Medición de la fricción en la tabla de fricción de Polywater
Si bien Polywater® utiliza varios métodos de medición de fricción, la tabla de fricción es el método más rápido y conveniente.
Conclusiones clave
- Cómo se mide la fricción con el dispositivo de la tabla de fricción de Polywater
- Los principios físicos que sientan las bases para la medición de la fricción
- Variables que afectan a la fricción, incluido el conducto y la cubierta del cable
- La variación en la medición de la fricción
- El efecto de los lubricantes para tendidos sobre el coeficiente de fricción
Medición de la fricción en la tabla de fricción de Polywater
Polywater® ha medido el coeficiente de fricción de miles de combinaciones de cables, conductos y lubricantes utilizando la tabla de fricción. La mayoría de nuestros lubricantes para tendidos se optimizaron usando este dispositivo.
Trabajamos con fabricantes de cables y conductos así como con usuarios finales para desarrollar información fiable sobre el coeficiente de fricción. A su vez, hemos desarrollado una extensa base de datos de coeficientes de fricción. Cada valor publicado es un promedio de múltiples pruebas y representa un amplio conjunto de trabajos. Los datos recopilados durante años de pruebas con la tabla de fricción son la fuente principal de la base de datos de fricción en el software Pull-Planner™ de Polywater.
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Cómo funciona la tabla de fricción
La tabla básica de fricción se muestra a continuación:
Las mediciones se realizan deslizando una sección de cable de 6 pulgadas (152 mm) sobre un conducto dividido. Todos los materiales se limpian y se hace la medida de control sin lubricación. Luego el cable y el conducto son recubiertos con una película delgada de lubricante para determinar el coeficiente de fricción lubricado. Si se prueba más de un lubricante, el cable y el conducto se limpian o intercambian con materiales frescos para que el valor sin lubricar coincida con el control inicial. Un cilindro de presión neumático empuja hacia abajo el cable. Una célula de carga mide esta fuerza normal. Un cabrestante pequeño tira del conducto a una velocidad constante de 23 pies/min (7 m/min). Tenga en cuenta que el conducto pasa bajo el cable. Esto no afecta de ninguna manera a la determinación de la fricción y permite recopilar datos con un trozo de cable relativamente pequeño. Una segunda célula de carga mide la fuerza de tracción. Ambas mediciones de las células de carga son al mismo tiempo capturadas por una balanza de la célula de carga, que realiza lecturas cada 0,1 segundos. El coeficiente cinético de fricción se calcula a partir de estos datos utilizando la siguiente ecuación:
μ = F/N
Donde:
μ es el coeficiente de fricción
F es la fuerza de tracción medida
N es la fuerza normal medida
Extraemos veinte (20) puntos de datos de la parte central de la prueba y estos se promedian para el valor final de coeficiente de fricción. Si la desviación estándar es superior a 0,02 con lubricación o 0,04 sin lubricación, el tramo se descarta. Los resultados registrados son el promedio de tres o cuatro tendidos independientes. Los datos reales utilizados para desarrollar un único valor de coeficiente de fricción se muestran a continuación.
Gráfico 1
La variación de coeficiente de fricción en tendidos de poca distancia y de tendido a tendido se recoge en el gráfico anterior y tiende a ser relativamente baja.
Fricción cinética frente a estática
La tabla de fricción de Polywater está configurada para medir la fricción cinética o de deslizamiento. El muestreo de datos discretos que registramos prohíbe determinar la fricción estática. En cualquier caso, los resultados de fricción cinética son los más útiles y proporcionan la mejor correlación con la tensión medida en los tendidos de cables de campo. Algunas cubiertas «sin lubricación» muestran una variación significativa entre la fricción estática y cinética, lo que resulta en «deslizamientos/adherencias» (salto de cable) en el tendido.
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Análisis estadístico
Hay otra fuente de variación que puede ser más significativa. Esta es la variación con respecto a varias cubiertas del cable en la misma clase genérica. Las cubiertas poliméricas pueden diferir en formulación y propiedades físicas de un fabricante a otro. Los conductos metálicos también muestran una mayor variación.
La base de datos de Polywater representa más de una década de datos recopilados. Las variaciones en los resultados individuales reflejan las diferencias mencionadas anteriormente. Como ejemplo, el Gráfico 2 a continuación muestra la distribución normal para varias pruebas de cable con cubierta de LLDPE en tres tipos de conductos diferentes. Los datos del coeficiente de fricción en el acero muestran una mayor distribución de los datos que los conductos de EMT o PVC.
Gráfico 2
Los datos de coeficiente de fricción ofrecidos en nuestra documentación y el software Pull-Planner representan a muchos fabricantes y productos dentro de su clasificación. Es importante saber que la mayoría de los datos de la tabla de fricción son promedios, y la variación debe tenerse en cuenta cuando se utilizan los datos. Aunque existe una variación entre los materiales de la cubierta del conducto y el cable, la lubricación del cable es el mayor factor diferenciador, como se mostrará en la siguiente parte de este artículo.
Resultados generales de la tabla de fricción
El análisis y la presentación de todas las conclusiones obtenidas de la tabla de fricción exceden el alcance de este artículo. Sin embargo, algunos hallazgos generalizados se destacan a continuación.
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Efectos de la cubierta del cables
El Gráfico 3 muestra los coeficientes de fricción promedio para varias cubiertas en conductos de PVC, tanto lubricadas como no lubricadas.
Los datos muestran la importancia de los lubricantes de alto rendimiento. Si bien los valores de coeficiente de fricción sin lubricación varían entre 0,43 y 0,69, Polywater LZ es efectivo en una amplia gama de tipos de cubiertas. Los coeficientes de fricción más bajos que se pueden obtener con Polywater LZ producen tendidos de tensión más baja que, a su vez, permiten tramos de conducto más largos.
Tenga en cuenta que la fricción sin lubricación y la fricción con lubricación varían según la cubierta. Si bien el lubricante de alto rendimiento Polywater LZ es un ecualizador, todavía existe un intervalo de fricción con lubricación (entre 0,06 y 0,11) entre estas cubiertas.
Gráfico 3
Efectos del conducto
El Gráfico 4 muestra los coeficientes de fricción promedio para la cubierta de PVC en varios tipos de conductos, nuevamente tanto lubricados como no lubricados.
Como se esperaba, la fricción sin lubricación es varias veces mayor que con lubricación (entre 0,42 y 0,67). También tenga en cuenta que existe una pequeña diferencia en la fricción con lubricación según el tipo de conducto (en este caso, entre 0,11 y 0,13).
Gráfico 4
Efectos del lubricante
El Gráfico 5 muestra los coeficientes de fricción promedios para la cubierta de PVC en un conducto de acero rígido y la cubierta de LLDPE en un conducto de PVC con diferentes lubricantes a comercializar para tendidos. Todos los lubricantes reducen la fricción y muestran grandes diferencias de coeficiente de fricción en comparación con los cables sin lubricación. El rendimiento del lubricante también depende de los materiales y la combinación de superficies. El lubricante 3 muestra la mayor reducción de fricción para la cubierta de LLDPE con un conducto de PVC, pero no funciona tan bien en la cubierta de PVC con conducto de acero rígido.
Graph 5
Limitaciones de la tabla de fricción de Polywater
Si bien la tabla de fricción obtenida con el dispositivo, ha proporcionado una gran información sobre las variables que afectan a la fricción y la tensión, existen algunas limitaciones con respecto a lo que se puede probar en el dispositivo. A continuación, se detallan algunas de sus limitaciones:
1. La tabla de fricción representa una condición bien lubricada. Los aspectos como las propiedades de transporte del lubricante no se pueden medir en la máquina.
2. El dispositivo solo funciona con un solo cable, por lo que no se pueden estudiar variables como configuraciones del cables o cables de varios tamaños. Hemos realizado estudios sobre interferencias de cables y rellenos de cable en otros dispositivos de medición de la fricción de cables.
3. Ciertas condiciones, como los tendidos a través de conductos llenos de agua, pueden estudiarse a través de tendidos repetitivos y mediciones comparativas de fricción. Si bien estos estudios son complejos, hemos realizado estudios especializados, generalmente con otros dispositivos de medición.
4. Los cables pequeños y flexibles tienden a «agruparse» y no ofrecen buenos resultados en el dispositivo.
5. Si bien la tabla de fricción se puede aplicar en varias condiciones ambientales, su uso en lugares cálidos o fríos no es práctico, por lo que los datos representan las temperaturas de laboratorio típicas de entre 68 °F y 72 °F (entre 20 °C y 22 °C).
6. Si bien la presión normal en la tabla de fricción se puede ajustar, una gran mayoría de los datos históricos se han obtenido con una presión normal en el intervalo de las 100 lbs (45,4 kg) (445 N). Si bien la variación de fricción con presión normal puede estudiarse en el dispositivo, el uso de presiones normales bajas aumenta significativamente la variación de la medición. Por lo tanto, se han estudiado los efectos de la presión normal sobre la fricción utilizando otros métodos.
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Resumen
La tabla de fricción de Polywater ofrece un método conveniente y efectivo para medir la fricción. Hemos aprendido mucho sobre el dispositivo, incluida una base de medición para distancias de tracción ampliadas y tensiones más bajas gracias a los lubricantes para tendidos de Polywater. Los datos derivados de la tabla de fricción pueden ayudar a planificar y optimizar la instalación de cables en conductos.