Mesurer la friction de tirage de câble à l’aide d’un test avec dévidoir

Ce document explique aux lecteurs le test du dévidoir de Polywater, un test bien établi qui utilise une roue de 1 mètre (3 pieds) de diamètre pour calculer le coefficient de friction (CDF) dans de multiples cas de figure. Comment cette grande roue bleue peut-elle aider le fabricant de lubrifiants que nous sommes ? Le test du dévidoir s’est avéré être une méthode polyvalente pour tester l’effet du remplissage du conduit sur la tension de tirage de câble et est particulièrement utile pour analyser différents scénarios d’installation de câbles à fibre optique.

De plus, cette méthode nous permet d’évaluer un large éventail de types de gaines de câbles et de conduits. Elle a joué un rôle déterminant dans l’ajout récent de câbles et de gaines de télécommunications à notre base de données, une ressource portant sur l’ensemble du secteur et qui permet de mesurer le coefficient de friction pour planifier les installations de câbles, quelle que soit leur échelle. Bien sûr, ce test s’inscrit également dans le cadre de la garantie que les lubrifiants que nous développons subissent de nombreux tests avant leur mise sur le marché. En réalité, Polywater utilise le test du dévidoir depuis plus de 35 ans. Il a donc été utilisé pour tester la majorité de nos lubrifiants.

Les mesures de tension relevées lors de ce test complètent le travail effectué sur la Table de Friction de Polywater. La table de friction fonctionne sur une longueur plate de conduit interne avec une force normale mesurée. Le test du dévidoir mesure la tension pendant que le câble se déplace dans les courbes et les virages. Ensemble, ces tests offrent des contributions précieuses à l’ensemble des connaissances de Polywater en matière de lubrification.

Le test du dévidoir fonctionne extrêmement bien avec les modèles de câbles légers et les conduits continus. Il s’agit d’un test idéal pour les câbles à fibre optique. La conception avec enroulement du test augmente la tension et produit des données valides dans un espace relativement compact. Cette conception est recommandée par Telcordia, la CEI et la plupart des fabricants de câbles.

Comment le test du dévidoir fonctionne-t-il

Dans cette méthode, le conduit est enroulé à 420° autour d’une roue de 1 mètre (3 pieds) de diamètre. Un poids (T_in) d’un poids standard de 11,3 kg (25 lb) est suspendu à une poulie à 4,6 m (15 pieds) au-dessus du plan de traction à un angle de 60°. Le câble est ensuite tiré par un treuil fonctionnant à une vitesse constante de 20 m (65 pieds) par minute. Une cellule de charge fixée au câble du treuil mesure la tension de tirage (T_out) toutes les demi-secondes.

Les données obtenues sont directement introduites dans une feuille de calcul qui établit la moyenne de la tension de tirage et calcule le coefficient de friction. Notez que le câble est tiré (en mouvement) lorsque ces mesures sont prises. Le coefficient de friction est donc « dynamique ». La formule suivante est utilisée pour calculer ce coefficient de friction dynamique :

Où :

μ est le coefficient de friction cinétique, CDF (sans dimension)
T_in est la tension d’entré (force)
T_out est la tension de tirage mesurée (force)
Θ est l’angle total du conduit autour du coude, soit 7,33 radians

Les valeurs réelles du coefficient de friction obtenues sur le terrain peuvent être plus élevées. Sur le terrain, de nombreux facteurs affecteront la tension de tirage, par exemple, la technique d’application du lubrifiant, la température, la rigidité du câble, le pourcentage de remplissage du conduit et les contaminants éventuels.

Résultats généraux

L’analyse et la présentation de toutes les données et conclusions tirées de cette méthode de test dépassent le cadre de ce document. Toutefois, nos conclusions générales sont synthétisées ci-dessous.

Tension d’entrée

La conception de ce test ne permet pas une variation directe de la force normale (pression latérale). Au lieu de cela, la tension d’entrée (T_in) peut être modifiée en utilisant différents poids de contre-tension. Ceci va produire une tension de tirage variable (T_out). La force de la paroi latérale est un rapport entre la tension de tirage et le rayon, selon l’équation suivante (pour un seul câble) :

La pression latérale est

Où :

T_out est la tension (force) de tirage mesurée.
R est le rayon de courbure

En utilisant une tension d’entrée plus faible ou plus élevée, la pression latérale est également réduite ou augmentée.

Le graphique 1 ci-dessous montre une série de résultats provenant d’un seul groupe testé. Dans ce test, le lubrifiant pour câbles Polywater® FTTx a été utilisé pour lubrifier un câble à fibre optique en polyéthylène ignifugé (FR-PE) et un câble à fibre optique en PEMD à travers un conduit interne en PEHD continu à paroi lisse. Les tensions ont été mesurées avec une tension d’entrée variable. Le coefficient de friction a été calculé à partir de la tension de tirage mesurée.

Pour ce test, le coefficient de friction est légèrement inférieur lorsque la pression latérale est plus élevée. Il s’agit d’un résultat normal basé sur de nombreuses répétitions de ces tests de friction. Le graphique ci-dessous montre plus en détail les données et le calcul de la pression latérale de l’ensemble de données du graphique 1.

Comme indiqué, le CDF est plus faible lorsque la pression latérale est plus élevée. Dans certains tests, l’effet est moins spectaculaire. Ce test est souvent effectué avec une tension d’entrée variable, mais les résultats du CDF sous les tensions d’entrée plus faibles produisent un écart-type plus élevé. Les résultats sont normalement rapportés sur la base d’une tension d’entrée de 11,3 kg_f (25 lb_f).

Effets de la gaine du câble

Le graphique 2 ci-dessous montre les coefficients de friction moyens pour divers câbles tirés à travers un conduit en polyéthylène à paroi lisse, en utilisant des câbles lubrifiés et non lubrifiés. Ces données montrent que le CDF dépend des matériaux de surface. Les lubrifiants haute performance sont efficaces sur une large gamme de matériaux. Pour ces données, les valeurs de CDF avec lubrifiant se situent dans une fourchette étroite de 0,09 à 0,11, tandis que les valeurs sans lubrifiant se situent dans une fourchette beaucoup plus large, de 0,22 à 0,35. Le CDF plus faible en cas de lubrification du conduit facilite les tirages à faible tension, de sorte que les installations en conduit peuvent être plus longues, avec moins d’épissures.

Impact des conduits

Le graphique 3 mesure le CDF dans un conduit en PEHD lisse ou annelé. Dans ce test, les différents styles de conduit ont un impact minimal sur le CDF. L’utilisation de lubrifiants est le principal facteur de réduction du CDF. Polywater CGL est un gel lubrifiant plus épais et, dans ce test, il est moins efficace dans le conduit annelé. Polywater FTTx est un lubrifiant haute performance en film mince présentant une excellente réduction de la friction dans le conduit lisse comme dans le conduit annelé.

Impact du lubrifiant

Le graphique 4 ci-dessous montre les coefficients de friction moyens pour une gaine en PEMD dans un conduit en polyéthylène à paroi lisse avec différents lubrifiants de tirage. Tous les lubrifiants réduisent la friction et présentent de grandes différences de coefficient de friction par rapport au témoin non lubrifié. Tous ces lubrifiants sont efficaces pour réduire la friction. Bien que les performances des lubrifiants dépendent des combinaisons de matériaux, les lubrifiants haute performance sont généralement efficaces sur une large sélection de modèles de gaines. Le choix du lubrifiant doit tenir compte de la conception du chemin de câbles et de l’application envisagée. Les différents lubrifiants testés reflètent une large diversité : des gels aptes à l’écoulement, filandreux, des gels épais et des liquides pulvérisables en couche mince.

Conduits prélubrifiés

Les lubrifiants Polywater sont compatibles avec les conduits prélubrifiés. Le graphique 5 compare les conduits standard et prélubrifiés. Alors que les conduits prélubrifiés produisent des valeurs de CDF plus basses, les lubrifiants Polywater tels que Prelube 2000™ sont extrêmement efficaces pour réduire la friction. Dans ce cas, Prelube 2000 égalise la situation. Avec Prelube 2000, le conduit standard et le conduit prélubrifié produisent le même CDF.

Résumé

Notre test du dévidoir, bien établi, fonctionne bien pour les câbles légers et s’est avéré une méthode polyvalente pour mesurer l’effet du remplissage du conduit sur la tension de tirage des câbles. Il est particulièrement utile pour analyser des scénarios d’installation de câbles à fibre optique, tout en soutenant le développement de la famille de lubrifiants pour câbles de communications de Polywater. Les données de friction résultant de ce test peuvent être utilisées pour planifier et optimiser l’installation des câbles dans les conduits.

Bibliographie

International Electrotechnical Commission, “IEC/TR62470 Technical Report, Guidance on Techniques for the Measurement of the Coefficient of Friction (COF) between Cables and Ducts” Edition 1.0, Genève Suisse, octobre 2011.

Telcordia “Generic Requirements for Optical Cable Innerduct, Associated Conduit, and Accessories” Issue 2, Piscataway, NJ, juin 2009