In che modo la temperatura influenza il coefficiente di attrito del cavo?
Sebbene sia ampiamente condiviso che le alte temperature aumentino l'attrito dei cavi, la ricerca è stata limitata. La nuova ricerca di Polywater quantifica meglio l'effetto della temperatura sul coefficiente di attrito.
Variabilità nel coefficiente di attrito
Il coefficiente di attrito (COF) tra cavo e condotto è un fattore critico che influenza direttamente la tensione del cavo durante l’installazione. Il valore dipende dal rivestimento del cavo e dal materiale del condotto. Altri studi hanno dimostrato l’influenza della forza esercitata dalla parete laterale sul COF. Durante l’installazione, vi sono anche altri fattori che influiscono su questo aspetto. Un fattore ambientale comune è la temperatura dei materiali. L’esperienza sul campo ha dimostrato che a temperature più elevate il coefficiente di attrito aumenta, presumibilmente a causa di modifiche nella dinamica superficiale del cavo o del condotto.
Studi sulla temperatura
Sebbene sia ampiamente accettato che le alte temperature aumentano l’attrito dei cavi, la ricerca è stata limitata. Nuove ricerche, riassunte di seguito, quantificano meglio l’effetto della temperatura sul COF. Questo nuovo studio misura il COF in un ampio intervallo di temperature, confermando che le alte temperature aumentano l’attrito e che i lubrificanti riducono al minimo questo impatto.
Prova sul banco per la verifica dell’attrito
I valori del COF sono stati misurati a temperature diverse utilizzando il metodo del banco per la verifica dell’attrito. Polywater® ha raccolto e analizzato migliaia di misurazioni utilizzando questo metodo di prova nel corso di molti anni. Quasi tutti questi test sono stati completati in condizioni ambientali comprese tra 18 e 24 °C (65-75 °F). Questo metodo di prova standard è stato utilizzato per produrre nuovi dati che coprono un intervallo di temperatura molto più ampio, -40 – 122 °F (-40 – 50 °C).
| Contenuti connessi: Misurazione dell’attrito sul banco per la verifica dell’attrito di Polywater |
Per questa ricerca, i condotti e i cavi sono stati raffreddati nel ghiaccio secco prima di essere sottoposti ai test, per simulare superfici fredde. I test di attrito sono proseguiti mentre i cavi si riscaldavano fino alle condizioni ambientali e la temperatura superficiale è stata registrata all’inizio di ogni test utilizzando un termometro a infrarossi. Per simulare temperature elevate, i condotti e i cavi sono stati condizionati in un forno a 122 °F (50 °C) per un’ora prima del test. Tutti i test sono stati eseguiti utilizzando una forza normale standard di 200 lbf/ft (298 kgf/m).
I grafici 1-3 sottostanti mostrano i risultati di questi test su tre diverse tipologie di cavi. Esistono alcune variazioni tra i tipi di cavi, ma per ogni serie il COF aumenta a circa 100 °F (38 °C). In alcuni casi l’attrito aumenta anche a temperature molto basse. Il lubrificante abbassa il COF complessivo come previsto. Ancora più importante, l’aumento del COF con temperature più elevate per i cavi lubrificati è solo minimo. Il lubrificante riduce notevolmente l’impatto, ormai documentato, delle variazioni esterne di temperatura.
I grafici 1-3 mostrano l’impatto della variazione di temperatura sul COF. Questo aumento è notevole per i cavi non lubrificati, mentre è minimo quando vengono lubrificati.
Generazione di calore dovuta all’attrito
Nel successivo studio sulla temperatura non è stata effettuata alcuna modifica intenzionale della temperatura ambiente. È stato eseguito un test sulla bobina per misurare l’aumento di temperatura dovuto alle forze di attrito. Il cavo è stato tirato a una velocità di 60 ft/min (18,3 m/min) attraverso 420° di avvolgimento del condotto. Il cavo è stato tirato con e senza lubrificante per 20 ripetizioni per ciascun caso, per simulare trazioni più lunghe. Al termine di ogni trazione, la temperatura superficiale del cavo è stata misurata e registrata utilizzando un termometro IR.
| Contenuti connessi: Misurazione dell’attrito di posa del cavo con un test dell’aspo |
Nel cavo tirato senza lubrificante, la temperatura è aumentata di mezzo grado Fahrenheit dopo ogni prova di trazione. Tra l’inizio e la fine la temperatura è aumentata di 17 °F (9 °C). Utilizzando il lubrificante, la temperatura non ha praticamente subito variazioni nel corso delle 20 ripetizioni. Riducendo l’attrito, il lubrificante riduce anche l’effetto termico delle forze di attrito. I lubrificanti possono anche assorbire e dissipare il calore. Si vedano i grafici 4 e 5 di seguito.
Grafico 4: La temperatura aumenta a ogni trazione del cavo non lubrificato.
Grafico 5: La temperatura rimane stabile a ogni ripetizione della trazione del cavo lubrificato.
Pertanto, anche quando la trazione avviene a temperatura ambiente, la temperatura superficiale può aumentare a causa delle forze di attrito. I lubrificanti riducono al minimo questa generazione di calore. Da esperienze precedenti sappiamo che l’aumento della temperatura aumenta il COF. Anche i risultati del test di ripetizione lo dimostrano. Per le trazioni non lubrificate, il COF aumenta a ogni iterazione. Nelle trazioni lubrificate, il COF rimane stabile. Vedere il grafico 6. Un ulteriore vantaggio della lubrificazione dei cavi è il fatto che i lubrificanti riducono la generazione di calore.
| Contenuti connessi: Domande frequenti: posa, lubrificazione e tensione dei cavi |
Grafico 6: il lubrificante mantiene invariato il COF per più ripetizioni, mentre con il cavo non lubrificato il COF aumenta a ogni ripetizione.
Il lubrificante riduce la variabilità del coefficiente di attrito
I lubrificanti per cavi riducono il COF e di conseguenza consentono distanze di installazione dei cavi maggiori, indipendentemente dal fatto che il cavo venga tirato o soffiato. I lubrificanti riducono al minimo anche la generazione di calore. Un altro vantaggio, qui visto, è che la variabilità del COF dovuta alle fluttuazioni di temperatura è ridotta. Non è sempre possibile controllare le condizioni ambientali e di temperatura in cui sono installati i cavi. Ma è possibile specificare e utilizzare il lubrificante per cavi. I lubrificanti per cavi garantiscono una maggiore prevedibilità delle prestazioni.