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El cable de acero está compuesto de los siguientes elementos:
El componente básico del cable de acero y su composición química determina su resistencia. El alambre es la materia prima esencial en la fabricación del cable, pudiéndose realizar en acabado negro, galvanizado e inox.
Podemos elegir en resistencia: 1.770 N/mm2, 1.960 N/mm2 o 2.160 N/mm2.
El alma es el elemento central del cable de acero y cumple la función de soporte estructural, manteniendo la correcta disposición de los cordones incluso bajo carga, evitando deformaciones y garantizando un funcionamiento seguro y eficiente.
Según la aplicación, el alma puede ser de distintos materiales:
Alma de acero: Aumenta la resistencia del cable entre un 7 y 10%, evita el aplastamiento de los cordones y mantiene una forma cilíndrica estable, ideal para una rodadura eficiente en poleas.
Alma de fibra natural (sisal): Aporta gran flexibilidad, autolubricación y absorción de esfuerzos residuales, especialmente indicada para sistemas con arranques y paradas frecuentes.
Alma de fibra sintética (polipropileno): Recomendada cuando se requiere mayor flexibilidad, aunque no es apta para aplicaciones con temperaturas superiores a 100 °C.
Formado por un conjunto de alambres enrollados helicoidalmente alrededor del alma, constituyendo la estructura básica del cable de acero.
La composición constructiva del cable depende del número de alambres por cordón, la cantidad de cordones y la resistencia del alambre empleado, factores que determinan sus propiedades mecánicas, flexibilidad y capacidad de carga, permitiendo adaptar el cable a distintas aplicaciones industriales.
Considerando los sentidos de arrollamiento de los alambres en el cordón y de los cordones en el cable, se pueden distinguir los tipos de arrollamiento: Cruzado derecha, Cruzado izquierda, Lang derecha, Lang izquierda, Alternado derecha y Alternado izquierda
El arrollamiento cruzado o corriente es aquel en que los cordones están arrollados en sentido contrario al de los alambres que lo forman.
En el arrollamiento Lang, los alambres en el cordón y los cordones en el cable están arrollados en el mismo sentido.
El arrollamiento alternado, con cordones que están alternativamente arrollados en el mismo sentido que el cable y en sentido contrario.
Sentido de la torsión. Un cable cualquiera puede estar torcido a la derecha o a la izquierda. Se llama torsión a la derecha la que tiene el mismo sentido que la hélice de un tornillo normal y torsión a la izquierda la inversa.
Ventajas:
Inconvenientes:
En el proceso de formación de los cables corrientes, los alambres adoptan la forma de hélice y ocupan sus posiciones respectivas gracias a una deformación elástica, que origina unas tensiones internas en dichos alambres. Por causa de estas tensiones internas, al suprimir las ligadas, o al romperse un alambre, los extremos tienden a recuperar su forma de recta primitiva.
En los cables preformados, tanto los alambres como los cordones sufren durante el proceso de fabricación una deformación permanente, adoptando la forma de una hélice de acuerdo ya con la posición que habránde ocupar en el cable.
Es evidente que de esta manera, al suprimir la deformación elástica, se eliminan también las tensiones internas existentes en los alambres de los cables no preformados y que contribuyen a la rotura de dichos alambres por fatiga.
Las principales ventajas del cable preformado son: Una mayor flexibilidad, evita los efectos de cortadura, una mayor duración, un manejo más fácil y un arrollamiento Lang más fácil.
Esta construcción tiene 2 capas de alambres alrededor de una alma con la misma cantidad de alambres en cada capa. Todos los alambres de cada capa son del mismo diámetro. El torón está diseñado de manera que los alambres exteriores de mayor diámetro descansan en los valles entre los alambres interiores de menor diámetro. Ejemplo: Torón 19 Seale (1-9-9).
sta construcción tiene 2 capas de alambre alrededor de un alambre central con un diámetro de alambre en la capa interior y dos diámetros de alambre que alternan entre mayor y menor en la capa exterior. Los alambres más grandes de la capa exteriordescansan en los valles de la capa interior y los más pequeños en sus coronas. Ejemplo: 19 Warrington [1-6-(6+6)]
Esta construcción tiene dos capas de alambre de tamaño uniforme alrededor de un alambre central y la capa interior tiene la mitad de alambres que la capa exterior. Se colocan alambres "filler" más pequeños, iguales en cantidad que los de la capa interior. Ejemplo: Torón de 25 alambres "filler" (1-6-6f-12)
Cuando un torón se forma en una sola operación utilizando dos o más de las construcciones arriba indicadas, se la denomina WS. Este ejemplo es una construcción Seale en sus dos primeras capas. la tercera capa utiliza la construcción Warrington y la capa exterior es una construcción Seale. Se la describe como: 49 Seale Warrington Seale [1-8-8-(8+8)-16]
Este diseño es utilizada en la industria en general y muy frecuentemente en la industria Petrolera, ya que se requiere mayor protección a la abrasión, dadas las condiciones extremas de roce a la que es sometido el cable.
Esta construcción es común utilizarla en “winches” y grúas en general. Su principal ventaja es la flexibilidad, que le permite funcionar adecuadamente en tambores y poleas de diámetros pequeños. No obstante, es menos resistente a la abrasión y tienden a sufrir aplastamiento, por eso frecuentemente se utilizan con alma de acero.
Este cable es utilizado en grúas de gran altura y en aquellas operaciones en que sean requeridas características No Rotativas. En su construcción la combinación de 35 cordones en 2 capas arrollados en sentido opuesto aporta la propiedad antigiratoria.
Se considera diámetro de un cable el de la circunferencia circunscrita a la sección del mismo, expresado en milímetros. Debe medirse con un pie de rey (calibre).
Aunque pueden fabricarse cables de cualquier diámetro (dentro de unos límites muy amplios) aconsejamos adaptarse en lo posible a los diámetros normalizados.
Como es natural, cuando un cable nuevo entra en servicio, los esfuerzos que soporta le producen una disminución de diámetro, acompañada de un aumento de longitud, a causa del asentamiento de los distintos elementos que forman el cable. Esta disminución de diámetro, que será tanto más importante cuanto mayor sea la proporción de fibra textil, no debe ser motivo de alarma si no se observa un desgaste considerable en los alambres.
Debe hacerse la medición con cuidado utilizando un calibre siguiendo las instrucciones de la imagen:
Cuando se miden de acuerdo con el apartado 6.3.1 de la Norma EN 12385-1:2002, el diámetro medido no debe variar del nominal en una cantidad mayor que los valores dados en la tabla adjunta. Para los cables con diámetros entre 2 y 5 mm inclusive, la tolerancia se debe redondear hasta los 0,05 mm más próximos.
Las medidas de diámetro se deben tomar con el cable en una porción recta, sin tensión o con una tensión que no supere el 5% de la carga mínima de rotura del cable, sobre dos posiciones distanciadas como mínimo en un metro. En cada posición se deben tomar dos medidas, en ángulo recto, del círculo circunscrito. El equipo de medida debe cubrir como mínimo 2 cordones.
Al ser embobinados, los cables de acero tienden a desestabilizarse y deslizarse hacia el sentido de su arrollado.
Si la transferencia del cable no se ajusta a las recomendaciones aquí descritas, el embobinado será defectuoso y se producirán espacios entre las hileras, destruyendo las simetría de las capas. Además, el cable quedará sometido a torsión en sentido contrario a su arrollado, hecho que afectará definitivamente su rendimiento o vida útil.
Para transferir correctamente el cable se deben considerar estos factores: 1. El arrollado del cable, si es derecho o izquierdo 2. Trasferencia por arriba o por abajo, (Ver ilustraciones).
Colocándose detrás del tambor, o del carrete receptor, use la mano derecha para los cables de arrollado derecho y la mano izquierda para los cables de arrollado izquierdo.
Si la trasferencia se ejecuta por arriba del carrete, el dorso de la mano se coloca hacia abajo
Enrollamiento mano izquierda.
El cable arrolla en el tambor por encima de derecha a izquierda.
Cable de torsión a izquierda.
Enrollamiento mano derecha.
El cable arrolla en el tambor por encima de izquierda a derecha.
Cable de torsión a derecha.
El cable arrolla en el tambor por debajo de izquierda a derecha.
El cable arrolla en el tambor por debajo de derecha a izquierda.
Al transferir un cable de un carrete a otro o al tambor de una máquina o equipo, el cable debe pasar de la parte superior del carrete a la parte superior del otro, y si es por la parte de abajo debe ser de inferior a inferior.
Deben evitarse las flexiones opuestas, que introduzcan esfuerzos adicionales al cable y hagan difícil su manejo.
Los carretes deben estar sobre ejes paralelos, y se debe aplicar cierta tensión para asegurar su correcto enrollado.
La tensión reviste mayor importancia cuando se trata de tambores lisos.
El factor de seguridad de un cable de acero, es la relación entre la carga mínima garantizada del cable y la carga o fuerza de trabajo a la cual estará sujeta.
No es posible detallar el factor de seguridad para todas las aplicaciones, porque también hay que considerar el ambiente y las circunstancias en el área de trabajo.
Hay que tomar en cuenta que es necesario incrementar el factor de seguridad cuando hay vidas en juego, donde hay un ambiente muy corrosivo o donde una inspección frecuente es difícil llevar a cabo.
Deben considerarse dos factores en el cálculo del ángulo de desviación:
Cuando el ángulo de desviación es demasiado grande, el cable rozará contra las paredes internas de la polea, provocando el desgaste prematuro de ambas.
En el tambor, por otra parte, si el embobinado es irregular, se producen espacios entre las hileras que rompen con la simetría del arrollado, provocando daños en el cable.
En caso de tambores lisos el ángulo de desviación no debe exceder de 1 1/2 grado.
Y en el caso de tambores acanalados no debe exceder los 2 grados.
Los cables de acero se lubrican durante su fabricación para protegerlos de la corrosión y el desgaste. La cantidad y tipo de lubricante dependen del uso previsto del cable.
Recomendaciones y ventajas de una buena lubricación:
El cable debe limpiarse cuidadosamente antes de lubricar, eliminando suciedad o materiales abrasivos con cepillado, solventes, aire comprimido o vapor. La lubricación puede realizarse mediante goteo, baño, trapo, pintado o sistemas automáticos continuos para mantener el cable protegido durante su operación.
La resistencia a la tracción del cable de acero depende de las dimensiones del cable, de la carga de ruptura de los alambres y del tipo de construcción.
De acuerdo al punto anterior, el diseño o construcción de los Cables de Acero, determina una diferencia en la carga de ruptura entre 5% a 10%.
La utilización de almas de acero, aporta una resistencia superior (entre 10% a 15%), respecto al uso de otras almas.
En los casos donde se tiene claramente identificado el tipo de cable que se requiere y se necesita incrementar la carga de ruptura del mismo solo quedan tres posibilidades para incrementar dicho valor y son:
Los cables de acero nunca deben someterse a una carga superior al 50% de su carga mínima de ruptura.
En los Cables de Acero la abrasión se produce con el roce y la fatiga por dobleces reiterados.
Por eso es recomendable tener en cuenta que:
Si el cable estará sometido a ambientes corrosivos se recomienda la utilización de alambres galvanizados.
La lubricación con grasas o aceites incrementan la protección contra la corrosión. Es recomendable que el usuario consulte con su proveedor de lubricantes el tipo de grasa que mas se adapte a la operación que realiza el cable.
Si el cable será sometido a influencias corrosivas extremas, se recomienda la utilización de cordones con alambres externos mas gruesos y con grasa protectora tipo asfáltica.
Los cables de acero normales de seis y ocho cordones, girarán, tanto cuando cuelguen libres, como con baja carga.
El cable de acero de arrollamiento cruzado (Cables Regulares) proporciona una resistencia a la rotación mayor que el cable de arrollamiento Lang. Los cables con alma de acero giran menos que los que tienen alma de fibra.
El cable que proporciona una mayor resistencia a la rotación y de ahí su nombre es el cable antigiratorio en las construcciones típicas 18X7+AF, 19X7+AA y 17X19.
Las almas de acero proporcionan un mejor apoyo a los cordones que las almas de fibra. Por esta razón el riesgo de aplastamiento es menor en los cables con alma de acero.
Los cordones con un menor número de alambres exteriores con diámetros mas gruesos, presentan una mayor resistencia al aplastamiento.
Los cables de 6 torones (cordones) tienen una resistencia al aplastamiento mayor que los cables de 8 torones (cordones) Cuando un cable pasa sobre una polea, la carga sobre el rodamiento o buje de la polea depende solamente de la fuerza de tensión del cable y el ángulo de contacto del mismo y es dependiente del diámetro de la polea.
Cuando un cable pasa sobre una polea, la carga sobre el rodamiento o buje de la polea depende solamente de la fuerza de tensión del cable y el ángulo de contacto del mismo y es dependiente del diámetro de la polea.
Carga sobre descanso = 2T Sin (( • ) / 2 ) Donde • = Ángulo de contacto del cable. T = Tensión del cable en kgf
Si se considera que el cable trabaja en una canaleta de la polea que la calza y la apoya bien, entonces la presión entre el cable y la superficie de la canaleta dependen de dos factores:
Esta presión es dependiente del arco de contacto entre el cable y la polea. La presión (P) se obtiene con la siguiente fórmula:
Presión, P = (2*T) / (D *d) P= Presión en kgf/cm2 T= Tensión del cable en kgf D= Diámetro de la polea o del tambor en cm d= Diámetro del cable en cm
En algunos sistemas de izamiento no es muy posible incrementar el diámetro de las poleas del aparejo o patecla o del banco enrrollador, sin embargo es conveniente que se evalúe cómo es el comportamiento del cable en el sector de la polea ecualizadora o de desvío superior.
Las vibraciones, independientemente de cuál sea su procedencia, envían ondas dinámicas a través del cable de acero que serán absorbidas por éste en algún punto y que, en algunos casos, pueden causar la destrucción localizada del cable de acero (no necesariamente será visible en los alambres exteriores).
La destrucción del cable por vibración puede producirse en los lugares en que los cables entran en contacto con las poleas, cuando se introduce el cable en los tambores de arrollado y en los terminales donde éste es fijado.
En general, los cables de acero con mayor flexibilidad tienen mayor resistencia a la vibración.
Los cambios en la tensión de un cable de acero, dependiendo de su magnitud (modulo) y frecuencia, reducirán la vida útil del cable.
En general, los cables de acero con una mayor flexibilidad se enfrentan mejor a las cargas intermitentes.
La selección de accesorios o terminales en los extremos del cable debe realizarse con precisión, ya que la resistencia a la pulsación de estos elementos tiene la misma importancia que el cable de acero.
La pulsación o estrepada en algunos lugares se conocen como paradas violentas y arrancadas súbitas y su deformación en el cable se le conoce como “Jaula de Pájaro” “Bird cage”.
Las ranuras de las poleas deben ser lo suficientemente grandes para permitir que un cable nuevo encaje con facilidad sin estar apretado y deben asentar de 135° a 150° de la circunferencia del cable.
Cuando las ranuras se han gastado o corrugado, se deben reemplazar las poleas o rehacer las ranuras de éstas. Las poleas alineadas inadecuadamente causan desgaste considerable tanto al cable como a las poleas.
La norma ISO 4308 recomienda que el canal de las poleas esté comprendido: 1,05 diámetro cable < diámetro canal polea < 1,1 diámetro cable. En resumen, un cable debe trabajar bien apoyado en el fondo de la garganta de la polea, un canal muy estrecho (zona “A”) no sólo apretará el cable dañándolo, sino que también, la presión impedirá el libre movimiento de los alambres y cordones. Un canal muy ancho como la zona “C”, no dará suficiente apoyo al cable, causará su aplastamiento y restringirá el libre movimiento de sus elementos: alambre, alma y cordones.
Es importante que en la certificación del equipo se indique cual es la medida real que tienen las poleas y/o las ranuras de los tambores de izar.
El criterio indicado en la tabla anterior, ilustra hasta que diámetro máximo o que mínimo pueden tener las ranuras de las poleas o tambores.
En todos los casos las tolerancias para las poleas son positivas o aplicar un criterio más general como el ilustrado en el gráfico “Relación entre diámetro de poleas y número de ciclos de trabajo” de no más de un 6%.
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