO AFS 73815 6x19 S CO APS 79720 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 Ciclos de vida a la fatiga
Fatiga debido a Flexión Resultados de ensayos Comparación de tecnologías Efecto del alma sólida Comparación entre Redondos Comparación entre Compactados 54500 79720 51900 73815 20000 30000 40000 50000 60000 20000 40000 60000 80000 100000 Ciclos de vida a la fatiga 5% 5% Ciclos de vida a la fatiga
Fatiga debido a Flexión Resultados de ensayos Comparación de tecnologías Efecto del compactado Comparación entre AFS Comparación entre APS 73815 79720 51900 54500 0 20000 40000 60000 80000 0 20000 40000 60000 80000 100000 Ciclos de vida a la fatiga 42 % 46% Ciclos de vida a la fatiga
Fatiga debido a Flexión Resultados de ensayos Comparación de tecnologías Efecto combinado 6x19 S AFS 51900 54% 6x19 S CO APS 79720 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 Ciclos de vida a la fatiga
Comportamiento a la tracción 140 120 100 Carga (Tn) 80 60 40 6X25 F. +1 AFS 6X25 F.CO +1 AAC 6X25 F.+1 APS 20 0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Elongación %
Alargamiento bajo fatiga a flexión Durante la vida útil del cable la velocidad y cantidad de alargamiento dependen principalmente de: La carga a la que está sometido (Fuerza del pistón/contrapeso/pasajeros) La construcción del cordón componente del cable. Si comparamos el alargamiento de un cable con el mismo alma y similar relación D/d, vemos que la carga es la variable que más afecta al alargamiento del cable y en mucho menor medida lo aporta la construcción del mismo.
Alargamiento bajo fatiga a flexión Etapas de alargamiento 0,600% 0,500% 1. Asentamiento Alargamiento 0,400% 0,300% 0,200% 0,100% 2. Durante operación 3. Final de vida útil 0,000% 10 20010 40010 60010 80010 100010 120010 140010 160010 Ciclos
Alargamiento bajo fatiga a flexión Efecto construccional 9,00 8,00 7,00 Alargamiento [x mil] 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 6 x 25 F 6 x 19 S 0,00 0 20 40 60 80 100 % de vida
Alargamiento bajo fatiga a flexión Efecto del alma sólida 1 0,9 Alargamiento/Alargamiento total 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 20 40 60 80 100 % de vida Zona de asentamiento
Esfuerzo de compresión radial Ensayo de compresión El ensayo de compresión provee información acerca de la estabilidad dimensional del cable sometido a fuerzas transversales de aplastamiento, tales como las que aparecen en la sujeción de una pinza (fija o desembragable) o la presión que se genera sobre las poleas.
Esfuerzo de compresión radial Ensayo de compresión En los ensayos llevados a cabo se utilizó una matriz rectangular, de largo mayor a un paso de cableado, y una garganta en forma de cuña para generar fuerzas de compresión que eviten el deslizamiento del cable. DDDDDDDDDDDDDDDDDDónn [%] = Ø xx Ø yy 1 100 Y X
Esfuerzo de compresión radial Ensayo de compresión
Esfuerzo de compresión radial Resultados de ensayos Comparación de tecnologías Ej.: Construcción 6x19 S Deformación [%] 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00-34% -57% Deformación [%] Ø xx Ø yy 1 100 AFS AAC 10,00 APS 5,00 0,00 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Carga [kg]
Predicción de vida a la fatiga Fórmula de Feyrer Prof. Dr.-Ing. Klaus Feyrer Universidad de Stuttgart (IFT) Instituto de Ingeniería Mecánica En su libro Wire Ropes Tension, Endurance, Reliability, publicó una fórmula (entre tantas otras) que permite estimar la vida a la fatiga de un cable de acero. El desarrollo de la misma fue posible gracias a numerosos ensayos realizados en condiciones controladas tanto por Feyrer como por otros investigadores. Qué necesitamos conocer? Caracteristicas geometricas (d, L) Caracteristicas mecánicas y constructivas ( Ro, 6x19 S IWRC, Torsión, etc.) Condiciones de servicio ( Tensión de trabajo, D, r, lubricación, etc.)
Fórmula de Feyrer llllll NN = bb 00 + bb 11 + bb 44 llllll DD dd llllll SS 00. 44 llllll RR 00 dd22 11111111 + bb 22 llllll DD dd + bb 11 33 llllll dd + bb 55 + llllll ll dd Variables 1. Diámetro de polea 2. Factor de servicio 3. Grado del cable 4. Largo de tramo sometido a fatiga 5. Diámetro garganta de polea NN ffffffffff = NN ff NNNN ff NNNN ff NNNN ff NNNN DD dd SS dd 22 RR 00 11111111 ll dd Ro [N/mm2] 1570 1770 1960 2160 6. Angulo de entrada a la polea 7. Lubricación 8. Construcción (cor+alma)
Factores que afectan la vida a la fatiga 1. Diámetro de polea llllll NN = bb 00 + bb 11 + bb 44 llllll DD dd llllll SS dd22 00. 44 llllll RR 11111111 + bb 22 llllll DD dd + bb 11 33 llllll dd + bb 55 + llllll ll dd 00 NN ffffffffff = NN ff NNNN ff NNNN ff NNNN ff NNNN N Ciclos 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 15,00 17,00 19,00 21,00 23,00 25,00 27,00 D/d Cuánto varía? D/d Variación [%] 17,78 18,89 14% 20,00 28% 21,11 44% 22,22 60% 23,33 77% 24,44 96% 25,56 115%
Factores que afectan la vida a la fatiga 2. Factor de servicio llllll NN = bb 00 + bb 11 + bb 44 llllll DD dd llllll SS dd22 00. 44 llllll RR 00 11111111 + bb 22 llllll DD dd + bb 11 33 llllll dd + bb 55 + llllll ll dd N Ciclos 250000 200000 150000 100000 NN ffffffffff = NN ff NNNN ff NNNN ff NNNN ff NNNN Cuánto varía? Factor de FS variación 2 0,23 3 0,54 4 1,00 5 1,61 6 2,36 7 3,28 50000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 FS Cable de alta performance Mayor CMR Mayor FS a misma carga de trabajo Aumento de vida a la fatiga
Factores que afectan la vida a la fatiga 3. Grado del cable llllll NN = bb 00 + bb 11 + bb 44 llllll DD dd llllll SS dd22 00. 44 llllll RR 00 11111111 + bb 22 llllll DD dd + bb 11 33 llllll dd + bb 55 + llllll ll dd NN ffffffffff = NN ff NNNN ff NNNN ff NNNN ff NNNN N Ciclos 105000 100000 95000 90000 85000 80000 75000 70000 65000 Cuánto varía? Ro [N/mm2] Variación [%] 1570-10% 1770 1960 9% 2160 18% 60000 0,8 0,9 0,9 1,0 1,0 1,1 1,1 1,2 1,2 1,3 Ro/1770
Factores que afectan la vida a la fatiga 5. Diámetro garganta de polea NN ffffffffff = NN ff NNNN ff NNNN ff NNNN ff NNNN 1,4 1,2 1 Factor de ajuste 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 Ø garganta polea/øcable
Factores que afectan la vida a la fatiga 6. Angulo de desvío NN ffffffffff = NN ff NNNN ff NNNN ff NNNN ff NNNN 1,20 Polea 1,00 Factor de ajuste 0,80 0,60 0,40 0,20 Cable de acero Eje referencia 0,00 0 1 2 3 4 5 Angulo de desvío[ ] Recomendación Ángulos menores a 4 para cables NO resistentes a la rotación
Factores que afectan la vida a la fatiga 7. Lubricación NN ffffffffff = NN ff NNNN ff NNNN ff NNNN ff NNNN 300000 250000 Lubricado Relubricado N Ciclos 200000 150000 100000 50000 Por el contrario, para factores de servicio alto (baja carga), la relubricación es beneficiosa. La lubricación baja las tensiones de contacto por fricción entre alambres/cordones. 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 FS La re-lubricación tiene menor influencia para factores de servicio bajos (carga elevada)