Medición de la fricción de tracción del cable con una prueba de carrete

Este documento muestra a los lectores la prueba de carrete de Polywater, que se realiza desde hace tiempo, y que utiliza una rueda de 1 metro (3 pies) de diámetro para calcular el coeficiente de fricción (COF) en múltiples escenarios. ¿Cómo nos ayuda esta gran rueda de color azul como fabricante de lubricantes? La prueba de carrete ha demostrado ser un método versátil para comprobar el efecto del relleno del conducto en la tensión de tracción del mismo y es especialmente útil para analizar los cables de fibra óptica.

Además, este método de prueba nos permite evaluar una amplia gama de tipos de chaquetas y conductos de cables. Fue fundamental para la reciente incorporación de cables y cubiertas de telecomunicaciones a nuestra base de datos, un recurso para toda la industria que permite medir el coeficiente de fricción para planificar instalaciones de cables sin importar la escala. Y, por supuesto, la prueba forma parte de la garantía de que los lubricantes que desarrollamos se someten a pruebas exhaustivas antes de su introducción en el mercado. De hecho, Polywater ha utilizado esta prueba de carrete durante más de 35 años, por lo que ha desempeñado un papel en las pruebas de la mayoría de nuestros lubricantes.

Las mediciones de tensión de esta prueba aumentan el trabajo realizado en la mesa de fricción de Polywater. La mesa de fricción trabaja sobre una longitud plana de ducto interior con una fuerza normal medida. La prueba de carrete mide la tensión a medida que el cable se desplaza por las curvas y los codos. En combinación, las pruebas ofrecen valiosas contribuciones al conjunto de conocimientos sobre lubricación de Polywater.

La prueba de carrete funciona muy bien con diseños de cables livianos y ductos continuos. Es una prueba ideal para cables de fibra óptica. El diseño envolvente de la prueba aumenta la tensión y produce datos válidos en un espacio relativamente compacto. Este diseño de prueba está recomendado por Telcordia, la CEI y la mayoría de los fabricantes de cables.

Cómo funciona la prueba en carrete

En este método, el conducto se envuelve a 420° alrededor de una rueda de 1 metro (3 pies) de diámetro. Se suspende un peso (de estaño), normalmente de 11,3 kg (25 libras), de una polea a 4,6 m (15 pies) por encima del plano de tracción a un ángulo de 60°. A continuación el cable es arrastrado por un cabrestante que funciona a una velocidad constante de 20 m (65 pies) por minuto. Una célula de carga fijada al cable del cabrestante mide la tensión de tracción (Tout) cada medio segundo.

Los datos resultantes se ingresan directamente en una hoja de cálculo que promedia la tensión de tracción y calcula el coeficiente de fricción. Tenga en cuenta que el cable está siendo arrastrado (en movimiento) cuando se toman estas lecturas, que representan un coeficiente de fricción «dinámico». Para calcular este coeficiente de fricción dinámico se utiliza la siguiente fórmula:

Dónde:

μ es el coeficiente de fricción cinético, COF (adimensional)
T_in  es la tensión (fuerza) entrante
T_out  es la tensión (fuerza) de tracción medida
Θ  es el ángulo total del ducto alrededor de la curva o 7,33 radianes

Los valores reales del coeficiente de fricción obtenidos en el campo pueden ser mayores. Numerosos factores en el campo afectarán a la tensión de tracción, por ejemplo, la técnica de aplicación del lubricante, la temperatura, la rigidez del cable, el porcentaje de llenado del conducto y cualquier contaminante.

Resultados generales

El análisis y la presentación de todos los datos y las conclusiones obtenidas con este método de prueba están fuera del alcance de este documento. Sin embargo, nuestros resultados generales se resumen a continuación.

Tensión entrante

Este diseño de prueba no permite la variación directa de la fuerza normal (lateral). En su lugar, la tensión entrante (T_in) puede variarse utilizando diferentes pesos de tensión de retroceso. Esto, a su vez, produce una tensión de tracción variable (T_out). La fuerza lateral es una relación entre la tensión de tracción y el radio mediante la siguiente ecuación (un cable):

La fuerza lateral  es

Dónde:

T_out  es la tensión (fuerza) de tracción medida
R es el radio de la curvatura

Al utilizar una tensión entrante más baja o más alta, la fuerza lateral también se reduce o aumenta.

El gráfico 1 que aparece a continuación muestra un conjunto de resultados de un solo grupo de pruebas. En esta prueba se utilizó el lubricante para cables Polywater® FTTx para lubricar un cable de fibra de polietileno ignífugo y un cable de fibra óptica de MDPE (polietileno de media densidad) a través de un ducto interior continuo de HDPE (polietileno de alta densidad) de pared lisa. Se midieron las tensiones con una tensión entrante variable. El coeficiente de fricción se calculó a partir de la tensión de entrada medida.

En esta prueba el coeficiente de fricción es ligeramente inferior cuando la fuerza lateral es mayor. Este es un resultado habitual basado en muchas iteraciones de esta prueba de fricción.  El gráfico siguiente muestra los datos y el cálculo de la pared lateral del conjunto de datos del Gráfico 1 con más detalle.

Como se ha observado, el COF es menor bajo fuerzas laterales más elevadas. En algunas pruebas el efecto es menos drástico. Esta prueba suele realizarse con una tensión de entrada variable, pero los resultados del COF bajo tensiones entrantes más bajas producen una mayor desviación estándar. Normalmente, los resultados se comunican basándose en una tensión de entrada de 25 lb_f (11,3 Kg_f).

Efectos de las chaquetas de cable

El gráfico 2 que se muestra a continuación muestra los coeficientes de fricción medios de varios cables arrastrados a través de un ducto de polietileno de pared lisa utilizando cables lubricados y no lubricados. Estos datos muestran que el COF depende de los materiales de la superficie. Los lubricantes de alto rendimiento son eficaces en una amplia gama de materiales. En estos datos, los valores de COF lubricados se sitúan en un estrecho rango de 0,09 a 0,11, mientras que los valores no lubricados se sitúan en un rango mucho mayor, de 0,22 a 0,35. El menor COF cuando se lubrica el ducto facilita que los arrastres de tracción sean menores, por lo que los tramos de conducto pueden ser más largos con menos empalmes.  

Efectos del conducto

El gráfico 3 mide el COF tanto en el polietileno de pared lisa como en el de HDPE corrugado. En esta prueba, los diferentes estilos de conductos tienen un impacto mínimo en el COF. El uso de lubricante es el mayor factor de reducción del COF. Polywater CGL es un gel lubricante más espeso y, en esta prueba, es menos eficaz en los conductos corrugados. Polywater FTTx es un lubricante de película fina de alto rendimiento y tiene una excelente reducción de la fricción tanto en ductos lisos como corrugados.

Efectos del lubricante

A continuación, el gráfico 4 muestra los coeficientes de fricción medios de la chaqueta de MDPE (polietileno de media densidad) en un conducto de polietileno de pared lisa con diferentes lubricantes de tracción. Todos los lubricantes reducen la fricción y muestran grandes diferencias de coeficiente de fricción en comparación con el de control no lubricado. Cualquiera de estos lubricantes funciona bien para reducir la fricción. Aunque el rendimiento del lubricante depende de las combinaciones de materiales, los lubricantes de alto rendimiento suelen ser eficaces en una amplia selección de estilos de chaqueta. La elección del lubricante incluirá el diseño de la pista de rodadura y las consideraciones de la aplicación. Los diferentes lubricantes probados reflejan una gama: vertibles, geles fibrosos, geles espesos y líquidos de película fina pulverizables.

Ductos prelubricados

Los lubricantes de polietileno son compatibles con los ductos prelubricados. El gráfico 5 compara los ductos estándar y los prelubricados. Mientras que los ductos prelubricados producen valores de COF más bajos, los lubricantes de Polywater, como Prelube 2000™, son extremadamente eficaces para reducir la fricción. En este caso, Prelube 2000 «nivela el campo de juego». Con Prelube 2000, tanto el conducto estándar como el conducto prelubricado producen el mismo COF.

Resumen

Nuestro ensayo de carrete, que lleva mucho tiempo realizándose, funciona bien con los cables livianos y ha demostrado ser un método versátil para medir el efecto del relleno del conducto en la tensión de tracción del mismo. Resulta especialmente útil para analizar los escenarios de instalación de cables de fibra óptica, a la vez que apoya el desarrollo de la familia de lubricantes para comunicaciones de Polywater. Los datos de fricción resultantes de esta prueba pueden utilizarse para planificar y optimizar la instalación de cables en conductos.

Bibliografía

Comisión Electrotécnica Internacional, “IEC/TR62470 Technical Report, Guidance on Techniques for the Measurement of the Coefficient of Friction (COF) between Cables and Ducts” Edición 1.0, Ginebra, Suiza, Octubre de 2011.

“Generic Requirements for Optical Cable Innerduct, Associated Conduit, and Accessories” de Telcordia, Edición 2, Piscataway, NJ, Junio de 2009.

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