L’importanza della direzione di posa nell’installazione dei cavi e il ruolo delle curve
Diversi fattori determinano la tensione di posa del cavo. Questi fattori incidono sulla fattibilità dell'installazione del cavo. Un fattore che viene spesso trascurato è l'effetto della direzione della posa. Con gli strumenti giusti e un approccio di pianificazione adeguato, è possibile stimare con precisione le sollecitazioni a cui è sottoposto il cavo durante la posa. Si possono quindi adottare misure per evitare di danneggiare questa risorsa.
Fattori che influenzano la tensione del cavo
Prima di installare il cavo nel condotto, è necessario considerare molti fattori nel processo di pianificazione per evitare approcci che potrebbero danneggiare il cavo o rendere impossibile la posa. Il tipo di cavo, il materiale del rivestimento e il peso; il materiale del condotto e la sua tecnica di posizionamento; il tipo di fune o cavo di trasporto; la posizione e il tipo di supporto della bobina; l’attrezzatura di prova del condotto; il modello e la capacità di forza dell’argano; nonché la scelta del lubrificante e il metodo di applicazione influiscono tutti sulla fattibilità di un’installazione di cavi. Ma quando arriva il momento di eseguire la posa, come si gestiscono tutti questi elementi per garantire un’installazione del cavo sicura ed efficiente? Pianificare è sempre la soluzione migliore.
Topografia del sito e instradamento dei cavi
La topografia del sito e le infrastrutture preesistenti influenzano il percorso che seguiranno il condotto e il cavo. Gli ingegneri progettisti devono sviluppare un percorso che eviti ostacoli sotterranei e superficiali, ma che consenta l’installazione del cavo senza superare i limiti di tensione e di pressione laterale stabiliti dal produttore del cavo. Nella progettazione c’è una certa flessibilità nel definire il percorso del cavo, ma il resto è per lo più dettato dalle caratteristiche del sito.
Le curve e altri dislivelli hanno un impatto significativo sulle forze esercitate su un cavo mentre viene posato attraverso il condotto. Intuitivamente sappiamo che, con l’aiuto della gravità, posare un cavo in discesa lungo un pendio è generalmente più facile che posarlo in verticale, quindi alcuni potrebbero supporre che iniziare a posare dall’estremità più alta del condotto richieda sempre la minima forza del verricello. Tuttavia, per determinare la direzione di posa ottimale, è necessario analizzare la posizione e l’ampiezza delle curve presenti nel progetto complessivo del condotto. La forza necessaria per percorrere queste curve può essere in realtà ridotta al minimo se si parte dall’estremità inferiore del condotto e si procede in salita. Per comprendere gli effetti delle curve nelle analisi della tensione di posa e della pressione della parete laterale, è necessario avere una conoscenza di base delle equazioni matematiche utilizzate per valutare queste forze.
| Contenuti connessi: Misurazione dell’attrito sul banco per la verifica dell’attrito di Polywater |
Comprensione delle equazioni della tensione di posa
Nelle equazioni della tensione di posa, il coefficiente di attrito, che è una costante adimensionale (µ), determina la quantità di attrito generata sul cavo durante la sua installazione nel condotto. Agisce come moltiplicatore del peso e aggiunge tensione alle sezioni di condotto dritte e inclinate. Nelle curve, il coefficiente di attrito fa parte del moltiplicatore della tensione attraverso il “cosh” (coseno iperbolico). In quella forma dell’equazione, si trova nell’esponente del logaritmo naturale (e).
Ciò significa che le curve aumentano esponenzialmente la tensione esercitata sul cavo mentre questo si sposta. Se le curve non sono simmetriche nella disposizione del condotto, è preferibile prima tirare attraverso le curve per ridurre al minimo la quantità di tensione che entra in esse.
Semplificare l’analisi con Pull-Planner
Eseguire a mano i calcoli della tensione o usare un foglio di calcolo può rivelarsi scoraggiante: esiste però uno strumento gratuito che può semplificare l’analisi per gli ingegneri che progettano il sistema e per gli operai che lo installano: Pull-Planner™ di Polywater. Il software di stima della tensione dei cavi Pull-Planner utilizza equazioni di forza consolidate nel settore per risolvere automaticamente i complessi calcoli matematici per il progettista. Ma fa molto di più: una volta inseriti nel software i dati del cavo e del percorso, il programma calcola la tensione e la pressione della parete laterale per ogni segmento del cavo, per fornire una panoramica di ciò che accade al cavo in ogni sezione dell’installazione. Inoltre, il programma consente di ipotizzare eventuali scenari. L’utente può invertire la direzione della posa con un clic del mouse per visualizzare immediatamente l’analisi della tensione e della pressione della parete laterale nella direzione opposta.
Esempi concreti
Vediamo due esempi dimostrativi…
Questo grafico mostra la disposizione di un tipico percorso di cavi elettrici tra pali della luce. Si noti che c’è un segmento verticale di 5 ft (1,5 m) a entrambe le estremità del condotto e un gruppo di curve vicino al punto B. Entrambe le componenti verticali sono uguali in lunghezza e orientamento e quindi si annulleranno a vicenda nelle equazioni di tensione. Se non sono presenti ostacoli alle estremità del condotto per il posizionamento dell’avvolgicavo, l’installatore può teoricamente scegliere il punto da cui iniziare la posa. Tuttavia, se la direzione di posa non viene verificata rispetto alla tensione massima consentita del cavo e alla pressione della parete laterale o rispetto alla capacità nominale del verricello, la sollecitazione esercitata su entrambi sarà molto più elevata in una direzione rispetto all’altra. Vediamo cosa calcola il Pull-Planner come tensione finale per ciascuna direzione di posa.
| Contenuti connessi: Coefficiente di attrito nella posa dei cavi — Parte 1 |
Posa da A a B
Nell’esempio sopra, abbiamo mappato il percorso del cavo attraverso ogni segmento della disposizione del condotto, dal punto A al punto B. Il programma calcola la tensione finale sul cavo a 4.088 lb (8,38 kN) con una pressione massima sulla parete laterale di 1.940 lb/ft (13,26 kN/m).
Posa da B ad A
Invertendo la direzione di posa nel software, Pull-Planner mostra che è possibile ottenere una tensione finale inferiore. Qui, la tensione finale esercitata sul cavo nel segmento 5 è di 3.225 lb (6,62 kN) con una pressione massima sulla parete laterale di 1.522 lb/ft (10,42 kN/m), ovvero una riduzione di circa il 21% della tensione e della pressione sulla parete laterale.
Questi esempi illustrano l’impatto significativo delle curve sulla tensione di posa complessiva. Ma cosa succede quando ci sono dei dislivelli tra il punto di partenza e quello di arrivo di una posa dei cavi? L’impatto di una pendenza (o della gravità) annulla l’influenza delle curve nella posa del cavo? Facciamo un altro esempio.
| Video: Software di pianificazione dell’installazione dei cavi Polywater Pull-Planner |
Direzione di posa con cambio di quota e curve
Nella grafica qui sopra, vediamo che un’estremità del condotto si trova nella parte superiore di una pendenza di 10° (Punto A) e ci sono diverse curve raggruppate all’estremità inferiore del percorso del condotto (Punto B). Potrebbe essere allettante posizionare il mulinello nel punto A e l’argano nel punto B per iniziare la posa in discesa. Tuttavia, le prime due curve sono significative (90°) e sono seguite da altre due curve a 45° prima che l’argano debba lavorare contro la gravità. Per determinare la direzione di posa migliore, è necessario verificare la tensione in entrambe le direzioni.
Ricordiamo dalle equazioni della sezione rettilinea orizzontale e della sezione curva orizzontale fornite in precedenza che il coefficiente di attrito agisce aumentando esponenzialmente le tensioni all’entrata nelle curve. Come si presentano le equazioni per i tratti rettilinei in pendenza? Il coefficiente di attrito è ancora un moltiplicatore, ma è influenzato dall’angolo di pendenza e dalla direzione gravitazionale di posa del cavo.
Di seguito è possibile vedere la mappatura della posa nel software Pull-Planner, in cui tutte le sezioni dritte e le curve sono chiaramente definite (lunghezze e pendenze delle sezioni dritte), nonché i tipi di curvatura, gli angoli, i raggi e le lunghezze. La direzione di posa è dal punto A al punto B.
Posa inclinata: dal punto A al Punto B
La tensione finale calcolata è di 8.249 libbre (36,81 kN).
Ora, cosa succede ai valori di tensione se la posa viene invertita in modo che il cavo venga posato prima attraverso le curve? Le tensioni diminuiscono notevolmente.
Ottimizzazione della direzione di posa del cavo
Si noti che la tensione finale durante la posa in salita da B ad A si è ridotta a 4.834 libbre (21,58 kN), quasi la metà della tensione della direzione di posa calcolata in origine. Questa analisi rivela che, in questo scenario, l’avvio della posa partendo dalle curve determina una riduzione significativa e, forse, non ovvia della tensione complessiva.
| Contenuti connessi: I dati di Polywater® aiutano a prevedere il coefficiente di attrito nella posa dei cavi |
Migliorare l’efficienza grazie ai dettagli della tensione
Pull-Planner semplifica il processo di analisi e pianificazione del sito per gli ingegneri. Ciò consente loro di valutare la direzione di posa ottimale in base alla tensione stimata e offre un vantaggio inestimabile alle squadre di installazione. Conoscendo il posizionamento richiesto della bobina e la tensione iniziale del carico, gli installatori possono scegliere un verricello e un supporto per bobina adatti allo scopo. Inoltre, se per far girare la bobina fosse necessario lavoro manuale a causa dell’assenza di un’opzione motorizzata, il project manager può pianificare in modo proattivo un numero adeguato di lavoratori in loco, garantendo un’esecuzione fluida ed efficiente del piano di installazione. Questa lungimiranza non solo migliora il processo di pianificazione, ma riduce anche al minimo i ritardi, ottimizzando al contempo la manodopera in cantiere.
Sentirsi sicuri nell’installazione dei cavi
Determinare la direzione di posa migliore per qualsiasi installazione di cavi non è sempre semplice. Gli ostacoli alle due estremità del tracciato del condotto possono condizionare la direzione di posa e l’attrezzatura necessaria per il lavoro. Le installazioni devono essere analizzate in entrambe le direzioni per garantire che curve o pendenze non aumentino la tensione di posa oltre i limiti stabiliti del cavo o dell’argano. Utilizzando lo strumento di pianificazione Polywater Pull-Planner, ingegneri e operatori incaricati hanno la certezza che tutti i materiali di lavoro e le tecniche di installazione vengano valutati e verificati per ottimizzare l’installazione dei cavi, inclusa la direzione di posa ottimale.