Comportamiento de los cables de acero al carbono a bajas temperaturas

Una serie de ensayos destructivos realizados por Bridon® a bajas temperaturas en cables galvanizados y brillantes, construcción 6x36 IWRC, torcido regular derecho (RHO), grado 1770 y diámetro de 16 mm, mostró aumentos consistentes en la carga de rotura, generalmente entre un 5,5 % y un 5,9 % a -50 °C.

Los resultados de estos ensayos no evidenciaron características de fractura inusuales.

Este hallazgo coincide con los ensayos realizados en cables multitrenzados reportados por Buschmann, los cuales muestran un incremento de la carga de rotura cuando los cables se ensayan a temperaturas entre -90 °C y -120 °C

Comportamiento de los alambres individuales de acero a bajas temperaturas

Existe una cantidad limitada de datos publicados sobre propiedades físicas que permitan cuantificar de forma fiable el comportamiento de los alambres individuales de acero al carbono a bajas temperaturas, sin embargo, los datos disponibles muestran de manera consistente las siguientes diferencias a -60 °C en comparación con las propiedades medidas a +20 °C:

a. Aumento de la resistencia a la rotura.
b. Reducción de la ductilidad relativa.
c. La temperatura de transición dúctil-frágil aumenta con el contenido de carbono.
d. Los alambres de acero trefilados en frío presentan un tamaño de grano fino, lo que reduce el efecto de la transición dúctil-frágil a temperaturas bajo cero.

Investigaciones realizadas por Boleantu y Babeu, utilizando ensayos de flexión inversa y torsión en alambres individuales de acero al carbono, no evidenciaron una transición frágil a temperaturas de ensayo de -60 °C. Sin embargo, es razonable suponer que cuando un alambre se deforma elástica o plásticamente durante cualquier ensayo mecánico, el calor generado aumenta la temperatura de la muestra de ensayo, tal como ocurriría durante el funcionamiento de un cable.

En los aceros al carbono comunes, la sensibilidad a las entallas aumenta a medida que disminuye la temperatura. Si bien esta sensibilidad y la baja resistencia al impacto pueden representar un problema en placas de acero sometidas a bajas temperaturas, hasta la fecha no se ha encontrado una correlación con los torones formados por alambres de acero dentro de un cable.

La sensibilidad a las entallas es una característica que normalmente no se asocia a los alambres ni a los cables de acero por las siguientes razones:

• No existen entallas pronunciadas en la superficie del alambre después del proceso de fabricación.
• La rigidez de cada elemento de acero es reducida.
• Dado que cada alambre es un elemento individual, la falla de un alambre no genera una concentración de esfuerzos en los alambres adyacentes, por lo que no se produce propagación de la fractura.

En consecuencia, es importante evitar daños mecánicos durante la manipulación y el servicio que puedan afectar la superficie de los alambres y actuar como entallas, por ejemplo, durante operaciones de deshielo

Cargas dinámicas

Los intentos realizados por British Ropes (Bridon®) para llevar a cabo ensayos de fatiga por flexión en cables de acero a temperaturas inferiores a 0 °C no tuvieron éxito, debido a que no fue posible mantener las temperaturas de ensayo. Esto se atribuyó a la fricción entre el cable y los cabrestantes, así como a la fricción interna del propio cable, que en conjunto generaban calor en la muestra de ensayo y elevaban su temperatura.

Otra observación importante obtenida durante los ensayos dinámicos fue el comportamiento del lubricante.

Lubricantes y polímeros

Es fundamental utilizar lubricantes para cables adecuados y compatibles con aplicaciones a temperaturas bajo cero. Los lubricantes para cables de acero pueden volverse ineficaces a bajas temperaturas debido al agrietamiento o desprendimiento de la película lubricante, provocando que el cable opere de manera similar a un cable seco. Esto puede reducir significativamente su vida útil a la fatiga.

Bridon® puede lubricar sus cables con Brilube® 8 o Brilube® 16, productos aptos para operar hasta -50 °C. Bridon® también ofrece una innovadora alma polimérica Bristar® Polar, diseñada para proporcionar soporte al cable a temperaturas de hasta -50 °C.

Consideraciones para la operación de cables de acero a bajas temperaturas

Entre los factores que deben considerarse al operar cables a bajas temperaturas se encuentran:

a. Deben evitarse las cargas de impacto y la remoción de hielo mediante métodos mecánicos para minimizar los efectos de la sensibilidad a las entallas.

b. Debe prestarse especial atención a la selección del lubricante y a la aplicación periódica de lubricantes de mantenimiento.

c. Debe considerarse cuidadosamente la selección del alma polimérica.

d. Debe prestarse especial atención al método de terminalización seleccionado, considerando el riesgo de cargas de impacto severas sobre los puntos de anclaje.

Conclusiones

Basándose en los informes de ensayo de Bridon® sobre la resistencia de los cables a bajas temperaturas, así como en la información disponible en la literatura técnica, la evidencia disponible respalda la conclusión de que los cables de acero Bridon® son adecuados para operar en condiciones bajo cero, siempre que sean inspeccionados, mantenidos y manipulados correctamente.

La evidencia indica que la resistencia de los cables de acero Bridon® no se ve afectada a temperaturas de operación de hasta -40 °C.

Aunque es necesario tomar precauciones para evitar cargas de impacto y daños mecánicos en los alambres de acero durante la operación, no se ha encontrado evidencia de una transición frágil en cables de acero sometidos a temperaturas bajo cero.

Para maximizar la durabilidad frente a la fatiga, es fundamental utilizar y mantener el lubricante adecuado, evitando su agrietamiento o desprendimiento durante la operación a temperaturas bajo cero

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

Referencias:
1. M.T. Burtoft, British Rope Technical Report R.24/79426, Rope Breaking Strength at Low
Temperatures, October 1979.
2. K. Buschmann “Ultra Deep Temperature use of Wire Rope”, Crane and Rigging Conference,
September 2012, Edmonton, Canada.
3. L. Boleantu and T. Babeu Considerations on the Low Temperature Strength of Wire Ropes,
Polytechnic Institute Traian Vuia, Timisoara, Romania.
4. Metals Handbook Volume 10, Failure Analysis and Prevention, 8th Edition, American Society for
Metals, Metal Park, Ohio, 1975.