CABLES DE ACERO I

Título:	CABLES DE ACERO
Subtítulo	GENERALIDADES
Fecha de realización:	28/08/2020
Grupo:	DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS
Tema:	ELEMENTOS DE MAQUINAS
Código:	DIS-ELE-CAA-01-01

INDICE

1 GENERALIDADES
1.1 DEFINICION
1.2 COMPONENTES
1.2.1 ALAMBRE
1.2.2 ALMA
1.2.3 TORÓN O CORDON
1.3 CLASES DE ARROLLAMIENTO
1.4 PREFORMADO
1.4.1 CABLES COMPACTADOS
2 BIBLIOGRAFIA

	Fecha	Autor	Observaciones
	28/08/2020	Ing. Juan Carlos Miranda Rios	Documento Base
Rev.01
Rev.02

CABLES DE ACERO

1 GENERALIDADES

1.1 DEFINICION

Bajo la denominación de cable, se entiende de una manera amplia a un conjunto de alambres que forman un cuerpo único como elemento de trabajo. Estos alambres, en primera instancia, pueden estar enrollados helicoidalmente en uno o mas capas, formando lo que se denomina torón, y estos torones se hallan a su vez enrollados alrededor de un núcleo central o alma, formando en conjunto el cable.

El cable de acero es una maquina simple que tiene como función principal la transmisión de fuerza, movimiento y/o energía entre dos puntos alejados, con el fin principalmente de mantener, suspender o bajar cargas determinadas.

La tecnología de los cables de acero permite en la actualidad sistemas con gran durabilidad y de un tamaño mucho mayor. De hecho las estructuras como son los puentes colgantes son la única tipología con la que se pueden alcanzar luces mayores de 1000 m. Cabe destacar en esta categoría el puente Akashi-Kaikyo (figura 3a) que constituye el récord mundial en este momento con casi 2 km, o el Golden Gate (figura 3b) en la bahía de San Francisco que constituye un icono de la ciudad y fue asimismo récord mundial en su momento.

Una aplicación muy interesante y que se ha desarrollado recientemente es la de los puentes atirantados, cuyo rango de luces abarca aproximadamente entre los 200 m y los 1000 m. Como ejemplo tenemos el de Barrios de Luna en Leon en España (figura 4a) y el puente de Sutong sobre el río Yangtze en China (figura 4b), el cual supera los 1000m metros de longitud.

Es interesante también el uso de los cables como sistemas de izamiento, lanzamiento o estabilización temporal para estructuras o montaje de maquinas, o como también para el traslado de personas mediante los ascensores. En este tipo de aplicaciones, las grúas en cualquiera de sus variantes ofrecen la solución para el movimiento y posicionamiento de elementos de gran peso y los winches la posibilidad de enrollar o desenrollar el cable según los requerimientos.

Por último quiero mencionar también el uso de cables combinados con membranas como sistemas de cubrimiento o techado en grandes superficies. Quizás el ejemplo más representativo sea el estadio de Munich para las olimpiadas de 1972, obra del arquitecto Frei Otto y el ingeniero Jörg Schlaich, figura 6.

1.2 COMPONENTES

De forma general, como se menciono anteriormente, en el cable de acero se pueden distinguir tres componentes:

• Alma
• Alambre
• Torón

Las características y variaciones de cada uno de ellos, definen la diferencia entre cada uno de los tipos de cable existentes para cada aplicación.

1.2.1 ALAMBRE

Es el componente básico del alambre de acero y sus características físico químicas determinan su resistencia. El alambre es la materia prima esencial en la fabricación de los cables, pudiéndose realizar en: alambre negro, galvanizado e inoxidable.

Alambre de acero negro brillante (NB).- La mayoría de los alambres están hechos de acero sin recubrir (acero negro) que se fabrica con acero con alto contenido de carbono. Los procesos químicos del acero usado y la práctica empleada para trefilar el alambre son variados para suministrar al cable terminado la mejor combinación de resistencia a la tracción, resistencia a la fatiga y resistencia al desgaste.

Alambre galvanizado.- Se utiliza a menudo para mejorar la resistencia a la corrosión de los cables. Generalmente se utilizan los dos siguientes procesos para su confección:

• Alambre galvanizado al tamaño final (GT).- Primero se trefila como alambre de acero negro a un tamaño predeterminado que es menor que el tamaño final necesario. Este alambre se hace pasar por la línea de galvanización y el revestimiento de zinc resultante incrementara el diámetro del alambre al tamaño final deseado. El alambre galvanizado al tamaño final tiene una resistencia 10% menor que el alambre de acero negro del mismo tamaño y tipo. Por lo tanto, los cables hechos con este alambre tienen una resistencia mínima a la rotura 10% menor que su par equivalente en acero negro.

• Alambre galvanizado trefilado (G).- Se galvaniza antes del trefilado final al tamaño terminado. Como el revestimiento de galvanización pasa a través del proceso de trefilado, tiene mucho menos espesor que el revestimiento en alambre galvanizado al tamaño final. Los alambres galvanizados trefilados tienen igual resistencia que el alambre de acero negro del mismo tamaño y tipo.

Según el tipo de tratamiento superficial que recibe el alambre de acero, la norma ISO 2408, distingue 4 tipos:

• Sin recubrimiento (brillante)
• Con recubrimiento de zinc – calidad B
• Con recubrimiento de zinc - calidad A
• Con recubrimiento de aleación Zn-Al

Alambre de acero inoxidable.- Es una aleación especial que contiene 18% de cromo y 8% de níquel aproximadamente. Posee alta resistencia a muchas condiciones corrosivas y se utiliza ampliamente en cables para yates y cables de control, su desventaja es su alto costo.

1.1.1 ALMA

El alma es el elemento central en los cables de acero, el cual puede ser de fibra o de acero. Es la base central sobre el cual los torones se hallan a su alrededor apoyados, y gracias a ello el cable se mantiene redondo y los torones apropiadamente posicionados cuando el cable entra en operación y carga. Pueden ser de tres tipos:

• De acero en torón
• De fibra natural (Sisal)
• De fibra sintética (polipropileno)

Alma de Fibras Naturales.- Estas pueden ser "Sisal" o "Manila", que son fibras largas y duras. Existen también de yute, cáñamo o algodón, pero no se recomiendan por ser blandas y se descomponen rápidamente, pero sí está permitido usar estas fibras como un relleno en ciertas aplicaciones y construcciones.

En general las Almas de Fibras Naturales se usan en cables de ingeniería (Ascensores y cables de izaje de minas), porque amortiguan las cargas y descargas por aceleraciones o frenadas bruscas. Se recomienda no usar en ambientes húmedos y/o altas temperaturas (sobre 80ºC).

Alma de Fibras Sintéticas.- Se han probado varias fibras sintéticas, pero lo más satisfactorio hasta hoy día es el "Polipropileno". Este material tiene características físicas muy similares a "Manila" o "Sisal", y tiene una resistencia muy superior a la descomposición provocada por la salinidad.

Su única desventaja es ser un material muy abrasivo entre sí, por lo tanto, tiende a perder su consistencia si está sujeto a muchos ciclos de operación sobre poleas con mucha tensión. Por esta razón un alma de "Polipropileno" no es recomendable en cables para uso en ascensores o piques de minas. Generalmente se usa en cables galvanizados para pesca y faenas marítimas, dando en estas actividades excelentes resultados. No debe emplearse en ambientes de altas temperaturas.

Alma de Acero en Torón.- Un cable con un alma en Torón es un cable donde el alma está formada por un solo Torón, cuya construcción generalmente es la misma que los torones exteriores del cable. A partir de esto, se pueden encontrar algunas configuraciones especiales:

• Alma de Acero Independiente.- Esta es en realidad otro cable de acero en el núcleo o centro del cable y generalmente su construcción es de 7 torones con 7 alambres cada uno (7 x 7). Un cable de acero con un Alma de Acero en Torón o Independiente, tiene una resistencia a la tracción y al aplastamiento superior a un cable con alma de fibra, pero tiene una menor elasticidad. Se recomienda el uso de cables con Alma de Acero, donde hay altas temperaturas (superiores a 80ºC) como en hornos de fundición o donde existan altas presiones sobre el cable, como por ejemplo en los equipos de perforación petrolera, palas o dragas mecánicas.

• Alma de Acero Plastificada.- Últimamente se ha desarrollado el Alma de Acero Plastificada, cuya característica principal radica en eliminar el roce entre los alambres del alma con los alambres del torón del cable (su uso principal está en los cables compactados). También actúa como amortiguador y reduce el efecto entalla, asimismo protege el núcleo de ingreso de partículas abrasivas y de agua.

El alma de acero le aporta al cable entre el 7 al 10% adicional de resistencia a la carga de rotura y evita aplastamiento de los torones, permitiendo una rodadura eficiente, en especial en las poleas tipo “U”.

La norma DIN EN 12385-2, realiza la siguiente clasificación, según el material del núcleo y su campo de aplicación:

1.1.2 TORON O CORDON

Los Torones de un cable de acero, están formados por un determinado número de alambres enrollados helicoidalmente alrededor de un núcleo central y dispuesto en una o más capas. A cada número y disposición de los alambres se les llama CONSTRUCCION y son fabricados generalmente según el concepto moderno, en una sola operación con todos los alambres torcidos en el mismo sentido, conjuntamente en una forma paralela. De esta manera, se evitan cruces y roces de los alambres en las capas interiores, que debilitan el cable y reducen su vida útil.

1.2 CLASES DE ARROLLAMIENTO

Hay dos aspectos relacionados con la torsión del cable. El primero de ellos se refiere específicamente al sentido de la torsión, a la derecha la que tiene el mismo sentido que la hélice de un tornillo normal y torsión a la izquierda la inversa. El segundo aspecto, es una distinción descriptiva de la posición relativa de los alambres en el torón y de los torones en el cable. Considerando lo anteriormente señalado, se pueden distinguir los siguientes tipos de arrollamiento:

• Cruzado derecha
• Cruzado izquierda
• Lang derecha
• Lang izquierda
• Alternado derecha
• Alternado izquierda

El arrollamiento cruzado o corriente es aquel en que los torones están arrollados en sentido contrario al de los alambres que lo conforman. En el arrollamiento Lang, los alambres en el torón y los torones en el cable están arrollados en el mismo sentido. Existe además el arrollamiento alternado, con torones que están alternativamente arrollados en el mismo sentido que el cable y también en sentido contrario.

En función al tipo de arrollamiento, su designación sigue el siguiente criterio:

Los cables con torcido LANG, son ligeramente más flexibles y muy resistentes a la abrasión y la fatiga, pero tienen el inconveniente de tener tendencia a destorcerse por lo que únicamente deberán utilizarse en aquellas aplicaciones en que ambos extremos del cable estén fijos y no le permitan girar sobre sí mismos.

Los cables con torcido REGULAR son más fáciles de manejar, son menos susceptibles a la formación de "cocas" y son más resistentes al aplastamiento y distorsión. Presentan menos tendencia a destorcerse al aplicarles cargas aunque no tengan fijos ambos extremos.

En la mayoría de los casos, no afecta el que se use un cable con TORCIDO DERECHO o IZQUIERDO. Los cables con TORCIDO DERECHO se conocen como los de "fabricación normal", por lo tanto, son los que se utilizan en la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, existen aplicaciones en que los cables con TORCIDO IZQUIERDO proporcionan ciertas ventajas, como en el caso de las máquinas perforadoras de percusión, al tender a apretar las roscas de los aparejos.

Las nuevas construcciones de cables especiales, hacen que el tipo de torsión Lang se use cada vez menos y vaya siendo dejado de lado. Excepto en ciertas instalaciones específicas, los cables de torsión regular derecha son el estándar mundialmente aceptado.

1.3 PREFORMADO

En el proceso de formación de 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 recta primitiva.

En los cables preformados, tantos los alambres como los torones, sufren durante el proceso de fabricación una deformación permanentes, adoptando la forma de una hélice de acuerdo con la posición que vayan a ocupan 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 causa principal de la fatiga.

Las principales ventajas de un cable preformado son:

• Una mayor flexibilidad y por tanto mayor resistencia a la fatiga por flexión.
• Menor sensibilidad a sacudidas y vibraciones.
• Mayor duración.
• Menor tendencia a girar sobre si mismos.
• Un manejo mas fácil y no tienen tendencia a formar cocas.
• Tienen todas las ventajas de un cable Lang.

Pero si principal inconveniente lo representa el alto costo de adquisición con respecto a los cables comunes:

1.3.1 CABLES COMPACTADOS

Los cables de Acero con torones Compactados, son un nuevo tipo de cable de acero para determinadas aplicaciones y de características diferentes a las tradicionales. Los torones en este caso, son compactados durante el proceso de torcido, obteniendo con ello una mayor área metálica y por lo tanto una mayor resistencia a la rotura.

Asimismo, para un mismo diámetro nominal se obtiene; una mayor superficie de contacto de los alambres exteriores con las poleas, tambores, etc., dando una mayor resistencia a la abrasión, por lo tanto, menor desgaste de las poleas, tambores, etc. También ofrece una mayor resistencia al aplastamiento, disminuyendo de vibraciones internas. Su alma puede ser de acero, acero plastificado o fibra.

2 BIBLIOGRAFIA

• Curso de Cable de Acero – Manual de Corrida y Corte de Cable – SAI Training Center
• Wire Rope Technology Aachen – Manipulación, Montaje y Mantenimiento de los Cables de Acero - Ing. Dipl. Roland Verreet.
• Catalogo Cables de Acero 2017 – Cables y Eslingas - CYESA
• Cables de Acero – Catalogo – CAMESA
• Cables de Acero – 2019 - EYT
• Calculo de Cables – José M. Goicolea Ruigómez – Universidad Politécnica de Madrid
• Guidelines for Handling, Installation and Maintenance of Wire Ropes – CASAR WireCo WorldGroup Brand

HACIENDO CLICK EN LA SIGUIENTE FIGURA, PODRÁS DESCARGAR EL PRESENTE DOCUMENTO EN FORMATO PDF, MEDIANTE LA PLATAFORMA DROPBOX.