La importancia de la dirección del tirado en la instalación de cables y el papel de las curvas

Factores que afectan la tensión del cable

Antes de instalar un cable en un conducto, se deben considerar muchos factores en el proceso de planificación para evitar enfoques que puedan dañar el cable o hacer imposible la instalación. El tipo de cable y el material de su chaqueta y peso; el material del conducto y su técnica de colocación; el tipo de cable o cuerda de tirado; la posición y tipo del portacarretes; el equipo de prueba de conductos; el modelo del cabrestante y la capacidad de fuerza; y la elección del lubricante y el método de aplicación afectan la viabilidad de la instalación de un cable. Pero cuando llega el momento del tirado, ¿cómo se gestionan todos estos puntos de datos para garantizar una instalación de cable segura y eficiente? La planificación es siempre la mejor respuesta.

Topografía del sitio y enrutamiento de cables

La topografía del sitio y la infraestructura preexistente afectan la ruta que tomarán el conducto y el cable. Los ingenieros de diseño deben desarrollar una ruta que evite obstáculos subterráneos y aéreos, pero que permita instalar el cable sin exceder los límites de tensión y presión de las paredes laterales establecidos por el fabricante del cable. Los ingenieros tienen cierta flexibilidad para definir la ruta del cable, pero las realidades del sitio determinan el resto.

Las curvas y otros desplazamientos tienen un impacto significativo en las fuerzas ejercidas sobre un cable a medida que pasa a través del conducto. Intuitivamente sabemos que, con la asistencia de la gravedad, tirar de un cable cuesta abajo es generalmente más fácil que arrastrarlo hacia arriba, por lo que algunos pueden suponer que comenzar a tirar en el extremo superior del conducto siempre requiere la menor cantidad de fuerza del cabrestante. Sin embargo, se deben analizar la posición y magnitud de las curvas colocadas en el diseño general del conducto para determinar la dirección óptima de la instalación. La fuerza requerida para atravesar estas curvas puede en realidad minimizarse cuando se comienza en el extremo inferior del conducto y se tira cuesta arriba. Para comprender los efectos de las curvas en los análisis de tensión de tracción y presión de las paredes laterales, se debe tener una comprensión básica de las ecuaciones matemáticas utilizadas para evaluar estas fuerzas.

Comprendiendo las ecuaciones de tensión

En las ecuaciones de tensión de tracción, el coeficiente de fricción, que es una constante adimensional (μ), determina la cantidad de fricción generada en el cable durante su instalación en el conducto. Actúa como un multiplicador del peso y agrega tensión para secciones de conductos rectos e inclinados. En las curvas, el coeficiente de fricción es parte del multiplicador de la tensión a través del “cosh”. Se encuentra en el exponente del log natural (e) en esa forma de ecuación.

Esto significa que las curvas aumentan exponencialmente la tensión ejercida sobre el cable a medida que migra a través de estos desplazamientos. Si las curvas no son simétricas en el diseño del conducto, es preferible el tirado primero por las curvas para minimizar la cantidad de tensión que ingresa en ellas.

Simplificando el análisis con Pull-Planner

Realizar cálculos de tensión a mano o incluso en una hoja de cálculo puede resultar desalentador, pero existe una herramienta gratuita para ayudar a facilitar el análisis a los ingenieros que diseñan el sistema y a los trabajadores que lo instalan: Polywater Pull-Planner™. El software de estimación de tensión de cables Pull-Planner utiliza ecuaciones de fuerza establecidas en la industria para resolver automáticamente los cálculos difíciles para el diseñador. Pero hace más que eso; una vez que los datos del cable y la ruta se ingresan en el software, el programa calcula la tensión y la presión de las paredes laterales para cada segmento del recorrido del cable para brindar una vista de lo que le sucede al cable en cada sección de la instalación. Además, el programa permite escenarios de «qué pasaría si». El usuario puede invertir la dirección de la instalación con un clic del mouse para mostrar inmediatamente el análisis de tensión y presión de la pared lateral en la dirección opuesta.

Ejemplos del mundo real

Veamos dos ejemplos para demostrar…

Este gráfico muestra el diseño de un recorrido típico de cable eléctrico entre postes de servicios públicos. Tenga en cuenta que hay un segmento vertical de 1.5 m en cada extremo del conducto y un grupo de curvas cerca del punto B. Ambos componentes verticales son iguales en longitud y orientación y, por lo tanto, se anularán entre sí en las ecuaciones de tensión. Si no existen obstáculos en ninguno de los extremos del conducto para la colocación del carrete de cable, el instalador teóricamente puede elegir el punto en el que iniciar la instalación. Sin embargo, si la dirección de tirado no se verifica con la tensión máxima permitida del cable y la presión de la pared lateral o con la capacidad nominal del cabrestante, la tensión ejercida sobre ambos será mucho mayor en una dirección que en la otra. Veamos qué calcula el Pull-Planner como tensión final para cada dirección de tirado.

Tirado de A a B

En el ejemplo anterior, hemos mapeado la trayectoria del cable a través de cada segmento del diseño del conducto, desde el punto A al punto B. El programa calcula la tensión final en el cable en 1854 kg (8,38 kN) con una presión máxima en la pared lateral de 2887 kg/m (13,26 kN/m).

Tirado de B a A

Cuando se invierte la dirección de la instalación en el software, el Pull-Planner muestra que se puede lograr una tensión final más baja. Aquí, la tensión final ejercida sobre el cable en el segmento 5 es de 1463 kg (6,62 kN) con una presión máxima en la pared lateral de 2265 kg/m (10,42 kN/m): una reducción aproximada del 21% en la tensión y la presión en la pared lateral.

Estos ejemplos ilustran el impacto significativo de las curvas en la tensión general de transporte. Pero, ¿qué sucede cuando hay cambios de elevación entre el punto inicial y final de una instalación de cable? ¿El impacto de una pendiente (o la gravedad) anula la influencia de las curvas en un transporte de cables? Repasemos otro ejemplo.

Dirección de tirado con cambios de elevación y curvas

En el gráfico anterior, vemos que un extremo del conducto está ubicado en la parte superior de una pendiente de 10° (Punto A) y hay varias curvas agrupadas en el extremo inferior del tramo del conducto (Punto B). Puede resultar tentador colocar el carrete en el punto A y el cabrestante en el punto B para comenzar a tirar cuesta abajo. Sin embargo, las dos primeras curvas son significativas (90°) y van seguidas de dos curvas más de 45° antes de que el cabrestante deba trabajar contra la gravedad. La tensión debe verificarse desde ambas direcciones para determinar la mejor dirección de la instalación.

Recordamos de las ecuaciones de Sección Recta Horizontal y Sección de Curva Horizontal proporcionadas anteriormente que el coeficiente de fricción actúa para aumentar exponencialmente las tensiones al entrar en las curvas. ¿Cómo se ven las ecuaciones para secciones rectas inclinadas? El coeficiente de fricción sigue siendo un multiplicador, pero se ve afectado por el ángulo de pendiente y la dirección gravitacional del transporte del cable.

A continuación, puede ver el tirado mapeado en el software Pull-Planner, donde todas las secciones rectas y curvas están claramente definidas (longitudes y pendientes de secciones rectas) y tipos de curvas, ángulos, radios y longitudes. La dirección de instalación es del punto A al punto B.

instalación inclinada: punto A a punto B

La tensión final calculada es 3742 kg (36,81 kN).

Ahora bien, ¿qué sucede con los valores de tensión si el recorrido se invierte de modo que el cable pase primero por las curvas? Las tensiones disminuyen significativamente.

Optimización de la dirección de instalación de cable

Tenga en cuenta que la tensión final al transportar cuesta arriba de B a A se ha reducido a 2193 kg (21,58 kN), casi la mitad de la tensión de la dirección de instalación calculada originalmente. Este análisis revela que, en este escenario, iniciar primero la instalación a través de las curvas conduce a una reducción significativa y, quizás, no obvia de la tensión general.

Mejorar la eficiencia con datos de tensión

El Pull-Planner simplifica el proceso de análisis y planificación del sitio para los ingenieros. Les permite evaluar la dirección de instalación óptima en función de la tensión estimada y ofrece un beneficio invaluable a los equipos de instalación. Comprender la ubicación requerida del carrete y la tensión inicial del recorrido permite a los instaladores elegir un cabrestante y un soporte de carrete que sean adecuados para su propósito. Además, si se necesita mano de obra para girar el carrete debido a la ausencia de una opción motorizada, el director del proyecto puede planificar de forma proactiva un número adecuado de trabajadores en el sitio, garantizando una ejecución eficiente y sin problemas del plan de instalación. Esta previsión no sólo mejora el proceso de planificación sino que también minimiza los retrasos y al mismo tiempo optimiza la mano de obra en el lugar de trabajo.

Confianza en la instalación de cables

La mejor dirección de tirado para cualquier instalación de cable no siempre es una determinación sencilla. Los obstáculos en cualquiera de los extremos del trazado del conducto pueden dictar la dirección del recorrido y el equipo necesario para el trabajo. Se deben analizar las instalaciones en ambas direcciones para asegurar que las curvas o pendientes no aumenten la tensión del tirado más allá de los límites establecidos del cable o cabrestante. Con el uso de la herramienta de planificación Pull-Planner de Polywater, los ingenieros y contratistas tienen la confianza de que todos los materiales de trabajo y las técnicas de instalación se evalúan y verifican para optimizar la instalación del cable, incluida la dirección de tirado óptima.

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