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Alma de fibra vs almas de acero para cables de grúas

Los primeros cables de acero se fabricaban con almas de fibra natural (sisal, cáñamo, yute, etc.) y operaban en grúas y huinches equipados con tambores de diámetro y ancho suficientes para alojar la longitud requerida de cable en una sola capa.

Esta disposición de enrollamiento en una sola capa minimizaba la posibilidad de aplastamiento del cable, por lo que los cables con alma de fibra ofrecieron un desempeño satisfactorio durante muchos años.

Sin embargo, los avances tanto en la industria de las grúas como en la de los cables de acero han impulsado la transición desde las almas de fibra hacia las almas de acero. Este boletín tiene como objetivo proporcionar al usuario información de referencia sobre las razones que sustentan estos cambios y desarrollos.

Enrollamiento en una sola capa

Originalmente, las grúas se diseñaban con tambores de winche de diámetro y ancho suficientes para alojar la longitud de cable requerida en una sola capa. Esta disposición de enrollamiento en una sola capa minimizaba la posibilidad de aplastamiento del cable, por lo que los cables con alma de fibra ofrecían un desempeño satisfactorio.

La necesidad constante de mover cargas cada vez más pesadas a mayores alturas o profundidades exigió longitudes de cable más extensas sobre los tambores. Al mismo tiempo, la búsqueda de diseños de grúas más compactos y eficientes llevó a una reducción significativa del diámetro y ancho de los tambores, dando paso al enrollamiento multicapa.

Enrollamiento multicapa

La mayoría de los tambores de winche utilizados en grúas (móviles, torre, sobre orugas, offshore, entre otras) están diseñados para enrollamiento multicapa, permitiendo alojar mayores longitudes de cable mientras se reduce el diámetro y ancho del tambor en comparación con diseños anteriores.

En un sistema de enrollamiento multicapa, cuando el cable comienza a enrollarse sobre capas superiores a la primera, cada nueva vuelta debe cruzarse sobre el cable de la capa inferior dos veces por cada revolución del tambor. Esto genera aplastamiento y daños en los cables de las capas inferiores, haciendo necesaria una construcción con alta resistencia al aplastamiento.

El cambio desde un alma de fibra a un alma de acero incrementa el área transversal de acero y por consiguiente, mejora la resistencia al aplastamiento del cable.

Los cables Dyform (compactados) o conformados mediante swaging proporcionan un aumento adicional del área de acero y de la resistencia al aplastamiento. Asimismo, puede incorporarse plástico en el interior del cable para rellenar los espacios vacíos y mejorar aún más dicha resistencia. Durante la fabricación, el plástico extruido sobre el alma de acero también actúa como una barrera contra la entrada de residuos y agua

Almas de fibra natural

El propósito principal de cualquier alma de cable es soportar los torones exteriores y mantener una separación entre ellos (holgura de trabajo). Esta separación reduce el contacto entre los torones durante la flexión, minimizando el desgaste y maximizando la vida útil del cable.

En un cable con alma de fibra, el volumen necesario para alcanzar el diámetro correcto está compuesto por una combinación de fibra y aceite. Durante el funcionamiento, el aceite es expulsado del alma, reduciendo su volumen y, por consiguiente, su diámetro. Al disminuir el diámetro del alma, esta ya no puede proporcionar el soporte adecuado a los torones exteriores ni mantener la separación requerida, lo que provoca fallas prematuras de los alambres y el descarte anticipado del cable.

Las almas de fibra natural se impregnaban en aceite, permitiendo que las fibras lo absorbieran. De esta forma, cuando los torones de acero se cerraban alrededor del alma, esta actuaba como un depósito de lubricante.

Durante la operación, cuando se aplica una carga de tracción al cable, este se alarga debido a su construcción helicoidal y su diámetro disminuye. Al retirar la carga, el cable recupera parte de su longitud original y su diámetro aumenta nuevamente. Esta reducción y expansión del diámetro genera un efecto de "bombeo", mediante el cual el lubricante es expulsado desde el alma, razón por la cual estos cables se consideraban autolubricados.

Sin embargo, al actuar como una bomba, el alma no solo expulsa el lubricante, sino que también absorbe partículas presentes en el ambiente, como polvo, arena y humedad, lo que con frecuencia provoca desgaste interno y corrosión dentro del cable

La fibra natural, una vez que pierde su lubricación, se vuelve seca y abrasiva, dejando de proporcionar lubricación al cable. Cuando se produce corrosión interna, se forma una película de óxido rojo sobre la superficie de los alambres individuales. A medida que el cable se flexiona durante la operación, este óxido se desprende y se desprende repetidamente de la superficie de los alambres, acumulándose en el interior del cable. La acumulación de este polvo rojizo entre los torones y sobre la superficie del cable es especialmente relevante en la industria de ascensores y elevadores, donde se conoce como red rouge o polvo rojo de corrosión.

Por lo tanto, aunque tradicionalmente se considera que los núcleos de fibra ayudan a lubricar los cables durante el servicio, dependiendo del entorno de operación pueden contribuir al desgaste interno y a la corrosión del cable. Además, proporcionan un soporte insuficiente a la estructura del cable, lo que puede provocar roturas prematuras de alambres y una menor vida útil.

Alma de fibra sintética

Originalmente, las alamas de fibra se elaboran con fibras naturales (cáñamo, yute, manila, etc.). Sin embargo, en la actualidad resulta cada vez más difícil obtener estas fibras con la calidad requerida y durante los últimos 80 años, se ha realizado poca o ninguna inversión en los equipos necesarios para transformarlas en núcleos para cables de acero.

Por esta razón, las almas de fibra suelen elaborarse hoy en día con fibras sintéticas, principalmente polipropileno. A diferencia de las fibras naturales, estas no absorben el lubricante, sino que dependen de que el aceite quede retenido entre las fibras individuales, no obstante, durante la operación se produce el mismo efecto de "bombeo" del lubricante, por lo que el núcleo sintético acaba perdiendo el aceite y deja de ser capaz de proteger y soportar adecuadamente el cable.

Flexibilidad

Los cables de acero con alma de fibra suelen especificarse por su mayor flexibilidad, ya que un alma de fibra puede proporcionar aproximadamente entre un 10% y un 15% más de flexibilidad que un cable con alma de acero.

Esta ventaja se aprecia principalmente durante la manipulación del cable, por esta razón, los cables con alma de fibra se utilizan con frecuencia en eslingas de cable de acero, ya que estas deben colocarse manualmente alrededor de la carga a izar y engancharse al gancho de la grúa. Sin embargo, la mayoría de las eslingas de cable fabricadas por Bridon-Bekaert en Europa se producen utilizando cables con alma de acero, ya que la flexibilidad adicional no suele representar una ventaja significativa.

Al analizar una aplicación de grúa, el cable siempre trabaja bajo carga durante la operación, la carga aplicada es más que suficiente para que el cable se curve alrededor de las poleas y del tambor, independientemente de si cuenta con un alma de fibra o de acero.

La vida útil a la fatiga por flexión de un cable está determinada por el diámetro de los alambres exteriores, el diámetro de la polea sobre la que se flexiona el cable y la tensión aplicada durante el servicio. Dado que los alambres exteriores tienen el mismo diámetro tanto en los cables con alma de fibra como en aquellos con alma de acero, ambos operan sobre diámetros de polea similares, comúnmente expresados mediante la relación D:d.

Por ello, Bridon-Bekaert fabrica prácticamente todos sus cables de acero para grúas con almas de acero, debido a su mayor capacidad de soporte estructural y rendimiento en servicio.

Para más información, contactese vía correo:contact@bridon-bekaert.com

Referencia: TB.001 Ed.1 Sept 2021

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