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Título: |
CABLES DE ACERO |
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Subtítulo |
SELECCION CABLE DE ACERO IA |
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Fecha de
realización: |
16/07/2023 |
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Grupo: |
DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS |
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Tema: |
ELEMENTOS DE MAQUINAS |
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Código: |
DIS-ELE-CAA-01-04A |
INDICE
1.1 RESISTENCIA DE UN CABLE
1.2 CARGA MINIMA DE ROTURA
1.3 SELECCIÓN DE UN CABLE
1.4 FACTOR DE SEGURIDAD
2 BIBLIOGRAFIA
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Fecha |
Autor |
Observaciones |
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15/11/2022 |
Ing. Juan Carlos Miranda Rios |
Documento Base |
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Rev.01 |
16/07/2023 |
Ing. Juan Carlos Miranda Rios |
Corrección Eficiencia
del Cable |
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Rev.02 |
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CABLES DE ACERO
1 CRITERIOS PARA LA SELECCION DE UN CABLE
Dado el doble arrollamiento con los cuales está construido un cable de acero, es difícil determinar los esfuerzos efectivos en cada alambre. Estas dificultades son ya considerables desde el momento que la solicitación en tracción es solo una de las que hay que considerar. No es seguro el reparto de la fuerza entre los alambres todos por igual. En primera aproximación se puede admitir que todos los alambres son rectos y paralelos al núcleo.
En esta hipótesis se calcula la resistencia teórica a la rotura, como el producto de la sección metálica por la resistencia nominal del alambre. Aunque el ensayo de un alambre da normalmente una resistencia superior a su especificación, el ensayo del cable acusa siempre una resistencia inferior a la resistencia teórica y admite una diferencia del 20% al 25%. Esta minoración se explica por la inclinación de los alambres (forma de tirabuzón) y reparto desigual de las fuerzas.
Es aún más difícil evaluar los esfuerzos de flexión que sufre el cable al pasar por las poleas y los tambores. Si tomamos en cuenta nuevamente la primera hipótesis, admitiremos que el cable se compone de alambres paralelos y no existe rozamiento entre ellos, se puede calcular la fatiga por flexión de un alambre utilizando la ley de Hooke. No obstante es imposible calcular los esfuerzos de flexión de un alambre que se encuentra en el interior del cable debido al rozamiento entre alambres y torones.
Por lo anteriormente señalado, las dimensiones y características de un cable de acero deben ser determinadas de manera que el cable posea suficiente margen de resistencia para soportar las cargas que actúan, criterios para la puesta fuerza de servicio, los esfuerzos fluctuantes en los alambres no deben exceder su resistencia a la fluencia como también deben soportar cargas extremas que raramente ocurren. Además, por razones económicas, el diámetro del cable debe ser más pequeño que un definido optimo diámetro de cable. En resumen tendríamos que el cable debe cumplir con:
- Un suficiente margen de resistencia.
- Criterios para la puesta fuera de servicio.
- Resistencia a cargas fluctuantes.
- Resistencia a cargas extremas.
- Diámetro optimo del cable.
Cada cable seleccionado debe alcanzar estos requerimientos, los cuales son independientes uno del otro.
1.1 RESISTENCIA DE UN CABLE
La norma ISO 2408, diferencia la resistencia a la tensión de los cables de acero (Rg) en diferentes grados, mismos que definen los límites de resistencia respectiva.
La relación entre la nomenclatura americana y el español, se presenta en la siguiente tabla:
1.2 CARGA MINIMA DE ROTURA
La carga mínima de rotura para un diámetro de cable y estructura, se puede determinar mediante tres formas:
- A través de datos tabulados.
- Mediante datos proporcionados por el proveedor.
- Mediante ecuaciones que proporcionan valores aproximados
Nota.- Es necesario mencionar que cualquier cable de un proveedor determinado, al obtener la respectiva certificación ISO de sus productos, los valores de la carga mínima de rotura son superiores a los datos tabulados según norma. Para el caso en que no se cuente con datos proporcionados por el proveedor o datos tabulados, el cálculo se puede realizar de acuerdo a la siguiente ecuación:
Para cables de 2 mm a 60 mm de diámetro
La fuerza mínima de rotura de un cable (Fmin), expresado en Kilonewtons, se calcula mediante la siguiente expresión:
Para cables mayores a 60 mm hasta 264 mm de diámetro
La fuerza mínima de rotura de un cable (Fmin), expresado en Kilonewtons, se calcula mediante la siguiente expresión:
1.3 SELECCION DE UN CABLE
Los cables deben ser dimensionados de manera que cumplan con los criterios de seguridad y economía como se señaló anteriormente. Por razones económicas, el margen de resistencia de las partes componentes del cable y principalmente el cable debe ajustarse a su uso en el trabajo.
Una formula aproximada para seleccionar un cable metálico es la siguiente:
1.4 FACTOR DE SEGURIDAD
Todo cable sometido a un esfuerzo de tracción sufre un alargamiento. Dentro de ciertos límites el acero es elástico y al soportar una carga se deforma ligeramente volviendo a su longitud original al quitar este esfuerzo, esto es normal hasta un punto llamado «Límite de Elasticidad», que es aproximadamente el 67% de la resistencia o esfuerzo de ruptura del acero. Cualquier esfuerzo más allá de este límite hará que el acero se deforme permanentemente, no pudiendo recuperar su longitud original. En este caso la resistencia de los alambres se debilita.
El límite de aguante o fatiga corresponde aproximadamente al 50% de la resistencia a la ruptura. Si un cable es sometido a repetidos tirones más allá del límite de aguante, la vida útil del cable se acortará, aun cuando no se haya sobrepasado el límite de elasticidad o el esfuerzo de ruptura.
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. Asimismo, 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 muy difícil de llevar a cabo. También influyen factores como:
- Capacidad reducida del cable bajo esfuerzos de ruptura debido al desgaste, fatiga, corrosión, abuso y variaciones de medida (largo del cable) y calidad.
- Accesorios terminales y uniones, las cuales no son resistentes como el cable.
- Cargas extras impuestas por aceleración e inercia (partida, detenimiento, bamboleo u oscilación y sacudidas o tirones de la carga).
- Inexactitud en el peso de la carga.
- Inexactitud en el peso del aparejo.
- Fuerza o resistencia reducida en el cable debido a su paso por las poleas.
La siguiente tabla proporciona valores de factores de seguridad según aplicación.
Para realizar una operación promedio, se recomienda un factor de seguridad de 5. Los factores de seguridad de hasta 8 o 9 se emplean si hay peligro para la vida humana y en situaciones muy críticas.
2 BIBLIOGRAFIA
- Wire Rope Technology Aachen – Manipulación, Montaje y Mantenimiento de los Cables de Acero - Ing. Dipl. Roland Verreet.
- Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley – Richard G. Budynas & J. Keith Nisbett.
- Manual de Ingeneiro Mecánico - Marks
- NEO 1 – Norma Estándar Operacional – Manejo de Cargas con Cables de Acero, Eslingas/Estrobos - Chuquicamata – CODELCO Chile
- Norma de Cable de Acero - SAI Training Center
- ISO 2408 – 2017Wire Rope Tension, Endurance and Reliability – Klaus Feyrer
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