Optimización de la instalación de cables: La importancia del COF y las pruebas de materiales
Para estimar la tensión del tirado de cables, el coeficiente de fricción (COF) es un requisito básico. El material de la chaqueta del cable y la superficie del conducto o ducto tienen una influencia clave en el COF. Los lubricantes para cables de alto desempeño miden y reducen eficazmente el COF. La lubricación adecuada del cable reduce el riesgo. Disponer de un COF preciso aumenta la confianza durante las fases de diseño y planificación.
La composición del material y el lubricante del cable determinan el COF. Debido a la gran variedad de mezclas de chaquetas de cable y las diferentes opciones de conductos, la identificación de un “buen” COF es compleja. Polywater® ha estado probando y recopilando datos de COF durante décadas. Estas son algunas de las cosas que hemos aprendido.
Comprender el papel del material de las chaquetas en el diseño de cables
Hay varias consideraciones en la elección del material de la chaqueta del cable, pero la función principal es la protección. La chaqueta del cable es la capa exterior del cable que actúa como barrera contra la entrada de humedad y productos químicos. Protege el cable del desgaste mecánico. Puede agregar resistencia o proporcionar flexibilidad. Es posible que el material de la chaqueta deba soportar entornos extremos: temperaturas altas (o bajas), corrosión y exposición al fuego. En algunos casos, las propiedades eléctricas también son importantes.
Tabla 1: Propiedades básicas de los materiales más comunes para chaquetas de cable
Los materiales de chaquetas de cable poliméricos deben permanecer funcionales durante una vida útil de 50 años o más. Las mezclas de chaquetas de cable no son productos básicos. Se combinan estructuras poliméricas específicas y mezclas de aditivos para producir un rendimiento duradero. Existen muchas formulaciones de material para chaquetas de cable según el uso previsto y las características de desempeño únicas.
El valor del COF no es un factor de diseño clave en el diseño de la chaqueta del cable. Para algunos cables de baja o media tensión, los aditivos se combinan con el polímero o se usan como recubrimiento sobre la superficie del cable para reducir la fricción. En estos casos, es importante que el cable no se deslice en el carrete y que se pueda manipular con seguridad. El uso de agentes lubricantes no debe afectar a la resistencia de la chaqueta del cable. Incluso cuando las chaquetas de cable incluyen aditivos deslizantes, los lubricantes de alto desempeño reducen aún más el COF.
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Comprensión de las diferencias en el COF entre los materiales de las chaquetas de cable
Los materiales utilizados en la chaqueta del cable y en el conducto determinan el COF. Las pruebas de Polywater muestran la importancia de los lubricantes para cables de alto desempeño. Los datos recopilados durante años de pruebas muestran las propiedades típicas de diferentes combinaciones de materiales y lubricantes. En los dos siguientes gráficos se muestran una parte de estos datos.
Los materiales de chaquetas de cable probados incluyen:
• CPE (cloropolietileno)
• CSPE (polietileno clorosulfonado)
• HDPE (polietileno de alta densidad)
• LLDPE (polietileno lineal de baja densidad)
• Polipropileno
• PVC (cloruro de polivinilo)
• XLPE (polietileno reticulado)
Los materiales más duros, como el HDPE y el polipropileno, tienen valores de COF naturalmente más bajos que otros materiales para chaquetas de cable. El CPE y el CSPE tienden a ser polímeros “más suaves” con mayor fricción. El PVC depende del paquete de aditivos y tiene un rango más amplio de valores de COF. No existen dos chaquetas de cable que tengan el mismo desempeño. En todos los casos, los lubricantes reducen drásticamente el COF y “nivelan el campo de juego”.
El gráfico 1 muestra el COF de varios materiales de chaqueta en conductos de PVC. El COF de los cables sin lubricar varía de 0,35 a 0,73 con una diferencia de 0,38 desde el más bajo al más alto. Los valores de COF lubricados varían de 0,06 a 0,16 con una diferencia de 0,10. La lubricación reduce y minimiza la variación del COF.
Gráfico 1
El gráfico 2 muestra el COF de varios materiales de chaqueta en conductos de acero rígido. El COF de los cables sin lubricar varía de 0,42 a 0,73 con una diferencia de 0,31 desde el más bajo al más alto. Los valores de COF lubricados varían de 0,09 a 0,29 con una diferencia de COF de 0,20 desde el más bajo al más alto. El acero rígido muestra una mayor variabilidad en el desempeño del COF. Este gráfico muestra valores promedio. Las pruebas de laboratorio han producido una mayor variación en los resultados dependiendo del tratamiento de la superficie del acero y de la suavidad del molde. En promedio, los lubricantes de alto desempeño reducen el COF en un 70% en los diferentes aceros rígidos probados.
Gráfico 2
Polywater ha probado muchas más combinaciones de cables y conductos que las que se muestran en los Gráficos 1 y 2. Además de los conductos de PVC y acero rígido, se han probado materiales de HDPE, fibra de vidrio, tubos metálicos eléctricos (EMT) y aluminio. Estos incluyen diferentes fabricantes y, en algunos casos, texturas o tratamientos especiales. Otras chaquetas de cable probadas incluyen polietileno de densidad media (MDPE), nailon (THHN), caucho termoplástico y natural, polietileno reticulado (XLPE) y plomo.
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Medir el COF en diferentes superficies y comprender qué tipo de desempeño esperar es clave para desarrollar buenos lubricantes para cables. Los lubricantes de alto desempeño hacen un excelente trabajo de reducción del COF y actúan como ecualizadores. Independientemente de la chaqueta de cable elegida, un lubricante de alto desempeño reduce el COF de manera efectiva durante la instalación.
Variaciones del COF dentro de los tipos de materiales: El caso de las chaquetas de cable de PVC
Los gráficos anteriores muestran valores de COF promedio para cada tipo de material. Varias mezclas poliméricas muestran una alta variabilidad dentro de este tipo de material. Un buen ejemplo de esta variabilidad es el PVC, que se puede fabricar en formas tanto flexibles como rígidas, lo que da lugar a una gran variedad de formulaciones diferentes. Recientemente, Polywater recibió tres cables de alimentación 1/C 750 KCMIL con chaquetas de PVC para realizar pruebas en la mesa de fricción; cada cable fue fabricado por una empresa de cables diferente. Las mezclas chaquetas de cable son únicas para cada diseño de cable. Las muestras de cable en sí tienen un aspecto diferente. Observe las diferencias en el brillo y la textura de la superficie en la Foto 1.
Foto 1
Los cables se probaron con dos lubricantes para cables de alto desempeño diferentes. Los resultados del Gráfico 3 muestran que todas las chaquetas de PVC tienen diferentes valores de COF sin lubricación. El efecto de cada lubricante también varía. El PVC con el valor COF sin lubricar más bajo muestra el valor lubricado más alto.
Gráfico 3
Las pruebas de COF mejoran la planificación de la instalación y reducen el riesgo
El COF es exclusivo de los materiales probados. Los lubricantes para cables de alto desempeño en combinación con la formulación de la chaqueta del cable y el tipo de conducto producirán un valor único. El COF puede variar dentro del tipo de material dependiendo de la formulación específica. Para instalaciones importantes, vale la pena probar el COF antes de la instalación. Comprender qué tipo de COF esperar puede aumentar la previsibilidad. Una mejor predicción de la tensión del cable reduce el riesgo.
