La ciencia de la lubricación de cables: Recomendaciones de espesor y cantidad de película
¿Cuánto lubricante para tirado de cables se necesita para instalar cables de manera segura? La respuesta es simple: suficiente para cubrir el espacio entre las dos superficies que rozan entre sí: la chaqueta del cable y la pared interior del conducto. Esta respuesta fácil desmiente la práctica engañosamente difícil de una lubricación adecuada porque la mayor parte del cable está oculto a la vista dentro del conducto. Los instaladores reconocen la necesidad de lubricar los cables a medida que se introducen en el conducto. Sin embargo, a menudo tienen menos confianza en cuanto a la cantidad de lubricante que deben usar, porque es "invisible" hasta que el cable sale del conducto.
¿Cuánto lubricante se debe usar? (Utilizando el espesor de la película para determinar la cantidad de lubricante).
El lubricante funciona mejor cuando cubre por completo las dos superficies que se frotan entre sí. La respuesta teórica a la cuestión de la cantidad se basa en el espesor de la película. Para calcular una cantidad estimada, comenzamos con un espesor de recubrimiento de lubricante típico de 10 mil (0,01 pulgadas) o alrededor de 25 mg por cm2. Utilizando el área de superficie del conducto, es posible calcular los requisitos de volumen. Esto se publica como una fórmula de recomendación de cantidad:
Q = K x L x D
Dónde:
Q = cantidad en litros (galones)
K = factor de conversión, 0,0015 (0,0008 métrico)
L = longitud del tramo del conducto en pies (metros)
D = ID (diámetro interior) del conducto en pulgadas (mm)
La fórmula cuantitativa se basa en una teoría del espesor de la película. Esto produce una generosa capa de lubricante, como una gruesa capa de pintura. Para visualizar mejor este revestimiento, se ha teñido de azul un gel lubricante y se ha esparcido sobre un conducto blanco, como se muestra en las fotos 1 y 2.
Foto 1: Aquí el lubricante se recubre con un espesor controlado de 0,01 pulgadas (0,25 mm). Esto crea una capa delgada y continua de lubricante.
Foto 2: se aplica la misma capa de lubricante en peso por área. Tenga en cuenta que el revestimiento no es tan perfectamente uniforme. Cubre toda la superficie.
La experiencia demuestra que la teoría coincide muy bien con la práctica. Cuando se desarrolló la fórmula por primera vez, las recomendaciones de cantidad se alinearon con la práctica típica de campo. Para un tirón de 1000 pies (300 metros) en un conducto de 4 pulgadas (1000 mm), el uso típico de lubricante es de 4 a 10 galones (16 a 40 litros). La experiencia en curso continúa respaldando estas recomendaciones de cantidad. Estas pautas han servido bien a los usuarios finales durante décadas. Ya sea que calcule cuánto lubricante usar para una operación rutinaria o cuánto comprar para un trabajo grande con muchas operaciones, la fórmula de cantidad de lubricante es un excelente punto de partida.
| Calculadora de cantidad de lubricante de Polywater |
¿Más lubricante reduce el COF?
¿Cómo varía el coeficiente de fricción con el espesor de la película lubricante? ¿Es posible «matar de hambre» al cable de manera que no haya suficiente lubricante para que sea efectivo? Si se usa un exceso de lubricante, ¿el cable tiene que “arar” a través del lubricante, aumentando efectivamente el COF? Para responder a estas preguntas, se midió el coeficiente de fricción en diversas condiciones:
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- Tipo de lubricante: se probaron lubricantes de gel y de película delgada.
- Cantidad de lubricante: 25%, 100% y 200% de la cantidad recomendada.
- La fuerza de la pared lateral también fue variada.
Usando una prueba de mesa de fricción, la fuerza de la pared lateral se puede variar para simular el comportamiento de un cable liviano así como también el de un cable pesado que puede estar tirando contra la pared del conducto con mucha fuerza. Los lubricantes se recubrieron según la cantidad recomendada (100%), así como el doble (200%) y una cuarta parte de la recomendación (25%).
Los resultados se muestran en el Gráfico 1 a continuación. El uso de lubricante reduce el coeficiente de fricción. Este efecto es independiente de la cantidad de lubricante utilizada.
GRÁFICO 1
La reducción de fricción es mayormente independiente de la cantidad de lubricante. Menos lubricante resultará en una reducción de fricción similar. Esto se debe a que el lubricante se aplicó cuidadosa y uniformemente al cable de prueba. La cantidad efectiva de lubricante se rige por lo que se necesita para que el lubricante llegue a todos los puntos de fricción del cable.
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Nota: Los lubricantes especiales de película delgada o de soplado se concentran y reducen la fricción incluso con un espesor de película extremadamente bajo. Las recomendaciones de uso para tales lubricantes de película delgada son mucho más bajas que la recomendación estándar y se siguieron en esta prueba.
¿Es posible usar demasiado lubricante?
Al 200% de la cantidad recomendada, el lubricante siguió funcionando según lo previsto. El exceso de lubricante fluirá a los lados y al frente del borde delantero del cable. No se encontraron efectos negativos.
A la izquierda, el 200% de gel lubricante, el «arado» es visible, pero no aumenta la fricción.
A la derecha, el 200% del exceso de lubricante de película delgada se acumulará en el conducto.
La investigación generalmente muestra que el factor de fricción disminuye bajo una alta presión en la pared lateral.1 Algunas fuentes especulan que esto es causado por las fuerzas necesarias para superar la fuerza de corte del lubricante.2 Este efecto es mínimo y la reducción de la fricción es independiente de la viscosidad del lubricante. La química de los agentes lubricantes, la cubierta del cable y el material del conducto juegan un papel más importante en la determinación del COF.
¿Cuán bajo se puede ir?
¿Qué sucede con capas de lubricante cada vez más delgadas? Por supuesto, existe una limitación física en cuanto a qué tan delgado se puede esparcir el lubricante. Los lubricantes de película delgada especialmente formulados se concentran y se pueden recubrir en una película delgada como su nombre lo indica. Si hay lubricante entre las dos superficies móviles, está funcionando.
La consideración más importante es qué tan bien el lubricante «transportará» y se extenderá a lo largo de todo el recorrido. Las longitudes de tracción largas, las múltiples curvas, los conductos sucios o llenos de agua, el alto nivel de llenado de los cables, etc. son factores que requieren una mayor cantidad de lubricante.3 Si bien hay pocos o ningún caso de demasiado lubricante, hay casos en los que no se usó suficiente lubricante. Esto puede causar una alta tensión de tracción y dar como resultado problemas tales como equipos sobrecargados y daños en los sistemas de cables. Los datos de laboratorio muestran que se puede requerir muy poco lubricante para reducir la fricción. Las experiencias de campo muestran que el uso de una cantidad generosa de lubricante para cables vale la pena el tiempo y el esfuerzo.
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Humectación, recubrimiento y esparcimiento de lubricantes
Una característica de un buen lubricante para cables es su capacidad de autoextenderse y recubrir las superficies a lo largo de la tracción. Una propiedad importante de un lubricante para cables de alto rendimiento se denomina humectación superficial. Para entender la humectación, considere lo que sucede cuando pone agua en un automóvil recién encerado. Se perla y forma gotas. De la misma manera, el agua puede gotear sobre la superficie resbaladiza de la chaqueta del cable de polietileno. También se puede sacar a presión de la superficie del cable cuando se fuerza contra la pared del conducto, especialmente alrededor de las curvas. Por ejemplo, un «lubricante» pobre puede salir entre el cable y el conducto. Esta falta de humectación y persistencia se identifica fácilmente con pruebas de fricción. Este tipo de “lubricante” no baja el COF.
Un buen lubricante para cables (rendimiento) fluirá y se esparcirá por todas las superficies del cable y conducto. Se adherirá y permanecerá recubierto en el cable mientras se mueve a través de múltiples curvas. Para probar esto, se empujó un cable a través de un conducto con 420 grados de curvatura. Después de pasarlo, se observó la cobertura de lubricante. Esto se repitió durante tres ensayos. En cada prueba, el lubricante se recubrió utilizando diferentes técnicas.
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- Se aplicó una línea de gotas de lubricante a la parte superior del cable a medida que entraba en el conducto.
- El lubricante para cables se esparció a mano por todo el cable.
- El conducto se prelubricaba con lubricante y el cable sin lubricar se tiraba a través del conducto.
El porcentaje de cobertura de lubricante se estimó visualmente. Se añadió tinte fluorescente al lubricante y se observó la cubierta del cable usando una luz negra. La cobertura de lubricante se estimó como se muestra en las fotos a continuación.
Imagen 1 muestra ~40% de cobertura, Imagen 2 muestra ~75% de cobertura, Imagen 3 muestra ~90% de cobertura.
Esta prueba muestra que los lubricantes para cables de rendimiento continúan extendiéndose y cubriendo las superficies a medida que el cable se mueve a través del conducto.
La primera prueba es una aplicación manual controlada. El lubricante se alisa sobre toda la superficie del cable, y el cable se tira a través de 15 pies (4,6 m) de conducto enrollado sin lubricar. A medida que el cable se mueve a través del sistema tres veces, se observa la cobertura de lubricante en el cable.
GRÁFICO 2
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Esta prueba muestra que los lubricantes de alto rendimiento permanecen recubiertos en la cubierta del cable incluso cuando el cable se mueve por la superficie del conducto sin lubricar. Algo de lubricante se ha transferido a la superficie del conducto y continúa esparciéndose. Volverá a recubrir el cable a medida que el cable pase a través de él. Esta acción aumenta el área de cobertura a medida que el cable se mueve a través del conducto.
En la segunda prueba, se aplica lubricante en una gota estrecha a lo largo de la parte superior del cable. Luego, el cable se pasa a través del carrete del conducto sin lubricar y se observa la cobertura. El cable se empuja a través del carrete otras dos pasadas.
GRÁFICO 3
Esta prueba muestra que los lubricantes se esparcen por sí mismos y recubren la superficie del cable a medida que el cable se mueve a través del conducto. El porcentaje de cobertura aumenta después de cada pasada para los tres tipos.
En la tercera prueba, el cable no está recubierto en absoluto. Se tira a través del carrete del conducto lubricado. A medida que el cable se mueve por el conducto, el lubricante se transfiere a la superficie del cable.
GRÁFICO 4
En este escenario, el lubricante de rendimiento continúa extendiéndose y cubriendo toda la superficie del cable. Después de tres pasadas, todos los lubricantes probados cubrieron más de la mitad de la superficie del cable. La prelubricación del conducto es una forma excelente de garantizar una buena cobertura de lubricante.
Polywater FTTx (lubricante de película delgada) se usa en una cantidad mucho menor. Es más persistente en la superficie recubierta y no se transfiere tan bien como los lubricantes tradicionales. Los lubricantes de película delgada como Polywater FTTx permanecen recubiertos en la superficie a la que se aplican para que haya una capa lubricante completa entre el cable y el conducto.
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Conclusión
Un lubricante de tracción de alto rendimiento es fundamental para la instalación segura de cables. Sin embargo, el lubricante solo es funcional si llega a donde está el problema. Las buenas técnicas de prelubricación y recubrimiento ayudan a reducir el COF y dan como resultado tensiones de tracción más bajas y predecibles. El uso de cantidades generosas de lubricante aumenta las probabilidades de una cobertura completa. Un lubricante de alto rendimiento que se autoesparce y permanece recubierto mejora aún más el proceso de aplicación.
La investigación demuestra que la aplicación minuciosa de cantidades mínimas de un lubricante premium puede producir unos COF sorprendentemente bajos. Esto ofrece ahorros potenciales en costos al reducir la cantidad de lubricante requerido. Sin embargo, la aplicación perfecta en un entorno de laboratorio y la aplicación en el mundo real en el campo son a menudo dos cosas diferentes.
El exceso de lubricante no aumenta apreciablemente el COF, pero ayuda a recubrir el cable y el conducto. Esto asegura que el lubricante llegue a los puntos de fricción. El lubricante también es económico, ciertamente más barato que el cable dañado o atascado. El riesgo de una instalación retrasada, mayores costos de mano de obra, fallas en el equipo y/o daños en los cables es mayor con una lubricación inadecuada. Por lo tanto, al calcular las cantidades de lubricante, las mejores prácticas dictan que es mejor errar por exceso de lubricante en lugar de demasiado poco.