Los cables

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INTRODUCCIÓN: SISTEMAS DE

CARGA VERTICAL

Viga testero

Viga principal

Camino de rodadura

Aparejos

Carro voladizo

2

INTRODUCCIÓN: SISTEMAS DE

CARGA VERTICAL

Motor Reductor

Gancho

Viga principal

3

Cables

• Elementos ampliamente utilizados en la mayoría

de actividades industriales, así los encontramos en:

– equipos para la manipulación y sujeción de cargas,

(grúas, cabrestantes, eslingas, etc.) e incluso en el

trasporte de personas (teleféricos, ascensores, etc.).

transporte de mercancías (fábricas, puertos, etc.)

• Por ello conviene conocer:

– Las características de dichos elementos.

– Las condiciones básicas para:

• su instalación o montaje en los equipos

• Como para su manipulación y conservación.

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Características de los cables

– CABLE DE ACERO Y SUS ELEMENTOS

– Alambre: Es el componente básico del cable de acero, el cual es fabricado en diversas calidades, según el uso al que se destine el cable final.

– Cordón o torón: Está formado por un número de alambres de acuerdo a su construcción, que son enrollados helicoidalmente alrededor de un centro, en una o varias capas.

– Alma: Es el eje central del cable donde se enrollan los torones. Esta alma puede ser de acero, fibras naturales o de polipropileno.

• De fibra: Proveen de máxima flexibilidad y elasticidad.

• De acero o IWRC “Independent Wire Rope Core”.

• Ventajas:

– Fibra: mejor flexibilidad, mejor lubricación, mas barato.

– De Acero: mas resistente a: cargas, dobleces, aplastamiento, alargamiento.

– Cable: Es el producto final que está formado por varios torones, que son enrollados helicoidalmente alrededor de un alma.

5


6


• Constitución

– Está compuesto por diversos cordones metálicos dispuestos helicoidalmente alrededor de un alma , que puede ser textil, metálica o mixta.

– A su vez un cordón puede considerarse compuesto por diversos alambres metálicos dispuestos helicoidalmente en una o varias capas.

– Se denomina arrollamiento cruzado cuando el sentido de arrollamiento de los cordones, en el cable, es contrario al de los alambres. Si los alambres y cordones tienen el mismo sentido, el arrollamiento recibe el nombre de Lang.

7

Cables

Cable regular o cruzado Cable paralelo o Lang

8


– Estructura transversal del cable:

• Un solo cordón (monocordón).

– Llamados espiroidales, son metálicos.

• Varios cordones.

– Son los más utilizados.

– Los cordones oscilan entre 3 y 8, siendo el de 6 el más

utilizado.

– A menor número de cables mayores aristas.

• Varios cables (cables de cabos).

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• Diámetro y sección útil

– Se considera como diámetro de un cable el del círculo máximo que

circunscribe a la sección recta del mismo; comúnmente se expresa en

milímetros. Este diámetro debe medirse con la ayuda de un pie de

rey.

– La sección útil de un cable es la suma de las secciones de cada uno

de los alambres que lo componen. La sección útil de un cable no

debe calcularse nunca a partir de su diámetro.

10

Cables

• Estructura transversal:

– De pasos iguales en cordones con alambres diferentes:

• El alambre no se entrecruza si no que se apoyan unos a otros en toda su longitud, consiguiendo una mayor flexibilidad, mayor resistencia a la compresión y mayor capacidad de carga.

– Normal o de ángulos iguales:

• Todos los alambres de son de igual diámetro, formando el mismo ángulo de cablead, por lo que los pasos de cada capa de alambres son distintos y proporcionales a los diámetros de cada capa.

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• Clasificación de los cordones:

– Igual diámetro:

– Cordones de diferente

diámetro

– De forma especial

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– Patrones de tejido de los alambres:

• Ordinario: El más utilizado, todos los alambres del

mismo diámetro.

• Warrington: En la capa exterior lleva alambres de

diámetro menor.

• Seale: Compuesto por círculos concéntricos de

diferente diámetro.

• Filler: Los alambres de menor diámetro llenan los

espacios entre los alambres mas gruesos.

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Cables preformados:

• Los alambres y las hebras se les da la forma que tendrán en el cable antes de ser tejidos.

• Ventajas:

– No se desflecan.

– Están libres de torsión y de la tendencia a enderezarse.

– Tienen mejor resistencia a la fatiga por flexión.

– Las cargas se reparten por igual en todas la hebras.

– Mayor duración del factor de seguridad.

– Menos susceptible a sacudidas y vibraciones.

– Menor tendencia a girar sobre si mismos.

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– Designación del cable

• Se expresa en la práctica de forma abreviada, mediante una

notación compuesta por tres signos, cuya forma genérica es: A

x B + C siendo A el número de cordones; B el número de

alambres de cada cordón y C el número de almas textiles.

• Cuando el alma del cable no es textil o sea formada por

alambres, se sustituye la última cifra C, por una notación

entre paréntesis que indica la composición de dicha alma.

• Si los cordones o ramales del cable son otros cables, se

sustituye la segunda cifra B por una notación entre paréntesis

que indica la composición.

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Ejemplo:

– Un cable con 6 cordones de 25 alambres cada cordón,

alrededor de un alma de cordón metálico formado por 7

cordones que contienen 7 hilos cada uno, se representaría

por:

16


– Notación de la

estructura

Alma de fibra

6 cordones, 19 alambres y 1 alma. 7 cordones, 7 alambres y 0 alma.

17


18


• Resumen de tipos y nomenclatura de los

cables de acero:

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• Las características de un cable de acero son

importantes porque hay que tener presente que: "donde hay un cable de acero trabajando, hay vidas humanas en juego y que frecuentemente es usado como un fusible en los diferentes equipos".

• Es esencial conocer las condiciones de trabajo:

– factores de carga y resistencias.

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• Resistencia del cable

– Está determinada por:

• La calidad del acero utilizado.

• El número y sección de los mismos.

• Su estado de conservación.

– La carga de rotura de un alambre:

• Carga de rotura real: la comprobada por ensayo de tracción sobre un trozo de cable. Es la empleada en los cálculos.

• Carga de rotura teórica: l a calculada multiplicando la sección metálica por la resistencia específica del acero empleado.

• Carga de rotura totalizada: obtenida de ensayos de todos los alambres.

• Carga de rotura calculada: a la suma de las cargas de rotura de cada uno de los alambres que lo componen.

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Características de los cables • Solicitaciones:

– Encurvación: El paso de los cables por las poleas y tambores y su enrollamiento genera sobre ellos esfuerzo que producen fatiga por flexión, tanto mayor cuanto más rígido sea el cable. La flexibilidad depende de:

• El grueso del cable.

• Sección textil de cable.

• Tipo de cableado (normal o lang).

• Su preformación.

• Acero empleado.

– Aplastamiento: Cuando el cable se apoya en las gargantas de las poleas y tambores, desplazándolos de sus posiciones. Los más aptos para resistir aplastamiento son:

• Los gruesos que los finos.

• Los de 6 cordones que los de 8.

• Los de alma metálica que los de textil.

• Los de igual paso (Seale, Warrington).

– Estrepada: Fuertes tirones repentinos, provocan deformaciones.

– Abrasión: Resistencia al desgaste, en función de la superficie de contacto.

– Corrosión: Se protegen con grasa o capas de zinc (galvanización).

– Giro: Tendencia a girar en sentido contrario con carga suspendida, esto se evita con cables antigiratorios con capas en los cordones en sentido contrario.

– Resistencia al calor: • De acero soportan hasta 160° C sin verse afectados.

• De alma textil no deben emplearse con temperaturas superiores a 100° C.

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Cálculos para cables

Flexibilidad y abrasión: La flexibilidad de un cable de acero está en proporción inversa al diámetro de los

alambres externos del mismo, en cuanto que la resistencia a la abrasión es

directamente proporcional a este diámetro. En consecuencia, elegir una composición

con alambres finos cuando prevalezca el esfuerzo a la fatiga de doblamiento, y una

composición de alambres externos más gruesos cuando las condiciones de trabajo

exijan gran resistencia a la abrasión.

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– Elección del cable:

• Deben valorarse todas la

solicitaciones anteriores.

• La experiencia juega un

papel fundamental.

24


25


Según la calidad nominal del acero de sus alambres, definida por su resistencia nominal a la tracción, número de torsiones, doblados, adherencia del recubrimiento de zinc, uniformidad del recubrimiento de zinc y peso del recubrimiento de zinc se designaran por:

26


27


– Ejemplo de cálculo.

– Para dimensionar cual debe ser el diámetro del cable de acero para transportar una determinada carga debemos siempre utilizar el factor de seguridad de la tabla superior en función del tipo de servicio. Abajo sigue un ejemplo:

– Datos: Carga a ser transportada = 1.000 Kg

– Tipo de Servicio = Gruas

– Factor de seguridad = 5 (En función del tipo de servicio)

– Carga Real = Carga * Factor de Seguridad = 1.000Kg * 5 = 5.000Kg De acuerdo con la tabla de Carga de Ruptura, debemos utilizar el cable de 3/8" 6x25+ AF IPS que posee una carga de ruptura de 5.530KgObs: Utilizamos el cable de acero en la construcción 6x25 por ser más flexible que el 6x7, aunque la carga de ruptura de la construcción 6x7 (5.320Kg) ya cumpliría con la necesidad.

28

Eslingas y cabrestantes

29

Consideraciones en cables

• Disposición en poleas y tambores – La fatiga por flexión en un cable está

íntimamente relacionada con el diámetro del arrollamiento en los tambores y poleas. Para evitar que estos valores sean excesivos es conveniente tener en cuenta dos mínimos:

– Los fabricantes recomiendan que en la relación entre el diámetro de la polea y el cable, sea D/d. ≥ 22. El diámetro de la polea se considera medido desde el fondo de la garganta.

– Es conveniente que los tambores sean de tipo acanalado y tengan la disposición que se refleja en la figura 1.

– El ángulo de devanado en tambores planos será 1,5° y en tambores acanalados será de 2,5°.

Fig. 1 Tambor

acanalado

Fig 2. ángulo de

arrollamiento o

devanado

30


Para enrollar un cable en un

tambor debe tenerse

presente el sentido de

cableado, procediéndose

según se muestra.

31


– Unión de cables

• Por trenzado • Consiste en destrenzar los extremos de los cables a empalmar, para

trenzarlos de nuevo conjuntamente de forma manual.

• La longitud que se recomienda dar a los empalmes es: de 900 veces su diámetro para los cables de arrollamiento cruzado; y de 1.200 veces su

diámetro para cables de arrollamiento lang. • Para realizar los terminales mediante trenzado, es recomendable que la

longitud de trenzado no sea inferior a 30 veces el diámetro del cable de

que se trate.

• Por casquillo • Consiste en un manguito de aleaciones especiales que presenta muy

buenas características para su conformación en frío. Se coloca a presión sobre los ramales del cable que se pretende unir.

32


33



• Con metal fundido – Se emplean casquillos generalmente de forma cónica, en los que por el extremo

menor se introduce el cable, y en el que se vierte un metal fundido que suele ser zinc

puro o una aleación de plomo-antimonio.

– Este sistema es algo más laborioso que los demás, pero es el que proporciona un

mayor índice de seguridad.

– Para la preparación de estos terminales debe procederse como sigue:

» Practicar una ligadura en el extremo del cable y otras dos a una distancia

ligeramente mayor que la profundidad del casquillo.

» Eliminar la ligadura del extremo y descablear los alambres, procediendo a quitar

el alma textil, caso de tenerla.

» Limpiar cuidadosamente tanto el casquillo como los alambres, sumergiéndolos

en ácido clorhídrico y finalmente lavarlos con agua.

» Atar los alambres por el extremo para pasarlos al interior del casquillo y quitar

la ligadura.

» Verter la colada de metal fundido al interior del casquillo, procurando que no se

produzcan fugas de metal. La temperatura de la colada debe ser adecuada para

no "recocer" los alambres del cable.

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• Por abrazaderas

• Este sistema es la forma más sencilla para realizar tanto las uniones

entre cables, como para la formación de los anillos terminales u

ojales.

• El número de abrazaderas o sujeta-cabos a emplear en cada caso,

variará según se trate de formar anillos terminales o de uniones

entre cables; y según el diámetro del cable. A título orientativo se

presenta la tabla siguiente:

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• Con abrazaderas – Para anillos u ojales terminales

debe emplearse guardacabos

metálicos.

– En los anillos u ojales la

primera abrazadera debe

situarse lo más próxima

posible al pico del

guardacabos.

– La separación entre

abrazaderas debe oscilar entre

6 y 8 veces el diámetro del

cable.

– El ramal de cable que trabaja a tracción

debe quedar en la garganta del cuerpo de

la abrazadera, en tanto que el ramal inerte

debe quedar en la garganta del estribo.

– Las tuercas para el apriete de la abrazadera

deben quedar situadas sobre el ramal

largo del cable, que es el que trabaja a

tracción.

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– Conservación y mantenimiento. • Los cables deben ser sometidos a un programa de revisiones periódicas • Este examen debe extenderse fundamentalmente a los tambores de

arrollamiento, las poleas, los rodillos de apoyo; y de forma especial debe comprobarse el estado de los empalmes, amarres, fijaciones y sus proximidades.

– La sustitución de un cable debe efectuarse al apreciar visiblemente:

• Rotura de un cordón.

• Formación de nudos.

• Cuando la pérdida de sección de un cordón del cable, debido a rotura de sus alambres visibles en un paso de cableado alcance el 40% de la sección total del cordón.

• Cuando la disminución de diámetro del cable en un punto cualquiera del mismo alcance el 10% en los cables de cordones o el 3% en los cables cerrados.

• Cuando la pérdida de sección efectiva, por rotura de alambres visibles, en dos pasos de cableado alcance el 20% de la sección total.

37


Para enrollar un cable en un

tambor debe tenerse

presente el sentido de

cableado, procediéndose

según se muestra.

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– Ecuación de Nieman para el

cálculo de las flexiones

(esfuerzo por fatiga) que soporta

un cable.

2

121

40

9

10000.170

e

bd

D

bbn

W

S

P

Mpestensióndeesfuerzo

Mpalangcableb

Mpacruzadocableb

cabledelformadeecoeficientb

langycruzadocableusadomasel

drantagderadiodeformaecoeficientb

mmdd

mmDd

langcablecontrariosentidoflexiones

cruzadocablecontrariosentidoflexiones

sentidomismoflexionesn

e

e

cable

polea

)(

1600,37611.1

1600,37604.1

)(1

54.0arg

)(

)(

),_(2

),_(5.1

)(1

2

2

2

1

Sramal

P

mmcabledelmetálicaSecciónS

Mpestensióndeesfuerzo

b

drparab

mmdd

mmDd

e

e

cable

polea

_#

)(

)(

04,1

)54,0_(1

30

1000

2

1

9,234.691

40

9

10000.170

2

121

W

bd

D

bbn

We

39


• Puente Grúa – Aparato de

elevación compuesto por una viga simple o doble, biapoyada sobre dos carriles elevado sobre unos postes dispuestos y resistentes de la nave o edificación.

• 1. Mecanismo de elevación.

• 2. Viga principal.

• 3. Viga testero.

• 4. Camino de rodadura.

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Cálculos para cables • Prob_1 Enunciado:

– Un puente grúa tiene que elevar una carga de 12,000 daN. Se va a suponer que el diámetro de las poleas es de 1000mm. El cable tiene una resistencia de 180 kg/mm2. El aparato posee una frecuencia aproximada igual a cargas pequeñas, medianas y máximas, y se le estima una duración del mecanismo de 25000 horas.

– Dimensionar el cable y determinar su vida.

• Esquema de elevación

41

Cálculo cable

• Diámetro del cable.

• Datos:

• Según tabla B2.17 pertenece al grupo M8

• Según tabla B2.18 Kc = 0.375 y el

regimiento del aparejo será de 0,99

• Peso del elemento en suspensión según

tabla B1.1 es de 85daN

• La carga total será

• La tracción máxima del cable (S) será:

horasDuración

mmKgcables

KgdaNQútil

_25000

/180_Re

12000

2

daNQ

QQQ

t

suspenciónelemútilt

120858512000

_

• El diámetro será:

• Normalizando= 30mm según tabla B2.10

• Flexiones que soporta el cable antes de

romperse.

inQSt

daNS 6103599,0212085

mmDc

SKDc c

29.295.6103375.0

2

121

40

9

10000.170

e

bd

D

bbn

W

9,234.691

40

9

10000.170

2

121

W

bd

D

bbn

We

04,1

)54,0_(1

30

1000

)__(1

2

1

b

drparab

mmdd

mmDd

sentidomismoflexionesn

cable

polea

42

Dimensionado de ganchos B1.1 Peso del gancho Carga útil a elevar

en toneladas

Simple

Doble

43

Coeficientes Kc y rendimiento según resistencia y grupo B2.18

44

Grupo del mecanismo B2.17

45

Coeficientes h2 B3.12

W Condición

1 Un tambor

2 Polea que no incluya inversión de giro

3 Polea que incluya inversión de giro (curva S)

0 Poleas de equilibrio.

2hW

• Valores h2 para diferentes disposiciones

• Tabla para el cálculo de h2,se realiza las mediante la suma de todas las W.

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Diámetro y composición del cable B2.10

Los cables más utilizados para puentes grúa, grúas pórtico y

consola.

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– Un cable de acero es como una máquina y por lo tanto al hacer un pedido deberán tomar en cuenta las siguientes especificaciones: 1.- Largo requerido. 2.- Diámetro ( medido en torones opuestos ). 3.- Números de torones. 4.- Números de alambres por torón. 5.- Configuración de los alambres. 6.- Tipo de centro o alma ( fibra natural, sintético o acero ). 7.- Calidad del acero de los alambres ( Arado Mejorado, etc. ) 8.- Preformado o sin Preformar. 9.- Recubrimiento de los alambres ( galvanizados o no ). 10.- Tipo de torcido ( Regular o Lang ) 11.- Dirección de torcido a la Derecha o a la Izquierda. 12.- Aplicación del cable y función.

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