¿Cuáles son los últimos avances en la investigación de cables de acero?

La investigación sobre cables y cables de fibra es intensa. Informes de D.Ann Shiffler.

Durante la última década, un puñado de fabricantes de equipos originales de grúas se ha asociado con fabricantes de cables sintéticos y de alambre para investigar la idea de reemplazar los cables de acero pesados con cables de fibra más livianos. La idea es reducir el peso sin ceder fuerza.

El director comercial de cables de acero de Python, Sven Balbiani, dijo que la mayoría de los OEM de grúas están satisfechos con los productos de cables de acero disponibles actualmente.

Varios OEM de grúas han investigado la idea de reemplazar el cable de acero con cable de fibra. Es un esfuerzo complicado con muchas variables a considerar. Foto © Robert Dimmitt Fotografía

“No vemos demasiado interés en este tema entre nuestros OEM”, dijo Balbiani. “Hay un fabricante de grúas puente que ha creado una línea completa de productos que pueden equiparse con cable de fibra o cable de acero”.

La mayoría todavía opta por el cable de acero.

¿Cuáles son los beneficios de las cuerdas sintéticas?

WireCo también ha trabajado con los fabricantes de equipos originales para explorar oportunidades para que los cables sintéticos sirvan como soluciones alternativas a los cables de acero.

“El propósito principal al hacerlo es reducir el peso sin comprometer la fuerza, una preocupación cada vez mayor a medida que los levantamientos se vuelven más altos, más pesados y más complejos”, dijo Andreas Schmeiss, vicepresidente de WireCo. “Los cables sintéticos también tienden a ser más fáciles de manejar e instalar, lo que reduce la fatiga y la posibilidad de lesiones para quienes realizan instalaciones, inspecciones y cambios. Y, sin necesidad de lubricación, los cables de fibra ofrecen beneficios ambientales”.

Pero a pesar de todas sus ventajas, la fibra plantea algunos desafíos importantes.

“En el entorno industrial, en el que los cables se encuentran con frecuencia con bordes afilados y superficies abrasivas, el acero es generalmente impermeable, mientras que las fibras son susceptibles de deshilacharse”, dijo. “Las fibras también son sensibles a la radiación ultravioleta y al calor excesivo. Las altas temperaturas pueden causar una condición conocida como ‘deslizamiento’, en la que una cuerda se vuelve flexible y se estira hasta un punto más allá de su forma original”.

La radiación ultravioleta puede degradar los filamentos de la cuerda, lo que requiere que se apliquen recubrimientos especiales para evitar fallas, dijo.

“Los criterios de retiro también son más difíciles de determinar con cuerdas sintéticas, donde los métodos de prueba no destructivos usados para juzgar la condición de una cuerda de acero no son adecuados”, dijo. “Los cables sintéticos tienden a ser más caros que los cables de acero. Para la misma aplicación, el costo de la fibra puede exceder al del acero hasta tres o cuatro veces”.

Con productos de acero y sintéticos, WireCo tiene soluciones para un uso final determinado, independientemente del material, dijo Schmeiss.

“El cable de fibra ayuda a reducir enormemente el diámetro del cable requerido”, dijo Balbiani. “En algunos casos, el acero es el claro ganador. En otros casos, fibra. Los recubrimientos avanzados podrían algún día inclinar la balanza a favor de los sintéticos, pero, por ahora, sería difícil imaginar que el cable de fibra desplazaría por completo al acero en el corto plazo”.

La fibra se presta bien a aplicaciones estáticas, particularmente en el entorno marítimo.

“Estos incluyen aplicaciones en las que las cuerdas no se enrollan y desenrollan continuamente sobre los tambores”, dijo Schmeiss. “WireCo, a través de Lankhorst Ropes, tiene un largo historial de empleo de cables sintéticos para amarrar barcos, plataformas de energía en alta mar y, más recientemente, turbinas eólicas flotantes. Estos cabos se transportan e instalan en el mar, lo que hace que los sintéticos de peso reducido, alta resistencia, facilidad de manejo y resistencia a la corrosión sean la opción preferida sobre el acero”.

WireCo presentó recientemente la serie Union Gladiator de colgantes de pluma, una cuerda a base de fibra para palas mineras.

“A diferencia del acero que se usa en los colgantes convencionales, las fibras sintéticas de aramida de Gladiator actúan como un amortiguador durante las operaciones de excavación, lo que reduce las tensiones relacionadas con la fatiga tanto para el equipo de pala como para quienes lo operan”, dijo Schmeiss. “Esto, a su vez, podría extender la vida útil de las palas y dragalinas hasta tres o cuatro veces más que la vida útil que normalmente se experimenta cuando se utilizan tecnologías de acero tradicionales”.

La fibra también tiene potencial para un uso más amplio en aplicaciones dinámicas. Las eslingas sintéticas tienen buena aceptación en el sector de la elevación.

Carga de rotura y peso

Sin embargo, las grúas móviles presentan un desafío especial, ya que los cables deben lograr un equilibrio óptimo entre la carga de rotura y el peso.

Balbiani citó tres empresas que ofrecen un cable de fibra en sus grúas/montacargas. Una grúa que usa cable de fibra es una excepción, no la regla, dijo.

Schmeiss dijo que tanto las cargas limitadas por eje de las grúas vehiculares aprobadas para carreteras como las limitaciones de peso de las grúas sobre orugas requieren que los cables proporcionen una carga de rotura en constante aumento con un diámetro constante. Para cumplir con estos requisitos, las alternativas sintéticas deben emplear fibras especiales con resistencias a la tracción similares a las del acero, dijo.

LankoLift S de Lankhorst Ropes hace esto, dijo Schmeiss. La cuerda amarilla consta de 12 hebras exteriores trenzadas hechas de Dyneema de alta tecnología y proporciona una resistencia a la rotura igual a la de una cuerda de acero del mismo grosor. El núcleo de LankoLift está diseñado para resistir presiones transversales, y las pruebas de laboratorio que involucran ciclos de flexión inversa han arrojado resultados prometedores. La cuerda también cuenta con un revestimiento de fibra especial que reduce la fricción interior y aumenta la resistencia a los rayos ultravioleta.

“Los participantes de la prueba de la grúa LankoLift han quedado constantemente impresionados con el bajo peso, la flexibilidad y la facilidad de manejo del producto durante la instalación y los cambios de bloque de gancho”, dijo Schmeiss. “El cable ha demostrado ser adecuado para cargas útiles más altas, especialmente aquellas que involucran alturas de elevación más altas y longitudes de plumín más largas. Los bajos requisitos de mantenimiento ofrecen una ventaja adicional, ya que los cables sintéticos de este tipo son resistentes a la corrosión y no requieren lubricación adicional”.

Y luego está la idea de fusionar cables y cables de fibra: un cable híbrido. Python también está investigando este concepto.

“La conclusión es que el cable de fibra tiene una desventaja de costos que solo se equilibra cuando las operaciones son muy costosas, por ejemplo, en la minería de pozos profundos, y la reducción relativamente baja en el peso total se acumula a lo largo de una gran longitud a favor de la carga útil, [como] aumentando la capacidad de un skip de 30 a 40 toneladas en un pozo de 3.000 metros de profundidad”, dijo Balbiani. “Debido a las turbulencias económicas, actualmente hemos congelado estos proyectos y seguiremos adelante cuando se resuelvan los problemas de la cadena de suministro”.

WireCo ofrece el Casar TurboLite M, un cable de minería híbrido con un núcleo de fibra de alta resistencia recubierto de plástico, rodeado de hilos de alambre de acero. Esta construcción proporciona una alta relación resistencia-peso, así como resistencia a la abrasión y fatiga por flexión. Fue diseñado para su uso en minería subterránea, donde los pozos se han vuelto progresivamente más profundos y el peso es el factor limitante en la capacidad de elevación, dijo Schmeiss.

“Al igual que con otras aplicaciones que favorecen a los sintéticos, el peso reducido es un claro beneficio”, dijo Schmeiss. “Lo mismo ocurre con la mayor durabilidad y la reducción de la fluencia que brindan las cuerdas híbridas. En términos de desventajas y factores que limitarían un uso más amplio, el costo es probablemente el más significativo”.

Charla híbrida

Se han realizado muchas investigaciones sobre cuerdas híbridas. El objetivo principal ha sido sustituir el alma de cable independiente de un cable de acero convencional por un cable sintético de alto rendimiento que también tiene características de soporte de carga.

Liebherr Cranes está utilizando cables de fibra en algunas de sus grúas torre.

Los cables sintéticos de alto rendimiento se utilizan en grúas de camiones utilitarios para aplicaciones de transformadores y cables de transmisión. Estos cables se utilizan en grúas torre, RT e incluso grúas aéreas. La industria de los ascensores también está investigando el uso de cables híbridos.

Las cuerdas híbridas están diseñadas con una mezcla de alambres de acero y fibras de alto rendimiento que combinan las características de ambos productos.

Siempre estamos buscando formas de reducir el peso de una grúa sin comprometer las propiedades mecánicas de elevación. El mercado de grúas móviles exige cables con una alta resistencia a la rotura y características antigiro para elevaciones largas y pesos elevados. Además, debemos darnos cuenta de que los accesorios de los extremos, como los botones, enchufes y enchufes de cuña, tienen la capacidad de hacer la terminación del cable híbrido para completar la instalación.

Los criterios de inspección de los cables de acero estándar existen desde hace mucho tiempo. Desde la introducción de los cables sintéticos de alto rendimiento, también se documentan los criterios de inspección. Los cables sintéticos de alto rendimiento se han utilizado predominantemente en aplicaciones de camiones utilitarios con elevaciones mucho más cortas y muy pocas, si es que hay alguna, partes de la línea a través del bloque. Dicho esto, los criterios de inspección para cuerdas sintéticas de alto rendimiento son muy importantes y requieren una educación adecuada para la inspección diaria y la inspección de terceros. La inspección de estas cuerdas ha generado mucha discusión. Un tema crítico es el daño. Si un cable de acero salta una polea, los cables de acero exteriores pueden soportar el abuso. Pero con cuerdas sintéticas de alto rendimiento, se pueden cortar fibras de diámetro muy pequeño entre la polea y el bloque.

Sin duda, la investigación continuará. Una túnica híbrida da más respuestas cuando se trata de inspección y evaluación de daños. Y tal vez sea un poco de consuelo saber que una cuerda híbrida está protegida por alambre de acero con fibras internas más livianas que cumplen con las características de fuerza, flexibilidad y equilibrio de torsión.

EL AUTOR

Tony Fastuca, vicepresidente de ASC Industries Python America, ha estado en la industria de cables de acero desde 1979. Con sede en Alemania, Python proporciona cables de ingeniería para clientes de todo el mundo.

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