¿Cómo afecta la temperatura el coeficiente de fricción del cable?
Si bien está ampliamente aceptado que las altas temperaturas aumentan la fricción de los cables, no se disponía de tantas investigaciones. La nueva investigación de Polywater cuantifica mejor el efecto de la temperatura sobre el coeficiente de fricción.
Variabilidad en el coeficiente de fricción
El coeficiente de fricción (COF) entre el cable y el conducto es un factor importante que influye directamente sobre la tensión del cable durante la instalación. El valor depende del material de la chaqueta del cable y el conducto. Otros estudios han demostrado la influencia de la fuerza lateral sobre el COF. También se ve influenciado por otros factores durante la instalación. Un factor ambiental común es la temperatura de los materiales. La experiencia de campo ha demostrado que, a mayores temperaturas, el coeficiente de fricción aumenta, supuestamente debido a los cambios en la dinámica de la superficie del cable o el conducto.
Estudios de temperatura
Si bien está ampliamente aceptado que las altas temperaturas aumentan la fricción de los cables, no se disponía de tantas investigaciones. La nueva investigación, que se resume a continuación, cuantifica mejor el efecto de la temperatura sobre el COF. Este nuevo estudio mide el COF en un amplio rango de temperaturas y confirma que las altas temperaturas aumentan la fricción y que los lubricantes minimizan este impacto.
Pruebas en mesa de fricción
Los valores de COF se midieron en un rango de temperaturas utilizando el método de la mesa de fricción. Polywater® ha recopilado y analizado miles de mediciones por medio de este método a lo largo de los años. Casi la totalidad de estas pruebas se completó bajo condiciones ambiente de 18-24 °C (65-75 °F). Este método de prueba estándar se utilizó para producir datos nuevos que cubrieran un rango de temperatura mucho más amplio: -40 a 50 °C (40 a 122 °F).
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Para esta investigación, se enfriaron conductos y cables en hielo seco antes de realizar las pruebas para simular las superficies frías. Las pruebas de fricción continuaron a medida que los cables se calentaban a temperatura ambiente y se registró la temperatura de la superficie al comienzo de cada prueba mediante un termómetro infrarrojo. Para simular las temperaturas cálidas, se condicionaron los conductos y cables en un horno a 50 °C (122 °F) durante una hora antes de las pruebas. Todas las pruebas se completaron utilizando una fuerza normal estándar de 298 kgf/m (200 lbf/ft).
Los gráficos 1-3 a continuación muestran los resultados de estas pruebas con tres tipos de cables diferentes. Hay algunas variaciones entre los tipos de cables, pero para cada serie, el COF aumenta en unos 38 °C (100 °F). En algunos casos, la fricción también aumenta a temperaturas muy bajas. El lubricante disminuye el COF en general, como se esperaba. Es más, el aumento de COF con altas temperaturas en cables lubricados es solo mínimo. El lubricante minimiza en gran medida el impacto ahora documentado de las variaciones externas en la temperatura.
Los gráficos 1-3 muestran el impacto de la variación de la temperatura en el COF. Si bien este aumento es drástico en los cables sin lubricación, es mínimo una vez que se lubrican.
Generación de calor a partir de la fricción
En el siguiente estudio de temperatura, no se produjo un cambio deliberado en la temperatura ambiente. Se llevó a cabo una prueba de carrete para medir el aumento de temperatura a partir de las fuerzas de fricción. El cable se traccionó a una razón de 18,3 m/min (60 ft/min) a lo largo de un conducto envuelto de 420°. El cable se traccionó con o sin lubricante durante 20 repeticiones cada uno para simular instalaciones de cable más largas. Al final de cada tirada, la temperatura de la superficie del cable se midió y registró con un termómetro infrarrojo.
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En el caso de los cables que se instalaron sin lubricante, la temperatura aumentó medio grado Fahrenheit después de cada prueba de tracción. Desde principio a fin, la temperatura aumentó 9 °C (17 °F). Cuando se usó lubricante, la temperatura casi no cambió a lo largo de las 20 repeticiones. Al disminuir la fricción, el lubricante también disminuye el efecto del calor de las fuerzas de fricción. Los lubricantes también pueden actuar para absorber y disipar el calor. Véase el gráfico 4 y 5 a continuación.
Gráfico 4: La temperatura aumenta con cada repetición de tracción del cable sin lubricación.
Gráfico 5: La temperatura permanece estable con cada repetición de tracción del cable lubricado.
Entonces, incluso cuando se ejerce tracción a temperatura ambiente, la temperatura de la superficie puede elevarse por las fuerzas de fricción. Los lubricantes minimizan esta generación de calor. A partir de los trabajos anteriores, sabemos que, a más temperatura, mayor es el COF. Esto también queda evidenciado a partir de la repetición de las pruebas. En cuanto a las instalaciones sin lubricante, el COF aumenta en cada repetición. Con respecto a las instalaciones con lubricante, el COF permanece estable. Véase el Gráfico 6. El hecho de que los lubricantes reduzcan la generación de calor es un beneficio adicional de la lubricación de los cables.
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Gráfico 6: El lubricante hace que el COF permanezca igual durante varias repeticiones, mientras que el COF en cables sin lubricante aumenta en cada repetición.
El lubricante reduce la variabilidad en el coeficiente de fricción
Los lubricantes de cables disminuyen el COF y, en consecuencia, permiten alcanzar distancias de instalación más largas, ya sea que el cable se tire o se sople. Los lubricantes también minimizan la generación de calor. Otro beneficio, como se puede observar aquí, es que se reduce la variabilidad de COF de la fluctuación de la temperatura. No siempre es posible controlar las condiciones ambientales y de temperatura en el lugar donde se instalan los cables. Lo que sí se puede es especificar y usar lubricante para cables. Los lubricantes para cables producen una mayor predictibilidad del rendimiento.