Misurazione dell’attrito di trazione del cavo con il test della bobina

In questo articolo i lettori vengono guidati attraverso il collaudato test della bobina di Polywater, che utilizza una ruota dal diametro di 3 piedi (1 metro) per calcolare il coefficiente di attrito (COF) in molteplici scenari. In che modo questa grande ruota blu aiuta noi produttori di lubrificanti? Il test della bobina si è dimostrato un metodo versatile per testare l’effetto del riempimento del cavo sulla tensione di trazione del cavo ed è particolarmente utile nell’analisi degli scenari di installazione dei cavi in fibra ottica.

Inoltre, questo metodo di prova ci consente di valutare un’ampia gamma di tipologie di guaine e condotti per cavi. È stato determinante per la nostra recente aggiunta di cavi e guaine per telecomunicazioni al nostro database, una risorsa di settore per misurare il coefficiente di attrito per la pianificazione di installazioni di cavi, indipendentemente dalla scala. E, naturalmente, il test fa parte della nostra strategia per garantire che i lubrificanti da noi sviluppati vengano sottoposti a test approfonditi prima di essere immessi sul mercato. Polywater® utilizza questo test della bobina da oltre 35 anni, pertanto esso ha svolto un ruolo nei test della maggior parte dei nostri lubrificanti.

Le misurazioni della tensione ottenute con questo test integrano il lavoro svolto sul banco per l’attrito di Polywater. Il banco per l’attrito agisce su una lunghezza piana del condotto interno con una forza normale misurata. Il test della bobina misura la tensione mentre il cavo si muove attraverso curve e pieghe. Nel complesso, i test forniscono preziosi contributi al corpus di conoscenze di Polywater in materia di lubrificazione.

Il test della bobina funziona estremamente bene con cavi leggeri e condotti continui. È il test ideale per i cavi in fibra ottica. Gli avvolgimenti del test aumentano la tensione e producono dati validi in uno spazio relativamente compatto. Questo tipo di test è raccomandato da Telcordia, IEC e dalla maggior parte dei produttori di cavi.

Come funziona il test della bobina

Con questo metodo, il condotto viene avvolto di 420° attorno a una ruota dal diametro di 3 ft (1 m). Un peso (T_in), in genere 25 lb (11,3 kg), è sospeso a una carrucola a 15 ft (4,6 m) sopra il piano di trazione con un angolo di 60°. Il cavo viene poi tirato da un argano che funziona a una velocità costante di 65 ft (20 m) al minuto. Una cella di carico fissata alla fune dell’argano misura la tensione di trazione (T_out) ogni mezzo secondo.

I dati risultanti vengono inseriti direttamente in un foglio di calcolo che calcola la media della tensione di trazione e il coefficiente di attrito. Si noti che quando vengono effettuate queste letture il cavo viene tirato (in movimento), il che rappresenta un coefficiente di attrito “dinamico”. Per calcolare questo coefficiente di attrito dinamico si utilizza la seguente formula:

Dove:

μ è il coefficiente cinetico di attrito, COF (adimensionale)
T_in  è la tensione in ingresso (forza)
T_out  è la tensione di trazione misurata (forza)
Θ  è l’angolo totale del condotto attorno alla curva o 7,33 radianti

I valori effettivi del coefficiente di attrito ottenuti sul campo potrebbero essere più elevati. Numerosi fattori influiscono sulla tensione di trazione, ad esempio la tecnica di applicazione del lubrificante, la temperatura, la rigidità del cavo, la percentuale di riempimento del condotto e gli eventuali contaminanti.

Risultati generali

L’analisi e la presentazione di tutti i dati e delle conclusioni raccolte da questo metodo di prova esulano dallo scopo del presente documento. Tuttavia, i risultati generalizzati sono riassunti di seguito.

Tensione in ingresso

Questa progettazione del test non consente la variazione diretta della forza normale (laterale). La tensione in ingresso (T_In), invece, può essere variata utilizzando diversi pesi di tensione posteriore. Ciò, a sua volta, produce una tensione di trazione variabile (T_out). La forza sulla parete laterale è il rapporto tra la tensione di trazione e il raggio utilizzando la seguente equazione (un cavo):

La forza sulla parete laterale  è

Dove:

T_out  è la tensione di trazione misurata (forza)
R è il raggio della curvatura

Utilizzando una tensione in ingresso più bassa o più alta, si riduce o si aumenta anche la forza esercitata sulla parete laterale.

Il grafico 1 sottostante mostra una serie di risultati di un singolo gruppo di test. In questo test, il lubrificante per cavi Polywater® FTTx è stato utilizzato per lubrificare un cavo in fibra di polietilene ignifugo e un cavo in fibra MDPE attraverso un condotto interno continuo in HDPE a parete liscia. Le tensioni sono state misurate con tensione in ingresso variabile. Il coefficiente di attrito è stato calcolato dalla tensione di trazione misurata.

Per questo test, il coefficiente di attrito è leggermente inferiore sotto una maggiore forza sulla parete laterale. Si tratta di un risultato usuale basato su numerose iterazioni di questo test dell’attrito.  Il grafico seguente mostra più in dettaglio i dati e il calcolo della parete laterale dal set di dati del Grafico 1.

Come accennato, il COF è inferiore quando le forze laterali sono maggiori. In alcuni test, l’effetto è meno evidente. Questo test viene spesso eseguito con una tensione in ingresso variabile, ma i risultati COF con tensioni in ingresso inferiori producono una deviazione standard più elevata. In genere, i risultati vengono riportati in base alla tensione in ingresso di 25 lb_f (11,3 kg_f).

Effetti della guaina del cavo

Il grafico 2 riportato di seguito mostra i coefficienti di attrito medi per vari cavi tirati attraverso un condotto in polietilene a parete liscia, utilizzando sia cavi lubrificati che non lubrificati. Questi dati dimostrano che il COF dipende dai materiali di superficie. I lubrificanti ad alte prestazioni sono efficaci su un’ampia gamma di materiali. Per questi dati, i valori COF lubrificati rientrano in un intervallo ristretto, compreso tra 0,09 e 0,11, mentre i valori non lubrificati rientrano in un intervallo molto più ampio, compreso tra 0,22 e 0,35. Il COF più basso durante la lubrificazione del condotto consente di ottenere tensioni di trazione più basse, consentendo così percorsi più lunghi con meno giunzioni.  

Effetti del condotto

Il grafico 3 misura il COF sia nell’HDPE liscio che in quello ondulato. In questo test, i diversi tipi di condotto hanno un impatto minimo sul COF. Il fattore più importante per abbassare il COF è l’uso del lubrificante. Polywater CGL è un lubrificante in gel più denso e, in questo test, è risultato meno efficace nei condotti corrugati. Polywater FTTx è un lubrificante a film sottile ad alte prestazioni che riduce in modo eccellente l’attrito sia nei condotti lisci che in quelli corrugati.

Effetti del lubrificante

Di seguito, il grafico 4 mostra i coefficienti di attrito medi per il rivestimento in MDPE in una condotta in polietilene a parete liscia con diversi lubrificanti di trazione. Tutti i lubrificanti riducono l’attrito e presentano grandi differenze nel coefficiente di attrito rispetto al controllo non lubrificato. Tutti questi lubrificanti sono efficaci nel ridurre l’attrito. Sebbene le prestazioni del lubrificante dipendano dalla combinazione dei materiali, i lubrificanti ad alte prestazioni sono generalmente efficaci su un’ampia gamma di stili di rivestimento. La scelta del lubrificante dovrà tenere conto della progettazione del percorso di rotolamento e delle considerazioni applicative. I diversi lubrificanti testati comprendono tipologie diverse: gel versabili e filanti, gel densi e liquidi spruzzabili a film sottile.

Condotti prelubrificati

I lubrificanti Polywater sono compatibili con i condotti prelubrificati. Il grafico 5 confronta i condotti standard e quelli prelubrificati. Mentre i condotti prelubrificati producono valori COF inferiori, i lubrificanti Polywater come Prelube 2000™ sono estremamente efficaci nel ridurre l’attrito. In questo caso, Prelube 2000 “mette d’accordo tutti”. Con Prelube 2000, sia il condotto standard che quello prelubrificato producono lo stesso COF.

Riepilogo

Il nostro collaudato test della bobina funziona bene con i cavi leggeri e ha dimostrato di essere un metodo versatile per misurare l’effetto del riempimento del cavo sulla tensione di trazione del cavo. È particolarmente utile nell’analisi degli scenari di installazione dei cavi in fibra ottica, supportando al contempo lo sviluppo della famiglia di lubrificanti per le comunicazioni di Polywater. I dati di attrito risultanti da questo test possono essere utilizzati per pianificare e ottimizzare l’installazione dei cavi nei condotti.

Bibliografia

International Electrotechnical Commission, “IEC/TR62470 Technical Report, Guidance on Techniques for the Measurement of the Coefficient of Friction (COF) between Cables and Ducts” Edition 1.0, Geneva Switzerland, October 2011.

Telcordia “Generic Requirements for Optical Cable Innerduct, Associated Conduit, and Accessories” Issue 2, Piscataway, NJ, June 2009

The Effects of Conduit Fill on Premises Cabling

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