La scienza della lubrificazione dei cavi: Raccomandazioni sullo spessore e la quantità della pellicola
Quanto lubrificante per cavi è necessario per installare il cavo in modo sicuro? La risposta è semplice: la quantità deve essere sufficiente a ricoprire lo spazio tra le due superfici che si sfregano tra loro: il rivestimento del cavo e la parete interna del condotto. Questa semplice risposta nasconde la pratica apparentemente difficile di una lubrificazione adeguata, poiché la maggior parte del cavo è nascosta alla vista, all'interno del condotto. Gli installatori sanno bene che è necessario lubrificare i cavi quando vengono inseriti nei condotti. Ciò di cui sono spesso meno sicuri è a quantità di lubrificante da utilizzare, perché rimane "invisibile" finché il cavo non esce dal condotto.
Quanto lubrificante bisogna usare? (Calcolo della quantità di lubrificante basato sullo spessore della pellicola.)
Il lubrificante funziona meglio quando ricopre completamente le due superfici che si sfregano. La risposta teorica alla domanda sulla quantità si basa sullo spessore della pellicola. Per calcolare una quantità stimata, siamo partiti da uno spessore tipico del rivestimento lubrificante di 10 mil (0,01 in.) o circa 25 mg per cm2. Utilizzando la superficie del condotto è possibile calcolare i requisiti di volume. Il valore viene reso con la formula di raccomandazione della quantità:
Q = K x L x D
Dove:
Q = quantità in galloni (litri)
K = fattore di conversione, 0,0015 (0,0008 metrico)
L = lunghezza del condotto in piedi (metri)
D = ID (diametro interno) del condotto in mm (in.)
La formula quantitativa si basa sulla teoria dello spessore della pellicola. In questo modo si forma uno strato abbondante di lubrificante, simile a uno spesso strato di vernice. Per visualizzare meglio questo rivestimento, il gel lubrificante è stato tinto di blu e steso su un condotto bianco, come mostrato nelle Foto 1 e 2.
Foto 1: Qui il lubrificante viene rivestito con uno spessore controllato di 0,01 in. (0,25 mm). In questo modo si forma uno strato sottile e continuo di lubrificante.
Foto 2: viene applicato lo stesso strato di lubrificante in peso per area. Si noti che lo strato non è perfettamente uniforme. Ricopre comunque l’intera superficie.
L’esperienza dimostra che la teoria si conferma nella pratica. Quando la formula fu sviluppata per la prima volta, le quantità raccomandate erano in linea con la tipica pratica sul campo. Per un tratto di 300 m (1.000 ft) in un condotto da 1.000 mm (4 in.), il consumo tipico di lubrificante è compreso tra 16 e 40 litri (4-10 galloni). L’esperienza continua a supportare queste raccomandazioni quantitative. Queste linee guida sono state molto utili agli utenti finali per decenni. Che si tratti di stimare la quantità di lubrificante da utilizzare per un’estrazione di routine o di acquistarne una quantità maggiore per un lavoro con molte estrazioni, la formula per la quantità di lubrificante è un ottimo punto di partenza.
| Calcolatore della quantità di lubrificante Polywater |
Una maggiore quantità di lubrificante riduce il coefficiente di attrito?
Come varia il coefficiente di attrito in base allo spessore della pellicola lubrificante? È possibile “affamare” il cavo applicando una quantità di lubrificante che non è sufficiente per essere efficace? Se viene utilizzato un eccesso di lubrificante, il cavo deve farsi strada attraverso il lubrificante, con un conseguente aumento di fatto del coefficiente di attrito? Per rispondere a queste domande, è stato misurato il coefficiente di attrito in diverse condizioni:
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- Tipo di lubrificante: sono stati testati sia lubrificanti in gel che a film sottile.
- Quantità di lubrificante: 25%, 100% e 200% della quantità consigliata.
- Anche la forza della parete laterale era variabile.
Durante un test al banco di attrito, la forza sulla parete laterale può essere variata per simulare il comportamento di un cavo leggero e di un cavo pesante che potrebbe applicare una forza elevata di trazione contro la parete del condotto. I lubrificanti sono stati applicati nella quantità raccomandata (100%), nonché in quella doppia (200%) e in quella pari a un quarto della raccomandazione (25%).
I risultati sono mostrati nel grafico 1 qui sotto. L’uso del lubrificante riduce il coefficiente di attrito. Questo effetto è indipendente dalla quantità di lubrificante utilizzata.
GRAFICO 1
La riduzione dell’attrito è in gran parte indipendente dalla quantità di lubrificante. Una riduzione dell’attrito analoga si ottiene utilizzando una quantità minore di lubrificante. Ciò è dovuto al fatto che il lubrificante è stato applicato con cura e in modo uniforme sul cavo di prova. La quantità efficace di lubrificante dipende dalla quantità necessaria per far arrivare il lubrificante in tutti i punti di sfregamento del cavo.
| Contenuti connessi: Misurazione dell’attrito sul banco per la verifica dell’attrito di Polywater |
Nota: I lubrificanti speciali a film sottile o a soffiaggio sono concentrati e riducono l’attrito anche con spessori di pellicola estremamente bassi. Le raccomandazioni sull’uso di tali lubrificanti a film sottile sono molto inferiori alle raccomandazioni standard e sono state seguite in questa prova.
Può succedere che si usi troppo lubrificante?
Al 200% della quantità consigliata, il lubrificante ha continuato a funzionare come previsto. Il lubrificante in eccesso scorre ai lati e davanti all’estremità anteriore del cavo. Non sono stati riscontrati effetti negativi.
Sulla sinistra, Lubrificante in gel al 200%, lil “solco” è visibile, ma non aumenta l’attrito.
A destra, il 200% di lubrificante a film sottile in eccesso si accumula nel condotto.
Le ricerche dimostrano in genere che il fattore di attrito diminuisce in caso di elevata pressione laterale.1 Alcune fonti ipotizzano che ciò sia causato dalle forze necessarie per superare la forza di taglio del lubrificante.2 Questo effetto è minimo e la riduzione dell’attrito è indipendente dalla viscosità del lubrificante. La chimica degli agenti lubrificanti, il rivestimento del cavo e il materiale del condotto svolgono un ruolo più importante nella determinazione del COF.
Qual è il minimo possibile?
Cosa succede se si applicano strati di lubrificante sempre più sottili? Naturalmente, esiste una limitazione fisica a quanto sottile può essere lo strato di lubrificante distribuito. I lubrificanti a film sottile appositamente formulati sono concentrati e possono essere applicati in uno strato sottile, come suggerisce il loro nome. Se tra le due superfici mobili è presente del lubrificante, funziona.
La considerazione più importante è quanto bene il lubrificante verrà “trasportato” e distribuito lungo l’intera lunghezza della trazione. Lunghi tratti di posa, curve multiple, condotti sporchi o pieni d’acqua, elevato riempimento di cavi, ecc. sono fattori che richiedono una maggiore quantità di lubrificante.3 Sebbene vi siano pochi casi, se non nessuno, di eccessiva quantità di lubrificante, vi sono casi in cui non è stato utilizzato abbastanza lubrificante. Ciò può causare un’elevata tensione di posa e causare problemi di sovraccarico delle apparecchiature e danni ai sistemi di cavi. I dati di laboratorio dimostrano che per ridurre l’attrito potrebbe essere sufficiente una quantità di lubrificante molto ridotta. L’esperienza sul campo dimostra che vale la pena impiegare una generosa quantità di lubrificante per cavi, in termini di tempo e fatica.
| Contenuti connessi: Domande frequenti: posa, lubrificazione e tensione dei cavi |
Bagnatura, applicazione e distribuzione del lubrificante
Una caratteristica che identifica un buon lubrificante per cavi è la sua capacità di autodistribuirsi e ricoprire le superfici durante la posa. Una proprietà importante dei lubrificanti per cavi ad alte prestazioni è la capacità di bagnare le superfici. Per comprendere il fenomeno della bagnatura, immaginiamo cosa succede quando versiamo dell’acqua su un’auto appena cerata. Si trasforma in piccole sfere e forma goccioline. Allo stesso modo, l’acqua può formare gocce sulla superficie liscia della guaina di un cavo in polietilene. Può anche essere spinta via dalla superficie del cavo quando viene forzato contro la parete del condotto, soprattutto attorno alle curve. Ad esempio, un lubrificante scadente potrebbe venire spinto via tra il cavo e il condotto. Questa mancanza di bagnatura e persistenza è facilmente identificabile mediante test di attrito. Questo tipo di “lubrificante” non abbassa il COF (coefficiente di attrito).
Un buon lubrificante per cavi (alte prestazioni) scorre e si distribuisce su tutte le superfici dei cavi e dei condotti. Aderisce e rimane attaccato al cavo anche se il percorso comprende numerose curve. Per fare una verifica, un cavo è stato spinto attraverso un condotto con una curvatura di 420 gradi. Dopo averlo posato, è stata osservata la copertura del lubrificante. Questa operazione è stata ripetuta per tre prove. In ogni prova, il lubrificante è stato applicato utilizzando tecniche diverse.
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- Una striscia di lubrificante è stata applicata sulla parte superiore del cavo mentre entrava nel condotto.
- Il lubrificante per cavi è stato distribuito a mano lungo tutto il cavo.
- Il condotto è stato prelubrificato con lubrificante e il cavo non lubrificato è stato tirato attraverso il condotto.
La percentuale di copertura del lubrificante è stata stimata visivamente. È stato aggiunto del colorante fluorescente al lubrificante e la guaina del cavo è stata osservata usando una luce nera. La copertura del lubrificante è stata stimata come mostrato nelle foto sottostanti.
Immagine 1 mostra una copertura di circa il 40%, Immagine 2 mostra una copertura di circa il 75%, Immagine 3 mostra una copertura di circa il 90%.
Questo test dimostra che i lubrificanti per cavi ad alte prestazioni continuano a diffondersi e a ricoprire le superfici mentre il cavo si muove lungo il condotto.
Il primo test è un’applicazione manuale controllata. Il lubrificante viene distribuito su tutta la superficie del cavo e il cavo viene posato lungo 4,6 m (15 ft) di condotto non lubrificato. Il cavo si sposta attraverso il sistema tre volte e viene osservata la copertura di lubrificante sul cavo.
GRAFICO 2
| Contenuti connessi: Una spiegazione “fluida” |
Questo test dimostra che i lubrificanti ad alte prestazioni rimangono ricoperti sulla guaina del cavo anche quando il cavo si muove sulla superficie non lubrificata del condotto. Un po’ di lubrificante si è trasferito sulla superficie del condotto e continua a diffondersi. Ricoprirà il cavo mentre il cavo lo attraversa. Questa azione aumenta l’area di copertura mentre il cavo si muove nel condotto.
Nel secondo test, il lubrificante viene applicato in una sottile striscia sulla parte superiore del cavo. Il cavo viene quindi fatto passare attraverso la bobina del condotto non lubrificata e si osserva la copertura. Il cavo viene spinto attraverso la bobina per altri due passaggi.
GRAFICO 3
Questo test dimostra che i lubrificanti si autodiffondono e ricoprono la superficie del cavo mentre questo si muove lungo il condotto. La percentuale di copertura aumenta dopo ogni passaggio per tutti e tre i tipi.
Nel terzo test, il cavo non viene affatto trattato. Viene posato attraverso la bobina del condotto lubrificata. Mentre il cavo si muove nel condotto, il lubrificante si trasferisce sulla superficie del cavo.
GRAFICO 4
In questo scenario, il lubrificante ad alte prestazioni continua a diffondersi e a ricoprire l’intera superficie del cavo. Dopo tre passaggi, tutti i lubrificanti testati hanno rivestito più della metà della superficie del cavo. La prelubrificazione del condotto è un ottimo modo per garantire una buona copertura di lubrificante.
Polywater FTTx (lubrificante a pellicola sottile) viene utilizzato in quantità molto inferiore. È più persistente sulla superficie rivestita e non si trasferisce bene come i lubrificanti tradizionali. I lubrificanti a film sottile come Polywater FTTx rimangono sulla superficie su cui vengono applicati, in modo che tra il cavo e il condotto si formi uno strato lubrificante completo.
| Scopri i lubrificanti Polywater |
Conclusione
Per una trazione sicura dei cavi, il lubrificante per trazione ad alte prestazioni è fondamentale. Tuttavia, il lubrificante è efficace solo se riesce a raggiungere il punto di sfregamento. Buone tecniche di prelubrificazione e rivestimento aiutano a ridurre il COF e a ottenere tensioni di trazione inferiori e più prevedibili. L’uso di generose quantità di lubrificante aumenta le probabilità di una copertura completa. Un lubrificante ad alte prestazioni che si autodistribuisce e rimane aderente migliora ulteriormente il processo di applicazione.
La ricerca dimostra che l’applicazione accurata di quantità minime di un lubrificante di alta qualità può produrre COF sorprendentemente bassi. Ciò offre potenziali risparmi sui costi riducendo la quantità di lubrificante richiesta. Tuttavia, l’applicazione perfetta in un ambiente di laboratorio e l’applicazione nel mondo reale sul campo sono spesso due cose diverse.
Un eccesso di lubrificante non riduce sensibilmente il COF, ma aiuta a rivestire il cavo e il condotto. In questo modo si garantisce che il lubrificante raggiunga i punti di attrito. Inoltre, il lubrificante è poco costoso, sicuramente più economico di un cavo danneggiato o bloccato. Con una lubrificazione inadeguata, aumenta il rischio di ritardi nell’installazione, maggiori costi di manodopera, guasti alle apparecchiature e/o danni ai cavi. Pertanto, quando si calcolano le quantità di lubrificante, le buone pratiche suggeriscono che è meglio esagerare con la quantità piuttosto che usarne troppo poco.
