CABLES DE ACERO XI

Título:	CABLES DE ACERO
Subtítulo	DAÑOS EN LOS CABLES I
Fecha de realización:	06/07/2023
Grupo:	DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS
Tema:	ELEMENTOS DE MAQUINAS
Código:	DIS-ELE-CAA-01-11

INDICE

1 IDENTIFICACION DE DAÑOS EN LOS CABLES DE ACERO.
1.1 DESGASTE POR USO (DESGASTE MECANICO)
1.2 ROTURAS POR FATIGA.
1.3 DAÑOS POR CORROSION.
1.4 FRACTURAS POR SOBRECARGA DE TENSION.
1.5 FRACTURAS POR ESFUERZOS CORTANTES.
1.6 DAÑOS EXTERNOS.
1.7 FORMACION DE MARTENSITA.
2 BIBLIOGRAFIA

	Fecha	Autor	Observaciones
	06/07/2023	Ing. Juan Carlos Miranda Rios	Documento Base
Rev.01
Rev.02

CABLES DE ACERO

1 IDENTIFICACION DE DAÑOS EN LOS CABLES DE ACERO

1.1 DESGASTE POR USO (DESGASTE MECANICO)

El desgaste mecánico es a consecuencia de la remoción de material de la superficie de los alambres del cable debido al proceso de abrasión. Es tipo de desgaste se puede reducir mediante la aplicación de una capa de lubricante sobre el cable o en tambores multicapa mediante una adecuada selección del tipo de cable.

Un cable que haya alcanzado su ciclo de trabajo en condiciones normales y de buen mantenimiento debe mostrar un desgaste similar al de estas fotografías, sin embargo, si el desgaste es prematuro a los pocos meses de uso, es un indicativo de que el cable está trabajando de forma excesiva sobre la pista de las poleas o del tambor de arrollado.

Debido al rozamiento del cable contra las superficies de las poleas, tambores e incluso el mismo cable, su diámetro en un principio puede presentar una alta tasa de desgaste, pero a medida que esta se va acomodando a la forma de las superficies de contacto, la tasa de reducción disminuye también.

Cabe señalar que a medida que la tasa de desgaste mecánico va disminuyendo, comienza la aparición de los alambres quebrados por fatiga. Para la figura mostrada a continuación, el desplazamiento de los cortes rectos por fatiga indica que el cable ha estado girando en algún punto de contacto.

1.2 ROTURAS POR FATIGA

La fatiga en los alambres es algo normal en algunos tipos de cables, como por ejemplo en ascensores, pero debe evaluarse en qué momento se está produciendo, ya que no debería ocurrir en los primeros meses de uso.

La primera foto muestra desgaste y fatiga, mientras que la segunda sólo fatiga. Esto es un ejemplo clásico de que el cable está sufriendo esfuerzos por flexiones donde sus orígenes pueden ser múltiples:

1. Material del cable no acorde a las condiciones de ductilidad.
2. Flexiones reiteradas en un único punto.
3. Poleas y tambores con diámetro menor al recomendado.

Las fracturas por fatiga ocurren más a menudo en el lado interno de la flexión (en los puntos de contacto con la polea) que en el lado exterior de la flexión (en los puntos de mayores esfuerzos de flexión). La resistencia a la fatiga de los cables de acero generalmente aumenta con el aumento del número y disminución del diámetro de los alambres exteriores, sin embargo, con una reducción en la resistencia al desgaste de dichos elementos.

También se puede aumentar la resistencia del cable de acero aumentando el diámetro de la polea o del tambor o reduciendo la tracción de la línea. El desgaste por abrasión o la corrosión pueden aumentar la velocidad de formación y propagación de grietas.

Una buena lubricación y re-lubricación del cable de acero durante el servicio, reducirá la fricción entre los elementos del cable y por tanto, mejorará la resistencia a la fatiga del cable.

1.3 DAÑOS POR CORROSION

La corrosión se define como la reacción del metal con el oxígeno. En los cables de acero, distinguimos entre la corrosión atmosférica (que produce "óxido"), y formas más locales de corrosión como la corrosión por picaduras (creando profundos hoyos en áreas donde la capa protectora está dañada o no está presente).

A medida que el cable de acero es atacado por la corrosión, esta perderá con el tiempo su fuerza y flexibilidad. Las superficies de alambre corroídas formarán grietas por fatiga mucho más rápido que las superficies protegidas. Si existe la presencia de tensiones locales elevadas, estas ayudaran a propagar estas grietas, llamamos a este mecanismo corrosión bajo tensión.

La cantidad de metal corroído está en función de la superficie que el oxígeno puede atacar. Los cables de acero tienen una superficie expuesta unas 16 veces más grande que una barra de acero del mismo diámetro y por lo tanto, se corroerá más rápido.

La cantidad de corrosión se puede reducir reduciendo la superficie expuesta. Esto puede ser mediante procesos de galvanizado de los alambres y/o lubricación interna o externa periódica. Un núcleo de acero también puede ser protegido por medio un recubrimiento de plástico.

Cuando un acero se corroe, este tiende a expandirse. Por lo tanto, a veces un aumento en el diámetro del cable en un determinado lapso de tiempo puede ser una indicación de que el cable está sufriendo una corrosión interna.

Con respecto a los cables estáticos (cables de suspensión o tirantes), estas son más propensos a corroerse que los cables de acero en movimiento.

1.4 FRACTURAS POR SOBRECARGA DE TENSION

Las facturas por sobrecarga de tensión se crean cuando la carga axial en un alambre individual excede la resistencia a la rotura del alambre. Este tipo de fracturas se asocian generalmente con una reducción en el diámetro del alambre y la formación de la típica "copa y cono" en el extremo roto.

Cada falla de un cable de acero estará acompañada por un cierto número de sobrecargas de tensión. Pero el hecho de que el cable haya fallado por sobrecarga de tensión, no necesariamente significa que el cable fallo por sobrecargas. El cable podría haber sido debilitado por un gran número de ciclo de fatiga durante su tiempo de operación.

1.5 FRACTURAS POR ESFUERZOS CORTANTES

Las fracturas por esfuerzos cortantes son causadas por altas cargas axiales combinadas con cargas de compresión que actúan de forma perpendicular a la superficie del alambre. La fractura presenta una forma inclinada aproximadamente a 45" del eje del cable y a diferencia del punto anterior, la carga axial aplicada con respecto a la sobrecarga de tensión, puede ser mucho más baja.

Si un cable de acero se rompe debido a una sobrecarga, un gran porcentaje de las roturas de los alambres se ocasionarán debido a roturas por cortante. Esto se debe a que bajo una alta carga axial, el cable de acero reducirá su diámetro y los alambres se comprimirán.

Si un cable de acero se rompe como consecuencia de saltar de una polea o quedar atrapado, una mayoría de los alambres exhibirán la típica falla a 45°. La figura 85 muestra una fractura por cortante típica.

1.6 DAÑOS EXTERNOS

A menudo, por las condiciones de trabajo a las que están sometidos los cables de acero, estas sufren algún tipo de daño al chocar contra una estructura o por resbalar sobre una superficie de tierra, etc., dañando o incrementado el desgaste sobre el mismo.

En la siguiente figura, se muestra alambres dañados por haber sido golpeados con un borde afilado. El cable con un torón fracturado es a causa de un golpe con un canto filoso, bajo estas condiciones el cable yo no es apto para su uso y por tanto debe ser descartado.

Este es un cable que se ha descarrillado de su tambor de arrollado, enrollándose en el eje de transmisión.

1.7 FORMACION DE MARTENSITA

La martensita es una estructura propia de los aceros con alto contenido de carbono, caracterizado por ser dura y frágil. Se forma cuando el acero es calentado por encima de su temperatura de transición y enfriado bruscamente.

En los cables de acero, la martensita es encontrada como una delgada capa ubicada en los lados expuestos del alambre que han estado en contacto y se han deslizado sobre una superficie dura. Esta capa delgada de martensita es fácil de quebrarse cuando es sometido a esfuerzos de flexión, iniciando una falla por fatiga que se extiende rápidamente.

La formación de martensita sobre la superficie del cable es muy difícil de detectar, incluso en el manejo de probetas, necesariamente se tendría que recurrir a ensayos metalográficos. Otra causa de la formación de martensita son los diferentes procesos de soldadura mediante arco eléctrico, los cuales lo generan en la periferia del cordón de soldadura.

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.
• Cables de Acero – BEZABALA
• Wire Rope Forensics – CASAR – Roland Verreet & Isabel Ridge

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