El cable metálico está compuesto por tan solo dos alambres metálicos sólidos retorcidos en una hélice que forma un cable compuesto , en un patrón conocido como cable tendido . El cable de acero de mayor diámetro consta de múltiples hebras de dicho cable tendido en un patrón conocido como cable tendido . Fabricados con una máquina industrial conocida como trenzadora, los cables se pasan a través de una serie de cilindros y se hilan hasta alcanzar su orientación compuesta final.
En sentido más estricto, el término cable metálico se refiere a un diámetro superior a 9,5 mm ( 3 ⁄ 8 pulgadas), y los calibres más pequeños se denominan cables o cordones. [1] Inicialmente se utilizaban alambres de hierro forjado , pero hoy en día el acero es el principal material utilizado para los cables metálicos.
Históricamente, los cables metálicos evolucionaron a partir de cadenas de hierro forjado, que tenían un historial de fallas mecánicas. Si bien los defectos en los eslabones de una cadena o en las barras de acero sólidas pueden provocar fallas catastróficas , los defectos en los alambres que componen un cable de acero son menos críticos ya que los otros alambres soportan la carga fácilmente. Si bien la fricción entre los alambres y torones individuales causa desgaste durante la vida útil del cable, también ayuda a compensar fallas menores a corto plazo.
Los cables de acero se desarrollaron a partir de las aplicaciones de elevación en minería en la década de 1830. Los cables metálicos se utilizan dinámicamente para levantar y elevar en grúas y ascensores , y para la transmisión de potencia mecánica . El cable metálico también se utiliza para transmitir fuerza en mecanismos, como un cable Bowden o las superficies de control de un avión conectadas a palancas y pedales en la cabina. Sólo los cables de avión tienen WSC (wire strand core). Además, los cables para aviones están disponibles en diámetros más pequeños que los cables metálicos. Por ejemplo, los cables para aviones están disponibles en 1,2 mm ( 3 ⁄ 64 pulgadas) de diámetro, mientras que la mayoría de los cables metálicos comienzan con 6,4 mm ( 1 ⁄ 4 pulgadas) de diámetro. [2] Los cables estáticos se utilizan para soportar estructuras como puentes colgantes o como tirantes para soportar torres. Un teleférico se basa en un cable metálico para soportar y mover la carga por encima.
El cable metálico moderno fue inventado por el ingeniero de minas alemán Wilhelm Albert entre 1831 y 1834 para su uso en la minería en las montañas de Harz en Clausthal , Baja Sajonia , Alemania . [3] [4] [5] Fue rápidamente aceptado porque demostró una resistencia superior a las cuerdas hechas de cáñamo o a las cadenas de metal , como las que se habían utilizado antes. [6]
Las primeras cuerdas de Wilhelm Albert estaban formadas por tres hilos de cuatro alambres cada uno. En 1840, el escocés Robert Stirling Newall mejoró aún más el proceso. [7] En Estados Unidos, John A. Roebling fabricó cables metálicos a partir de 1841 [8] y formó la base de su éxito en la construcción de puentes colgantes . Roebling introdujo una serie de innovaciones en el diseño, materiales y fabricación de cables metálicos. Siempre atentos a los avances tecnológicos en minería y ferrocarriles, Josiah White y Erskine Hazard , principales propietarios [9] de Lehigh Coal & Navigation Company (LC&N Co.), como lo habían hecho con los primeros altos hornos en Lehigh Valley, construyeron una fábrica de cables metálicos en Jim Thorpe, Pensilvania , [8] [10] en 1848, que proporcionó cables de elevación para el proyecto Ashley Planes , luego los planos de vía trasera del ferrocarril Summit Hill & Mauch Chunk , mejorando su atractivo como principal destino turístico. destino, y mejorando enormemente el rendimiento de la capacidad de carbón ya que el regreso de los automóviles se redujo de casi cuatro horas a menos de 20 minutos.
Las décadas siguientes se caracterizaron por un aumento floreciente de la minería de pozos profundos tanto en Europa como en América del Norte, a medida que los depósitos minerales superficiales se agotaron y los mineros tuvieron que perseguir capas a lo largo de capas inclinadas. Era una época temprana en el desarrollo del ferrocarril y las máquinas de vapor carecían de suficiente esfuerzo de tracción para subir pendientes pronunciadas, por lo que los ferrocarriles de plano inclinado eran comunes. Esto impulsó rápidamente el desarrollo de polipastos de cable en los Estados Unidos a medida que los depósitos superficiales en la región de carbón de antracita al norte y al sur se hundían más cada año, e incluso los ricos depósitos en el valle de Panther Creek requirieron que LC&N Co. perforara sus primeros pozos en pendientes más bajas a partir de Lansford y su ciudad gemela del condado de Schuylkill, Coaldale .
La empresa de ingeniería alemana Adolf Bleichert & Co. se fundó en 1874 y comenzó a construir teleféricos bicables para la minería en el valle del Ruhr . Con importantes patentes y docenas de sistemas de trabajo en Europa, Bleichert dominó la industria global, y luego otorgó licencias de sus diseños y técnicas de fabricación a Trenton Iron Works, Nueva Jersey, EE. UU., que construyó sistemas en todo Estados Unidos. Adolf Bleichert & Co. construyó cientos de teleféricos en todo el mundo: desde Alaska hasta Argentina, pasando por Australia y Spitsbergen. La empresa Bleichert también construyó cientos de tranvías aéreos tanto para el ejército imperial alemán como para la Wehrmacht.
A finales del siglo XIX se utilizaron sistemas de cables metálicos como medio de transmisión de potencia mecánica [11], incluso en los nuevos teleféricos . Los sistemas de cables metálicos cuestan una décima parte más y tienen menores pérdidas por fricción que los ejes lineales . Debido a estas ventajas, se utilizaron sistemas de cables metálicos para transmitir energía a una distancia de unas pocas millas o kilómetros. [12]
Los alambres de acero para cables metálicos se fabrican normalmente de acero al carbono sin alear con un contenido de carbono del 0,4 al 0,95%. La altísima resistencia de los alambres permite que los cables soporten grandes fuerzas de tracción y pasen sobre poleas con diámetros relativamente pequeños.
En los llamados cordones cruzados, los alambres de las diferentes capas se cruzan entre sí. En los cordones tendidos paralelos más utilizados, la longitud de tendido de todas las capas de alambre es igual y los alambres de dos capas superpuestas cualesquiera son paralelos, lo que resulta en un contacto lineal. El alambre de la capa exterior está soportado por dos alambres de la capa interior. Estos alambres son vecinos a lo largo de toda la longitud del hilo. Los cordones paralelos se realizan en una sola operación. La resistencia de los cables con este tipo de torones es siempre mucho mayor que la de aquellos (rara vez utilizados) con torones cruzados. Los cordones tendidos en paralelo con dos capas de alambre tienen la construcción Filler, Seale o Warrington.
En principio, los cables en espiral son torones redondos, ya que tienen un conjunto de capas de alambres colocados helicoidalmente sobre un centro con al menos una capa de alambres colocada en la dirección opuesta a la de la capa exterior. Los cables en espiral se pueden dimensionar de tal manera que no giren, lo que significa que bajo tensión el par del cable es casi nulo. La cuerda en espiral abierta se compone únicamente de alambres redondos. El cable en espiral medio bloqueado y el cable en espiral completamente bloqueado siempre tienen un centro hecho de alambres redondos. Los cables en espiral bloqueados tienen una o más capas exteriores de alambres perfilados. Tienen la ventaja de que su construcción evita en mayor medida la penetración de suciedad y agua y además los protege de la pérdida de lubricante. Además, tienen otra ventaja muy importante: los extremos de un cable exterior roto no pueden salir de la cuerda si tiene las dimensiones adecuadas.
Los cables trenzados son un conjunto de varios cordones dispuestos helicoidalmente en una o más capas alrededor de un núcleo. Este núcleo puede ser de tres tipos. El primero es un núcleo de fibra, formado por material sintético o fibras naturales como el sisal. Las fibras sintéticas son más fuertes y uniformes, pero no pueden absorber mucho lubricante. Las fibras naturales pueden absorber hasta un 15% de su peso en lubricante y, por tanto, protegen los cables internos mucho mejor de la corrosión que las fibras sintéticas. Los núcleos de fibra son los más flexibles y elásticos, pero tienen la desventaja de que se aplastan fácilmente. El segundo tipo, núcleo de hilo de alambre, se compone de un hilo de alambre adicional y normalmente se utiliza para suspensión. El tercer tipo es el núcleo de cable independiente (IWRC), que es el más duradero en todo tipo de entornos. [13] La mayoría de los tipos de cables trenzados solo tienen una capa de hilos sobre el núcleo (núcleo de fibra o núcleo de acero). La dirección de tendido de los hilos en el cable puede ser derecha (símbolo Z) o izquierda (símbolo S) y la dirección de tendido de los cables puede ser derecha (símbolo z) o izquierda (símbolo s). Este tipo de cable se denomina cable de tendido ordinario si la dirección de tendido de los alambres en los cordones exteriores es la dirección opuesta a la del tendido de los propios cordones exteriores. Si tanto los alambres de los cordones exteriores como los propios cordones exteriores tienen la misma dirección de tendido, la cuerda se llama cuerda lang lay (del holandés langslag contrario a kruisslag , [14] anteriormente Albert's lay o langs lay). Tendido regular significa que los cables individuales se enrollaron alrededor de los centros en una dirección y los hilos se enrollaron alrededor del núcleo en la dirección opuesta. [2]
Las cuerdas de varios hilos son todas más o menos resistentes a la rotación y tienen al menos dos capas de hilos dispuestas helicoidalmente alrededor de un centro. La dirección de las hebras exteriores es opuesta a la de las capas de hebras subyacentes. Las cuerdas con tres capas de hilos pueden prácticamente no girar. Los cables con dos capas de hilos suelen tener poca rotación. [15]
Dependiendo de dónde se utilicen, los cables metálicos deben cumplir diferentes requisitos. Los principales usos son:
Para el diseño de accionamientos por cable para grúas, ascensores, teleféricos e instalaciones mineras se aplican normas técnicas. Los factores que se consideran en el diseño incluyen: [17]
El cálculo de los límites de tracción del cable depende de:
Los cables metálicos se ven afectados por fuerzas fluctuantes, por desgaste, por corrosión y, en raras ocasiones, por fuerzas extremas. La vida útil del cable es finita y la seguridad sólo se garantiza mediante la inspección para la detección de roturas de alambre en una longitud de cable de referencia, de pérdida de sección transversal, así como otras fallas para que el cable pueda ser reemplazado antes de que ocurra una situación peligrosa. Las instalaciones deben diseñarse para facilitar la inspección de los cables.
Las instalaciones de elevación para el transporte de pasajeros requieren que se utilice una combinación de varios métodos para evitar que un automóvil caiga. Los ascensores deberán disponer de cables de soporte redundantes y paracaídas. Los teleféricos y elevadores de minas deben estar permanentemente supervisados por un administrador responsable y el cable debe ser inspeccionado mediante un método magnético capaz de detectar roturas de cables internos.
El extremo de un cable metálico tiende a deshilacharse fácilmente y no se puede conectar fácilmente a la planta y al equipo. Hay diferentes formas de asegurar los extremos de los cables metálicos para evitar que se deshilachen. El tipo común y útil de accesorio final para un cable metálico es girar el extremo hacia atrás para formar un bucle. Luego, el extremo suelto se vuelve a fijar al cable metálico. Las eficiencias de terminación varían desde aproximadamente el 70% solo para un ojo flamenco; a casi el 90% para un ojo y empalme flamencos; al 100% para extremos encapsulados y estampados. [ cita necesaria ]
Cuando el cable metálico termina con un bucle, existe el riesgo de que se doble demasiado, especialmente cuando el bucle está conectado a un dispositivo que concentra la carga en un área relativamente pequeña. Se puede instalar un guardacabo dentro del bucle para preservar la forma natural del bucle y proteger el cable contra pellizcos y abrasión en el interior del bucle. El uso de guardacabos en bucles es la mejor práctica de la industria . El guardacabo evita que la carga entre en contacto directo con los cables.
Se utiliza un clip para cable, a veces llamado abrazadera, para fijar el extremo suelto del bucle al cable. Suele constar de un perno en U , una silla forjada y dos tuercas. Las dos capas de cable metálico se colocan en el perno en U. Luego se coloca el sillín en el perno sobre las cuerdas (el sillín incluye dos orificios para encajar en el perno en U). Las tuercas aseguran el arreglo en su lugar. Generalmente se utilizan dos o más clips para terminar un cable metálico dependiendo del diámetro. Es posible que se necesiten hasta ocho para una cuerda de 50,8 mm (2 pulgadas) de diámetro.
El mnemotécnico "nunca ensille un caballo muerto" significa que al instalar clips, la parte de la silla del conjunto se coloca en el lado que soporta la carga o "vivo", no en el lado que no soporta la carga o "muerto" del cable. . Esto es para proteger el extremo vivo o que soporta tensión de la cuerda contra aplastamiento y abuso. El asiento plano del cojinete y las púas extendidas del cuerpo están diseñadas para proteger la cuerda y siempre se colocan contra el extremo vivo. [18]
La Marina de los EE. UU. y la mayoría de los organismos reguladores no recomiendan el uso de dichos clips como terminaciones permanentes a menos que se revisen y aprieten periódicamente.
Se puede utilizar un empalme de ojo para terminar el extremo suelto de un cable metálico al formar un bucle. Los hilos del extremo de un cable metálico se desenrollan una cierta distancia y luego se doblan de modo que el extremo del tramo desenrollado forme un ojo. Los hilos desenvueltos luego se vuelven a trenzar en el cable metálico, formando el bucle o un ojo, llamado empalme de ojo.
Un ojo flamenco, o empalme holandés, implica desenvolver tres hilos (los hilos deben estar uno al lado del otro, no alternos) del cable y mantenerlos a un lado. Los hilos restantes se doblan, hasta que el extremo del cable se encuentra con la "V" donde terminó el desenrollo, para formar el ojo. Los hilos mantenidos a un lado ahora se vuelven a envolver envolviéndolos desde el extremo del cable hasta la "V" del ojo. Estos hilos se vuelven a enrollar efectivamente a lo largo del cable en la dirección opuesta a su tendido original. Cuando este tipo de empalme de cable se usa específicamente en cables metálicos, se le llama "Molly Hogan" y, algunos, ojo "holandés" en lugar de ojo "flamenco". [19]
El estampado es un método de terminación de cables que se refiere a la técnica de instalación. El propósito de estampar accesorios de cable es conectar dos extremos del cable entre sí o, de otro modo, terminar un extremo del cable con otra cosa. Se utiliza una prensa mecánica o hidráulica para comprimir y deformar el accesorio, creando una conexión permanente. Los pernos roscados, los casquillos, los casquillos y los manguitos son ejemplos de diferentes terminaciones estampadas. [20] [21] No se recomienda estampar cables con núcleo de fibra.
Una terminación de casquillo de cuña es útil cuando es necesario reemplazar el accesorio con frecuencia. Por ejemplo, si el extremo de un cable metálico se encuentra en una región de alto desgaste, el cable puede recortarse periódicamente, lo que requiere retirar y volver a colocar los accesorios de terminación. Un ejemplo de esto está en los extremos de las cuerdas de arrastre de una draga . El bucle final del cable entra por una abertura cónica en el casquillo, enrollado alrededor de un componente separado llamado cuña. El dispositivo se coloca en su lugar y la carga se desliza gradualmente sobre la cuerda. A medida que aumenta la carga sobre el cable, la cuña se vuelve más segura y sujeta el cable con más fuerza.
Los casquillos vertidos se utilizan para realizar una terminación permanente de alta resistencia; se crean insertando el cable metálico en el extremo estrecho de una cavidad cónica que está orientada en línea con la dirección de tensión prevista. Los cables individuales se extienden dentro del cono o 'capel', y luego el cono se llena con soldadura de plomo, antimonio y estaño fundido (Pb 80 Sb 15 Sn 5 ) o 'recubrimiento de metal blanco', [22] zinc [ cita necesaria ] , o ahora más comúnmente, un compuesto de resina de poliéster insaturado . [23] [24]