Coeficiente de fricción en el tirado de cables — Parte 2

Definimos el coeficiente de fricción, introducimos ecuaciones de tracción y medimos el coeficiente de fricción y el efecto lubricante.

El coeficiente de fricción (COF) es una medida de la resistencia por fricción al movimiento. Una publicación anterior presentó la ciencia que sustenta a COF y discutió los factores que pueden influir en este valor.

La Figura 1 ayuda a aclarar y definir más formalmente el “coeficiente de fricción”.

Dónde:

N (Vector) = Fuerza normal perpendicular a la mesa horizontal

G (Vector) = Fuerza gravitacional sobre un bloque de masa m.

P (Vector) = Fuerza de tracción colocada sobre el bloque para deslizarlo horizontalmente

F (Vector) = Fuerza de fricción que resiste el movimiento

El ejemplo muestra un bloque colocado sobre una mesa horizontal. Una fuerza gravitacional G (Vector) (= mg) actúa sobre el bloque. El bloque no cae porque hay una fuerza igual y opuesta de la mesa que llamamos fuerza normal. (N (Vector)).

Si aplicamos otra fuerza perpendicular (P (Vector)) a la fuerza normal, encontramos que se requiere una fuerza mínima antes de que el bloque se deslice. Esta fuerza de tracción debe superar la resistencia de fricción al movimiento o la fuerza de fricción (F (Vector)) para que el bloque se mueva. El coeficiente de fricción se define como la relación de la fuerza requerida para mover el bloque dividida por la fuerza normal (peso del bloque).

Entonces, si μ es el coeficiente de fricción: μ = P(Vector)/ F(Vector) (Ecuación 1)

Como ilustración, digamos que el bloque es de madera (5 kg). Se requieren 2 kg de fuerza para arrastrar el bloque de madera a través de una mesa de acero horizontal. El COF para madera sobre acero es la relación entre la “fuerza de arrastre” (2 kg) y la fuerza normal (peso de 5 kg). Por lo tanto, el coeficiente de fricción es 0,4. Tenga en cuenta que el COF es un número adimensional, ya que es la relación de las magnitudes de las dos fuerzas.

La experiencia sugiere que si reemplazamos el bloque de madera con un bloque de caucho de 5 kg, se requiere una fuerza aún mayor para producir movimiento (digamos, 6 kg de fuerza). Por lo tanto, el COF medido de caucho sobre acero sería 1,2.

Es importante señalar a partir de estos ejemplos que el COF puede variar con los materiales que se frotan.

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Ecuaciones de tracción

Reemplace el bloque con cable y la mesa con un conducto, y tenemos el tirado de cables. El cálculo de la tensión en el tendido de cables se basa en la física de la ecuación 1. La tensión de tracción se determina mediante una serie de ecuaciones de tirado de cables que utilizan el peso y la fricción como entradas.

Las ecuaciones de tirado de cables de sección recta agregan la tensión entrante del carrete o de la sección anterior del tirón. La fórmula de la sección de conducto recto se ve así:

Conducto recto Tout = Tin + LWμ (Ecuación 2)

Dónde:

Tout = Tensión de salida de la sección recta

Tin = Tensión entrante hacia la sección recta

L = Longitud de la sección recta

W = Peso del cable (por longitud)

μ = Coeficiente de fricción

Entonces, el agregado de fricción es el peso total del cable multiplicado por el coeficiente de fricción. Para usar esta fórmula para calcular la tensión, necesitamos conocer los coeficientes de fricción para cables, conductos y lubricantes típicos.

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Medición del cable y COF del conducto

Una foto de la mesa de fricción de Polywater y sus componentes

Para medir el COF entre una variedad de chaquetas de cables y materiales de conductos, Polywater desarrolló la mesa de fricción que se muestra en la foto de arriba. El dispositivo ejerce una presión descendente medida sobre una muestra de cable/conducto y luego mide la fuerza requerida para tirar del cable perpendicular a esta fuerza normal. El coeficiente de fricción, como antes, es la relación de estas fuerzas.

También podemos lubricar la interfaz del cable y el conducto y determinar el efecto de un lubricante en el coeficiente de fricción. Los datos recopilados de miles de pruebas durante decenios nos han permitido optimizar la formulación y selección de lubricantes. A medida que los fabricantes de cables desarrollan chaquetas con nuevas propiedades, como dureza o resistencia al fuego, podemos medir y proporcionar retroalimentación sobre las propiedades de fricción de estos nuevos materiales.

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El efecto lubricante

Los materiales de la chaqueta del cable muestran diferencias considerables en el comportamiento de fricción, pero generalmente se desarrollan por razones distintas a la “facilidad de tracción”. Si un lubricante de cable eficaz puede reducir los valores de fricción sin afectar los otros aspectos del rendimiento de la chaqueta del cable, los problemas de instalación se pueden minimizar.

Los datos muestran que eso es exactamente lo que sucede. Los lubricantes de tracción efectivos reducen considerablemente el coeficiente de fricción. La Figura 2 muestra la dramática reducción de la fricción por el uso de lubricantes.

Un gráfico que muestra los efectos de la chaqueta del cable cuando está lubricado y no lubricado

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El tirado de cables es un poco más complicado

La mesa de fricción prueba la amplia variedad de materiales utilizados en cables y conductos de rodadura. Sin embargo, los tirados de cable reales son más complicados. Los tirados no son rectos y se producen fuerzas distintas del peso gravitacional en las curvaturas de los conductos.