Ottimizzazione dell’installazione dei cavi: L’importanza del COF e dei test sui materiali
Per stimare la tensione di tiraggio del cavo, il coefficiente di attrito (COF) è un dato essenziale. Il materiale della guaina del cavo e della superficie del condotto dono determinanti per il COF. I lubrificanti per cavi ad alte prestazioni misurano e riducono efficacemente il COF. Una corretta lubrificazione dei cavi riduce i rischi. Disporre di un COF accurato consente di agire con maggiore sicurezza durante le fasi di progettazione e pianificazione.
La composizione del materiale e il lubrificante del cavo influenzano il COF. A causa della grande varietà di miscele di guaine per cavi e delle diverse scelte di condotti, l’identificazione di un “buon” COF è variabile. Polywater® testa e compila dati COF da decenni. Ecco alcune delle cose che abbiamo imparato.
Riconoscere il ruolo del materiale della guaina nella progettazione dei cavi
Nella scelta del materiale di rivestimento del cavo bisogna tenere conto di diverse considerazioni, ma la funzione più importante è la protezione. La guaina del cavo è lo strato esterno del cavo che funge da barriera contro l’ingresso di umidità e sostanze chimiche. Protegge il cavo dall’usura meccanica. Può aggiungere resistenza o fornire flessibilità. Il materiale del rivestimento potrebbe dover resistere ad ambienti estremi: alte (o basse) temperature, corrosione ed esposizione al fuoco. In alcuni casi sono importanti anche le proprietà elettriche.
Tabella 1: Proprietà di base dei materiali comuni per il rivestimento dei cavi
I materiali polimerici di rivestimento dei cavi devono rimanere funzionali per una durata di utilizzo di 50 o più anni. Le miscele per le guaine dei cavi non sono materiali generici. Strutture polimeriche specifiche e miscele di additivi vengono combinate per produrre prestazioni durature. Esistono numerose formulazioni di materiale per la guaina dei cavi, a seconda dell’uso previsto e delle specifiche caratteristiche prestazionali.
Il valore COF non è un fattore di progettazione chiave nella progettazione della guaina del cavo. Per alcuni cavi a bassa o media tensione, gli additivi vengono combinati con il polimero o rivestiti sulla superficie del cavo per ridurre l’attrito. In questi casi, è importante che il cavo non scivoli sulla bobina e possa essere maneggiato in sicurezza. L’uso di lubrificanti non può interferire con la resistenza della guaina del cavo. Anche quando le guaine dei cavi includono additivi scivolosi, i lubrificanti ad alte prestazioni riducono ulteriormente il COF.
| Contenuti connessi: Misurazione dell’attrito sul banco per la verifica dell’attrito di Polywater |
Comprensione delle differenze nel COF nei materiali di rivestimento dei cavi
I materiali utilizzati nella guaina e nel condotto del cavo determinano il COF. I test Polywater dimostrano l’importanza dei lubrificanti per cavi ad alte prestazioni. I dati raccolti in anni di test mostrano le proprietà tipiche di diverse combinazioni di materiali e lubrificanti. Nei due grafici successivi è illustrata una parte di questi dati.
I materiali per la guaina dei cavi che sono stati testati includono:
• CPE (polietilene clorurato)
• CSPE (polietilene clorosolfonato)
• HDPE (polietilene ad alta densità)
• LLDPE (polietilene lineare a bassa densità)
• Polipropilene
• PVC (cloruro di polivinile)
• XLPE (polietilene reticolato)
Materiali più duri come HDPE e polipropilene hanno naturalmente valori COF inferiori rispetto ad altri materiali di rivestimento dei cavi. CPE e CSPE tendono ad essere polimeri “più morbidi” e con un attrito più elevato. Il PVC dipende dal pacchetto di additivi e ha una gamma più ampia di valori COF. Non esistono due guaine per cavi che offrano le stesse prestazioni. In tutti i casi, i lubrificanti riducono drasticamente il COF e “spianano il campo di gioco”.
Il grafico 1 mostra il COF di vari materiali di rivestimento su condotti in PVC. Il COF dei cavi non lubrificati varia da 0,35 a 0,73, con una differenza di 0,38 dal valore più basso a quello più alto. I valori COF lubrificati variano da 0,06 a 0,16 con una differenza di 0,10. La lubrificazione riduce e minimizza la variazione del COF.
Grafico 1
Il grafico 2 mostra il COF di vari materiali di rivestimento su condotte in acciaio rigido. Il COF dei cavi non lubrificati varia da 0,42 a 0,73 con una differenza di 0,31 tra il più basso e il l più alto. I valori COF lubrificati vanno da 0,09 a 0,29 con una differenza di COF di 0,20 tra il più basso e il più alto. L’acciaio rigido mostra una maggiore variabilità nelle prestazioni del COF. Questo grafico mostra i valori medi. I test di laboratorio hanno prodotto una varianza maggiore, con risultati che dipendono dal trattamento superficiale dell’acciaio e dalla levigatezza della fusione. In media, i lubrificanti ad alte prestazioni riducono il COF del 70% sui diversi acciai rigidi testati.
Grafico 2
Polywater ha testato molte più combinazioni di cavi e condotti rispetto a quelle mostrate nei grafici 1 e 2. Oltre ai condotti in PVC e acciaio rigido, sono stati testati anche HDPE, fibra di vetro, tubi metallici elettrici (EMT) e materiali in alluminio. Questi includono diversi produttori e, in alcuni casi, texture o trattamenti speciali. Altri rivestimenti dei cavi testati includono polietilene a media densità (MDPE), nylon (THHN), gomma termoplastica e naturale, polietilene reticolato (XLPE) e piombo.
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Per sviluppare buoni lubrificanti per cavi è fondamentale misurare il COF su diverse superfici e capire che tipo di prestazioni aspettarsi. I lubrificanti ad alte prestazioni svolgono un ottimo lavoro nel ridurre il COF e agiscono da equalizzatori. Indipendentemente dal tipo di rivestimento del cavo scelto, un lubrificante ad alte prestazioni riduce efficacemente il COF durante l’installazione.
Variazioni del COF nei tipi di materiali: Il caso delle guaine dei cavi in PVC
I grafici precedenti mostrano i valori COF medi per ciascun tipo di materiale. Diverse miscele polimeriche mostrano un’elevata variabilità all’interno di quel tipo di materiale. Un buon esempio di questa variabilità è il PVC. Il PVC può essere composto in forme sia flessibili che rigide, il che si traduce in una grande varietà di formulazioni diverse. Di recente, Polywater ha ricevuto tre cavi di alimentazione 1/C 750 KCMIL con guaina in PVC da sottoporre a test sul banco per la verifica dell’attrito, ciascun prodotto da una diversa azienda produttrice di cavi. Le miscele delle guaine dei cavi sono uniche per ogni tipo di cavo. I campioni dei cavi stessi hanno un aspetto diverso. Si notino le differenze nella lucentezza e nella consistenza della superficie nella Foto 1.
Foto 1
I cavi sono stati testati con due diversi lubrificanti ad alte prestazioni. I risultati nel grafico 3 mostrano che tutte le guaine in PVC hanno valori COF non lubrificati diversi. Anche l’effetto dei diversi lubrificanti varia. Il PVC con il valore COF non lubrificato più basso mostra il valore lubrificato più alto.
Grafico 3
I test sul COF migliorano la pianificazione dell’installazione e riducono i rischi
Il COF è unico per i materiali testati. I lubrificanti per cavi ad alte prestazioni in combinazione con la formulazione della guaina del cavo e il tipo di condotto produrranno un valore unico. Il COF può variare a seconda del tipo di materiale, a seconda della formulazione specifica. Per impianti importanti, vale la pena far testare il COF prima dell’installazione. Capire che tipo di COF aspettarsi può aumentare la prevedibilità. Una migliore previsione della tensione dei cavi riduce i rischi.
