La science de la lubrification des câbles : Recommandations sur l’épaisseur de la couche et la quantité
Quelle quantité de lubrifiant pour tirage de câble est nécessaire pour installer des câbles en toute sécurité ? La réponse est simple : suffisamment pour recouvrir l'espace entre les deux surfaces qui frottent l'une contre l'autre – la gaine du câble et la paroi intérieure du conduit. Cette réponse simple masque la difficulté apparente d'une lubrification adéquate, car la plus grande partie du câble est cachée à l'intérieur du conduit. Les installateurs reconnaissent la nécessité de lubrifier les câbles lorsqu'ils sont tirés dans le conduit. Cependant, ils sont souvent moins sûrs de la quantité de lubrifiant à utiliser, car celui-ci est « invisible » jusqu'à ce que le câble sorte du conduit.
Quelle quantité de lubrifiant faut-il utiliser ? (Utilisation de l’épaisseur de la couche pour déterminer la quantité de lubrifiant).
Le lubrifiant fonctionne mieux lorsqu’il recouvre entièrement les deux surfaces qui frottent l’une contre l’autre. La réponse théorique à la question de la quantité est basée sur l’épaisseur de la couche. Pour calculer une quantité estimée, nous sommes partis d’une épaisseur de couche de lubrifiant typique de 10 mil (0,01 pouce), soit environ 25 mg par cm2. En utilisant la surface du conduit, il est possible de calculer le volume nécessaire. Ce calcul est proposé sous la forme d’une formule de recommandation de quantité :
Q = K x L x D
Où :
Q = quantité en gallons (litres)
K = facteur de conversion, 0,0015 (0,0008 en unités métriques)
L = longueur du conduit en pieds (mètres)
D = diamètre intérieur du conduit en pouces (mm)
La formule pour obtenir la quantité est basée sur la théorie de l’épaisseur de la couche. Cela permet d’obtenir une couche généreuse de lubrifiant, comme une épaisse couche de peinture. Pour mieux visualiser cette couche, un gel lubrifiant a été teinté en bleu et étalé sur un conduit blanc, comme le montrent les photos 1 et 2.
Photo 1 : Ici, le lubrifiant est appliqué à une épaisseur contrôlée de 0,01 pouce (0,25 mm). Cela permet d’obtenir une couche fine et continue de lubrifiant.
Photo 2 : la même couche de lubrifiant est appliquée en tant que poids par surface. Notez que le revêtement n’est pas aussi parfaitement uniforme. Il recouvre toute la surface.
L’expérience montre que la théorie correspond bien à la pratique. Lorsque la formule a été élaborée pour la première fois, les recommandations en matière de quantité correspondaient aux pratiques habituelles sur le terrain. Pour une traction de 300 mètres (1 000 pieds) dans un conduit de 1 000 mm (4 pouces), la consommation de lubrifiant est généralement de 16 à 40 litres (4 à 10 gallons). L’expérience acquise continue de soutenir ces recommandations en matière de quantité. Les utilisateurs finaux ont pu tirer parti de ces lignes directrices pendant des décennies. Qu’il s’agisse d’estimer la quantité de lubrifiant à utiliser pour un tirage de routine ou la quantité à acheter pour un chantier important comportant de nombreux tirages, la formule de calcul de la quantité de lubrifiant est un excellent point de départ.
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Une plus grande quantité de lubrifiant réduit-elle le CDF ?
Comment le coefficient de friction varie-t-il avec l’épaisseur de la couche du lubrifiant ? Est-il possible de « priver » le câble de lubrifiant de sorte qu’il n’y en ait pas assez pour qu’il soit efficace ? Si le lubrifiant est utilisé en excès, le câble doit-il se « frayer un chemin » à travers le lubrifiant, ce qui augmente effectivement le coefficient de friction ? Pour répondre à ces questions, le coefficient de friction a été mesuré dans différentes conditions :
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- Type de lubrifiant – Les lubrifiants en gel et en couches fines ont été testés.
- Quantité de lubrifiant – 25 %, 100 % et 200 % de la quantité recommandée.
- La force latérale variait également.
En utilisant une table de friction, la force de la paroi latérale peut être modifiée pour simuler le comportement d’un câble léger ainsi que celui d’un câble lourd qui peut tirer contre la paroi du conduit avec une grande force. Les lubrifiants ont été enduits selon la quantité recommandée (100 %), le double (200 %) et le quart de la quantité recommandée (25 %).
Les résultats sont présentés dans le graphique 1 ci-dessous. L’utilisation de lubrifiant réduit le coefficient de friction. Cet effet est indépendant de la quantité de lubrifiant utilisée.
GRAPHIQUE 1
La réduction de la friction est généralement indépendante de la quantité de lubrifiant. Une quantité moindre de lubrifiant se traduira par une réduction similaire de la friction. Cela s’explique par le fait que le lubrifiant a été appliqué soigneusement et uniformément sur le câble d’essai. La quantité efficace de lubrifiant est déterminée par ce qui est nécessaire pour que le lubrifiant atteigne tous les points de friction du câble.
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Remarque : Les lubrifiants spéciaux à couche mince ou pour soufflage sont concentrés et réduisent la friction même à une épaisseur de couche extrêmement faible. Les recommandations d’utilisation de ces lubrifiants à couche mince sont beaucoup plus basses que les recommandations standard et ont été suivies dans ce test.
Est-il possible d’utiliser trop de lubrifiant ?
À 200 % de la quantité recommandée, le lubrifiant a continué à fonctionner comme prévu. L’excès de lubrifiant s’écoule sur les côtés et au niveau de l’extrémité avant du câble. Aucun effet négatif n’a été constaté.
Sur la gauche, 200 % de gel lubrifiant, le « labourage » est visible, mais n’augmente pas la friction.
Sur la droite, 200 % d’excès de lubrifiant en couche mince s’écouleront dans le conduit.
Les recherches montrent généralement que le facteur de friction diminue lorsque la pression sur les parois latérales est élevée.1 Certaines sources supposent que cela est dû aux forces nécessaires pour surmonter la force de cisaillement du lubrifiant.2 Cet effet est minime et la réduction de la friction est indépendante de la viscosité du lubrifiant. La chimie des agents lubrifiants, la gaine du câble et le matériau du conduit jouent un rôle plus important dans la détermination du CDF.
Où est la limite basse ?
Que se passe-t-il avec des couches de lubrifiant de plus en plus fines ? Bien entendu, il existe une limite physique à la finesse de l’étalement du lubrifiant. Les lubrifiants à couche mince spécialement formulés sont concentrés et peuvent être enduits en une couche mince, comme leur nom l’indique. Si du lubrifiant est présent entre les deux surfaces mobiles, cela fonctionne.
La considération la plus importante est la capacité du lubrifiant à « porter » et à se répandre sur toute la longueur de la traction. Les grandes longueurs de tirage, les coudes multiples, les conduits sales ou remplis d’eau, le remplissage élevé des câbles, etc. sont des facteurs qui nécessitent une augmentation de la quantité de lubrifiant.3 Si les cas d’excès de lubrifiant sont rares, il arrive que l’on n’en utilise pas assez. Cela peut provoquer une tension de traction élevée et entraîner des problèmes tels que le surmenage de l’équipement et l’endommagement des systèmes de câbles. Les données de laboratoire montrent qu’il suffit parfois de très peu de lubrifiant pour réduire la friction. Les expériences sur le terrain montrent que l’utilisation d’une quantité généreuse de lubrifiant pour câble vaut le temps et l’effort.
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Mouillage, revêtement et épandage de lubrifiant
L’une des caractéristiques d’un bon lubrifiant pour câble est sa capacité à s’étaler et à recouvrir les surfaces tout au long de la traction. Le « mouillage de la surface » est une propriété importante d’un lubrifiant pour câbles performant. Pour comprendre ce qu’est le mouillage, imaginez ce qui se passe lorsque vous mettez de l’eau sur une voiture qui vient d’être cirée. L’eau perle et forme des gouttelettes. De la même manière, l’eau peut perler sur la surface lisse d’une gaine de câble en polyéthylène. Elle peut également être expulsée de la surface du câble lorsqu’elle est poussée contre la paroi du conduit, en particulier au niveau des courbes. Par exemple, un mauvais « lubrifiant » peut être expulsé d’entre le câble et le conduit. Ce manque de mouillage et de persistance est facilement identifié avec des tests de friction. Ce type de « lubrifiant » ne réduit pas le CDF.
Un bon lubrifiant (performant) pour câble s’écoulera et se répandra sur les surfaces du câble et du conduit. Il s’accrochera et restera enduit sur le câble lorsqu’il passera par de multiples coudes. Pour tester cela, un câble a été poussé dans un conduit avec 420 degrés de courbure. Après l’avoir tiré, on a observé la couverture du lubrifiant. Cette opération a été répétée trois fois. Dans chaque test, le lubrifiant a été enduit en utilisant différentes techniques.
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- Un cordon de lubrifiant a été appliqué sur la partie supérieure du câble lorsqu’il pénétrait dans le conduit.
- Le lubrifiant pour câble a été étalé tout autour du câble à la main.
- Le conduit a été pré-lubrifié avec du lubrifiant et le câble non lubrifié a été tiré à travers le conduit.
Le pourcentage de couverture de lubrifiant a été estimé visuellement. Un colorant fluorescent a été ajouté au lubrifiant et la gaine de câble a été observée à l’aide d’une lumière noire. La couverture de lubrifiant a été estimée comme indiqué sur les photos ci-dessous.
L’image 1 montre une couverture de ~40%, l’image 2 montre une couverture de ~75%, l’image 3 montre une couverture de ~90%.
Ce test montre que les lubrifiants performants pour câbles continuent à se répandre et à recouvrir les surfaces pendant que le câble se déplace dans le conduit.
Le premier test est une application manuelle contrôlée. Le lubrifiant est lissé sur toute la surface du câble et le câble est tiré à travers 15 pieds (4,6 m) de conduit enroulé non lubrifié. Lorsque le câble se déplace trois fois dans le système, la couverture de lubrifiant sur le câble est observée.
GRAPHIQUE 2
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Ce test montre que les lubrifiants performants restent enduits sur la gaine du câble même lorsque le câble se déplace sur la surface du conduit non lubrifié. Une partie du lubrifiant a été transférée à la surface du conduit et continue à se répandre. Il recouvre le câble au fur et à mesure de son passage. Cette action augmente la zone de couverture lorsque le câble se déplace dans le conduit.
Dans le second test, le lubrifiant est appliqué en un cordon étroit sur la partie supérieure du câble. Le câble est ensuite passé dans le conduit non lubrifié et la couverture est observée. Le câble est poussé à travers l’enrouleur deux fois de plus.
GRAPHIQUE 3
Ce test montre que les lubrifiants s’étalent d’eux-mêmes et recouvrent la surface du câble lorsque le câble se déplace dans le conduit. Le pourcentage de couverture augmente après chaque passage pour les trois types.
Dans le troisième test, le câble n’est pas du tout recouvert. Il est tiré à travers l’enrouleur lubrifié. Lorsque le câble se déplace dans le conduit, le lubrifiant est transféré à la surface du câble.
GRAPHIQUE 4
Dans ce cas de figure, le lubrifiant à haute performance continue à se répandre et à recouvrir toute la surface du câble. Après trois passages, tous les lubrifiants testés ont recouvert plus de la moitié de la surface du câble. La prélubrification du conduit est un excellent moyen d’assurer une bonne couverture du lubrifiant.
Polywater FTTx (lubrifiant à couche mince) est utilisé en quantité beaucoup plus faible. Il est plus persistant sur la surface enduite et ne se transfère pas aussi bien que les lubrifiants traditionnels. Les lubrifiants à couche mince comme Polywater FTTx restent enrobés sur la surface sur laquelle ils sont appliqués de sorte qu’il y a une couche lubrifiante complète entre le câble et le conduit.
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Conclusion
Un lubrifiant de traction performant est primordial pour une installation sûre des câbles. Pourtant, le lubrifiant n’est fonctionnel que s’il atteint l’endroit où se trouve la friction. De bonnes techniques de pré-lubrification et de revêtement aident à réduire le CDF et entraînent des tensions de traction plus faibles et plus prévisibles. L’utilisation de quantités généreuses de lubrifiant augmente les chances d’une couverture complète. Un lubrifiant haute performance qui s’étale de lui-même et reste enduit améliore encore le processus d’application.
La recherche prouve qu’une application minutieuse de quantités minimes d’un lubrifiant de qualité supérieure peut produire des CDF étonnamment bas. Cela permet de réaliser des économies potentielles en réduisant la quantité de lubrifiant nécessaire. Cependant, une application parfaite en laboratoire et une application réelle sur le terrain sont souvent deux choses différentes.
L’excès de lubrifiant n’augmente pas sensiblement le CDF, mais il contribue à enrober le câble et le conduit. Cela garantit que le lubrifiant atteint les points de friction. Le lubrifiant est également peu coûteux, certainement moins cher qu’un câble endommagé ou bloqué. Le risque de retard d’installation, d’augmentation des coûts de main-d’œuvre, de défaillance de l’équipement et/ou d’endommagement du câble est plus élevé en cas de lubrification inadéquate. Par conséquent, lors du calcul des quantités de lubrifiant, les meilleures pratiques dictent qu’il vaut mieux se tromper en disant qu’il est préférable d’appliquer trop de lubrifiant plutôt que pas assez.