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Título: |
CABLES DE ACERO |
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Subtítulo |
DAÑOS EN LOS CABLES II |
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Fecha de
realización: |
07/07/2023 |
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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-01-12 |
INDICE
1.1 DAÑO CAUSADO POR EL CALOR.
1.2 ROTURAS INTERNAS.
1.3 DAÑOS POR ROTACIÓN.
1.4 FORMACIÓN DE "JAULA DE PÁJARO".
1.5 DAÑOS EN POLEAS.
1.6 DAÑOS POR TAMBORES.
2 BIBLIOGRAFIA
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Fecha |
Autor |
Observaciones |
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07/07/2023 |
Ing. Juan Carlos Miranda Rios |
Documento Base |
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Rev.01 |
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Rev.02 |
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CABLES DE ACERO
1 IDENTIFICACION DE DAÑOS EN CABLES DE ACERO
1.1 DAÑO CAUSADO POR EL CALOR
Los cables de acero son unos buenos conductores de calor, por lo cual si una zona del cable es expuesta a un alto nivel de calor, este podrá transportarlo a otro extremo donde el cable este mas frio y pueda disiparlo.
Sin embargo, si la temperatura del cable excede aproximadamente los 300°C, su microestructura interna podría recristalizarse, perdiendo alrededor de 2/3 de su resistencia a la tracción en el proceso.
Si el calor absorbido por el cable es mucho mayor que aquel que puede conducir o disipar, entonces el cable se sobrecalentara muy rápidamente. Esto sucede como por ejemplo cuando el arco de soldar actúa localmente, calentando el cable hasta alcanzar su temperatura de fundición.
La norma inglesa establece que los cables con núcleo de fibra pueden usarse hasta una temperatura máxima de 100°C. Los cables con alma de acero pueden alcanzar los 200°C. En este punto no hay que olvidar las limitaciones en la temperatura de los terminales o conexiones finales.
Por otro lado, aunque la resistencia del cable no se vea afectada por el calor, una reducción en su vida se puede esperar a causa de la fatiga, puesto que la temperatura de trabajo afectara la lubricación del cable.
Una inspección visual y táctil de un cable de acero solo puede revelar las condiciones de los alambres exteriores. En la mayoría de los cables, esto representa alrededor del 40% de su sección metálica. Por otro lado, los alambres exteriores son visibles solamente en la mitad de su longitud, por lo tanto, una inspección visual y táctil del cable podrá revelar las condiciones de un 20% de la sección recta del cable.
Inspección visual = 20% evidencia + 80 esperanza
Si las condiciones de contacto entre los elementos internos del cable son peores que aquellas de contacto entre los elementos externos y la polea, el cable tendera a fallar primeramente de forma interna. Esto es muy peligroso puesto que las fracturas internas de los alambres son muy difíciles de detectar. Solo mediante ensayos no destructivos es posible detectar estas fracturas.
Los cables que trabajan con poleas plásticas son más propensos a fallas internas que aquellas que lo hacen con poleas de metal. Asimismo, un cable con un núcleo demasiado pequeño en comparación con su diámetro, no generara suficiente espacio de apoyo entre dos torones adyacentes provocando una separación entre ellos cuando estén tensionados.
Una forma alternativa de verificar la existencia de alambres rotos internos en el cable, es mediante varios procesos de flexión del cable durante la inspección o intentando llegar a ellos con el uso de un destornillador, separando los torones externos. Generalmente los alambres internos rotos presentan la típica fractura por fatiga con una longitud en sus extremos rotos de 2 a 3 veces mayor que aquella que se presentan en la corona de los alambres exteriores.
Los cables resistentes a la rotación posen una mejor condición de apoyo con las poleas, esto gracias al hecho de que el núcleo del cable está posicionado de forma más compacta en dirección opuesta a los torones externos. Sin embargo, existen muchos cruces internos entre el núcleo y los torones, lo cual a la larga puede provocar un gran número de fracturas internas. Los núcleos en cables compactados de construcción paralela o el uso de recubrimiento plástico entre el núcleo y los torones del cable, evitaran estos cruces y reducirán la formación de fracturas internas.
En condiciones de tensión cíclica, el cable tendera a estirarse y contraerse en cada ciclo. Sin embargo, la sección que se apoya sobre las poleas y tambores estará restringida de movimiento y no podrá adaptarse a este cambio de longitud. En consecuencia el núcleo tratara de estirarse y contraerse mientras los torones permanecerán restringidos, ocasionando la aparición de fracturas internas.
Un cable de acero generalmente está construido de elementos que poseen forma helicoidal. Si el cable es torcido de manera que estos elementos se separen también se incrementara su longitud. Por el contrario, si el torcido se hace de manera contraria, los elementos se contraerán al igual que su longitud. Estos cambios en su geometría generan cambios en las propiedades del cable, algunas veces incluso de manera considerable.
En orden de prever el destorcido del cable de acero, se debe optar por usar cables antirotatorios con sus terminales fijas para evitar la rotación, Si optamos por usar ganchos, estos en su extremo poseen un mecanismo que le permite girar libremente, evitando que cargas de torsión pasen hacia el cable.
Si el cable se traslada sobre poleas o las poleas se trasladan sobre el cable, las diferencias de longitud que se crean por torsión en los diferentes elementos que componen el cable se van acumulando en un único punto, apareciendo como una falla como se muestra en la siguiente figura, donde el alma de acero se ha movido en la parte interna, produciendo que junto con los cordones exteriores se recojan en un punto específico, frecuentemente antes de entrar a la polea.
Cuando un cable ha sido girado antes de su momento de arrollado, produce que los cordones interiores se expulsen. Este tipo de falla ocurre frecuentemente, por no haber seleccionado el cable adecuado para la operación de izamiento.
Cables con pasos paralelos son muy sensibles a las torceduras, en la figura 94 es apreciable que los cordones internos han sido forzados a salir de su parte interna debido a una torcedura en el cable. Este tipo de falla puede ocurrir de manera no intencional, incluso tratando de sacar el cable desde un carrete. Este tipo de falla ocurre cuando el cable ha girado sobre su propio eje lo que ha desestabilizado los alambres del cordón, deformándose sobre él mismo y aplastándose los alambres al pasar por los sistemas de poleas.
Se denomina jaula de pájaro a una falla en el cable donde en una pequeña sección del mismo, los torones externos poseen una mayor longitud que el mismo cable y en consecuencia brotan formando la denominada jaula de pájaro.
Estas fallan son comúnmente formadas cuando el cable es torcido de manera que los torones se alejen o cuando es torcido alrededor den su eje longitudinal. Bajo la primera situación, los torones externos son demasiado largos con respecto al cable y esta longitud excedente tiende a concentrarse en un punto, generando la falla. Cuando es torcido de forma contraria, comprimiendo el cable, son los torones internos los que tienden a saltar.
La peor situación se puede generar cunado un cable antigiratorio es torcido en el sentido de manera de que sus elementos se alejen. Esto causa que los torones externos se alarguen y al mismo tiempo que el núcleo se contraiga. Esta es la consecuencia de que los cables antigiratorios sean muy sensibles a los efectos de las cargas de torsión.
Las jaulas de pájaro también se pueden deber por la descarga repentina del peso con el cual operaba el cable o porque el cable se mueve a través de una polea muy estrecha.
Contraria a la creencia común, 99.5% de las fallas jaulas de pájaro, no son creadas por excesivas cargas de impacto.
Si un cable de acero ingresa con un inadecuado ángulo de alimentación a la polea, en primer lugar el cable tocara la cara lateral del canal, posteriormente rodara hasta posicionarse en la parte inferior del canal.
Este mecanismo generara un efecto de torcedura sobre el cable, provocando los problemas descritos con anterioridad. También incrementara el desgaste en los elementos exteriores del cable como las paredes laterales del canal de la polea.
Una polea estrecha o trabada puede provocar la falla jaula de pájaro en el cable o deformar severamente los torones externos o alambres externos del cable. En estos casos, la martensita es formada en la superficie de los alambres. Por otro lado, si el diámetro del canal es muy superior a la del cable, no existirá un adecuado apoyo generando punto de alta presión local, reduciendo la vida útil del cable.
Las impresiones negativas sobre los canales de las poleas pueden ser creadas por diferentes motivos. La más común es cuando la circunferencia de la polea en la base del canal es múltiplo del paso del cable en las condiciones de flexión. En consecuencia, durante cada revolución dela polea, los mismos puntos en la base del canal concordaran con los torones del cable, siendo que las zonas aledañas no estarán sujetas a desgaste.
Variaciones en la carga aplicada provocaran variaciones en su longitud, en consecuencia, cables con cargas variables son menos propensas a producir impresiones negativas.
Las impresiones negativas normalmente no tienden a generar daño en el cable que las genero, pero si en el que se utilizara de recambio, incluso si es del mismo diseño.
Las impresiones negativas no siempre se pueden evitar, pero si se puede aminorar incrementando la dureza del canal de la polea. La lubricación o una ligera rotación del cable pueden ayudar a evitar la formación de las impresiones negativas.
Los tambores a mano izquierda deben trabajar con cables de construcción a mano derecha y viceversa. Una violación de esta regla provocara que el cable sufra torsión y daño estructural. En un tambor multicapa con un canal especial, las zonas de cruce están armadas de forma que sean paralelas al eje del tambor. Si los patrones de desgaste en el cable sobre el tambor muestran que las zonas de cruce están inclinadas (figura 103) el diámetro del cable es demasiado grande o demasiado pequeño con respecto al tambor. Bajo estas condiciones el cable siempre se cruzara un poco más antes o después de cada giro del tambor.
Si el ángulo de alimentación del cable hacia el tambor versus el ángulo del canal del tambor es muy grande, en cable entonces por un lado chocara contra el cable vecino o contra las paredes del tambor, provocando daño severo en la superficie de los torones exteriores.
Los daños causados por bobinado multicapa en tambores, se puede reducir utilizando cables del tipo Lang con hebras exteriores compactadas. En tambores tipo Lebus, la construcción del ranurado ha demostrado ser muy superior a los tambores con ranurado helicoidal.
En bobinados multicapa, una buena pre-tensión del cable en las capas inferiores del tambor esencial. La falta de pre-tensión puede conducir a daños graves en el cable de acero. En el peor de los casos, el cable podría ser jalado entre las capas inferiores durante el izaje y en el subsecuente descenso de la carga la cuerda no podría desenrollarse fuera del tambor.
Si se aplica una carga a un cable de acero, el cable se hará más largo y por lo tanto, se deslizará fuera del tambor en las primeras vueltas, creando desgaste tanto en el cable como en el tambor. Si la carga siempre se aplica en el mismo lugar, el desgaste se concentrará en un punto. Una solución podría ser acortar o alargar el cable para extender el desgaste y mejorar la situación.
- 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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