El impacto del estiramiento previo en las cuerdas de los elevadores

En esta plataforma de lectores, los autores examinan si las cuerdas estiradas en fábrica ofrecen los resultados deseados.

Introducción

Este artículo resume los principales hallazgos de las investigaciones científicas realizadas en diferentes tipos de cables de ascensor con respecto a su desempeño en las áreas de estiramiento y elasticidad considerando el preestiramiento y arroja una luz sobre el preestiramiento en comparación con los de rigidez optimizada y de bajo estiramiento. opciones de productos de la cartera de productos actual de Gustav Wolf.

Como mostraron sus autores en Comportamiento de elasticidad de los cables de ascensor (ELEVATOR WORLD, julio de 2015),[1] el aumento de la altura de los edificios y de los recorridos, los altos niveles de uso, los diseños de sistemas modernos, etc., están aumentando las exigencias sobre las propiedades físicas de los cables de suspensión en los ascensores. La tendencia hacia el ahorro de costes y energía mediante la reducción del tamaño y el peso de las masas móviles con respecto a las cargas dinámicas (por ejemplo, las piezas de accionamiento y giratorias) y las cargas estáticas (por ejemplo, la cabina o el cerramiento de la cabina) desplaza aún más el punto de funcionamiento de los cables de suspensión modernos hacia rangos de carga inferiores del cable. Una consideración importante, además de la fuerza de rotura mínima del cable y la vida útil (o el rendimiento de la fatiga por flexión), es el comportamiento de estiramiento y elasticidad de un cable bajo carga. El estiramiento y la elasticidad del cable están directamente relacionados con la deflexión compresiva de la cabina bajo carga y, por tanto, tienen un impacto significativo en el comportamiento y el rendimiento de la instalación del ascensor, así como en la percepción subjetiva del pasajero sobre la comodidad del sistema (por ejemplo, el movimiento de la cabina durante la carga y descarga, la nivelación de la cabina y los desplazamientos de los rellanos del hueco del ascensor/umbrales de la cabina).

Además, muchos diseñadores y usuarios de cables de ascensor se enfrentan a la elección entre cables de ascensor preestirados y no preestirados, especialmente cuando se trata de cables con un núcleo de fibra natural o sintética. Algunos fabricantes de cables recomiendan cables elevadores preestirados y otros no. Otros ofrecen cables elevadores de poco estiramiento. Pero, ¿qué significa exactamente el estiramiento previo y cuál es el efecto? ¿Hay alternativas?

Métodos de preestirado de cuerdas

Según Draka Elevator, [2] el pre-estirado se define como cables de precarga de manera que los elementos principales del cable, como las fibras del núcleo, el núcleo, los alambres y las hebras pueden asentarse bajo carga antes de la instalación. El paso del proceso de preestirado puede tener lugar durante o después del proceso de producción del cable, mientras que los efectos del preestirado durante la producción del cable son insignificantes, ya que el factor de tiempo involucrado es demasiado corto para obtener beneficios en términos del proceso de fraguado. .

Mejorar el comportamiento de alargamiento mediante el preestirado de las cuerdas con núcleo de fibra natural requiere un factor de tiempo muy alto; por esta razón, algunos productores ofrecen cables de elevador pre-estirados de posproducción. Pero, incluso si las cuerdas se estiran previamente después del proceso de producción, se puede evaluar que el efecto es mínimo o nulo. Aunque la velocidad es más lenta que durante la producción de la cuerda, el tiempo para lograr un estiramiento más bajo significativo es insuficiente, debido a un fraguado permanente de la cuerda. Las cuerdas con núcleo de fibra natural para ascensores con un estiramiento previo eficaz durante mucho tiempo serían demasiado costosas. En condiciones realistas, las cuerdas cambian las bobinas varias veces antes de instalarlas en los ascensores. Primero, pasan de la producción a las bobinas maestras y, por lo general, de las bobinas maestras a las bobinas de almacén más pequeñas para su distribución. Al final, se cortan a medida y se enrollan desde bobinas de almacén hasta bobinas pequeñas o bobinas, listas para ser instaladas.

Durante dicha manipulación, los hilos y alambres cambian de posición y tienden a perder cualquier beneficio del proceso de preestirado. Ésta es otra razón por la que el efecto del preestirado de las cuerdas es extremadamente pequeño o nulo.

Hoy en día, los fabricantes experimentados de cables de ascensor utilizan materiales y métodos de producción adecuados para minimizar el alargamiento permanente y elástico de los cables de ascensor y optimizar la rigidez del cable en el punto de carga. Los resultados son cables de ascensor con la propiedad de "estiramiento bajo", cuyos datos nominales en términos de alargamiento muestran un rendimiento mejorado en comparación con la mayoría de los cables que se ofrecen como "preestirados". ISO 4344 indica la fuerza de tracción máxima aplicada tanto durante el proceso de preestirado como durante los pasos del proceso.

Los efectos del estiramiento previo

El módulo final del cable no es un valor cuantitativo constantemente disponible inmediatamente después de la instalación del cable. En cambio, la estructura de la cuerda está sujeta a un comportamiento de asentamiento; una vez que ha tenido lugar el asentamiento, la rigidez específica del cable está constantemente presente en un cierto rango de carga. La figura 1 ilustra un módulo elástico del cable entre el 2% y el 10% de la resistencia mínima a la rotura en función del número de ciclos de carga axial. Todos los módulos elásticos se relacionaron con el valor de ajuste final del tipo de cable respectivo, de modo que no se consideran deliberadamente las diferencias cuantitativas con respecto al módulo de elasticidad de los tipos de cable evaluados en este punto.

Se puede observar que, cualitativamente, el hecho de que una cuerda haya sido sometida a un proceso de preestirado muestra solo una influencia menor en su comportamiento en términos de alcanzar o lograr la saturación de su módulo de elasticidad axial. Aunque el módulo inicial en el primer ciclo de carga muestra un aumento de aproximadamente el 18% debido al preestirado, ambas curvas se aproximan entre sí muy rápidamente, dependiendo del número de ciclos de carga. Entre varios ciclos de carga desde z = 10 a z = 80, se puede suponer una diferencia en el módulo elástico de aproximadamente 2-2.5%. De varios ciclos de z = 100 en adelante, no se pudo detectar ninguna diferencia significativa en el módulo elástico.

Evidentemente, se ha producido el fenómeno de fraguado inherente del cable, en el que los componentes del cable se comprimen bajo carga, mostrándose en la dependencia del módulo de ajuste de elasticidad en función de los ciclos de carga axial. Además, esto ha tenido lugar a pesar de cualquier proceso de preestirado previo. Sin embargo, este proceso puede verse como un fenómeno a corto plazo que alcanza la saturación poco después de la instalación. Al observar la Figura 1, es evidente que no se pudo lograr ninguna diferencia en el módulo de elasticidad final mediante el preestirado, ya que ambas muestras alcanzaron el mismo valor en su fase de saturación.

Los resultados de las pruebas de laboratorio antes mencionadas también podrían validarse en pruebas de campo de ascensores a escala real. Como se mostró anteriormente, debe tenerse en cuenta que para las cuerdas con núcleos de fibra sintética (SFC), el comportamiento de fraguado puede ser más pronunciado, por lo que puede ser necesario un período de fraguado más largo. [1] Por supuesto, los resultados que se muestran en la Figura 1 dependen de la carga cíclica real aplicada en las pruebas o en la aplicación real, y pueden variar cuantitativamente pero no cualitativamente.

A veces se considera que el preestirado reduce (pero no elimina) la cantidad de alargamiento permanente de los cables elevadores recién instalados, con el objetivo de eliminar la necesidad de acortarlos después de la instalación. La figura 1 indica que, con respecto a las cantidades de estiramiento permanente y elástico, no se observa una diferencia significativa mediante el preestirado, aparte del rendimiento en términos de módulo de cuerda.

Conclusión

Como se mostró antes, [1] los cables de suspensión con núcleos de fibra natural y sintética inicialmente exhiben una rigidez del cable significativamente reducida y, por lo tanto, un módulo (aproximadamente 50-60% del módulo final) y se acercan a su rigidez final lentamente, en comparación con los cables equipados con Núcleos de acero mixtos o completos, que se asientan naturalmente debido a su construcción. Sin embargo, los cables con núcleo de fibra pueden presentar ventajas en lo que respecta a la robustez del alargamiento y la elasticidad, teniendo en cuenta la torsión del cable y otros aspectos específicos de la instalación o la aplicación. [5] Los cables de ascensor colocados en paralelo con núcleos mixtos o de acero son especialmente delicados y tienden a desenrollarse fácilmente durante la instalación si no se manipulan correctamente. Con esta excepción, las cuerdas tendidas en paralelo muestran un comportamiento de elongación bastante bueno.

Al considerar la aplicación de cables con núcleo de fibra natural, se debe prestar especial atención al rendimiento real del cable en términos de alargamiento y módulo. Esto depende en gran medida de la calidad del núcleo de la fibra, sus componentes y el proceso de fabricación. [2] El núcleo de fibra soporta los hilos cuando la cuerda está bajo carga. Un buen núcleo de fibra natural se mantiene firme y no se comprime por la presión del hilo, evitando así un estiramiento excesivo de la cuerda. Un buen núcleo de fibra natural tiene una influencia significativa en la reducción del alargamiento del cable y proporciona un rendimiento de módulo estable. Por esta razón, los fabricantes de cables con producción interna de núcleos pueden integrar y controlar la producción dentro de sus propios sistemas de calidad.

A menudo, el término "preestirado" se utiliza para un cable que en realidad muestra una reducción significativa y, por lo tanto, un alargamiento bajo y un rendimiento de módulo de cable aumentado. Como se muestra en la Figura 1, se puede afirmar que los efectos logrados mediante el preestirado son insignificantes en condiciones de uso realistas y no reemplazan los aspectos mencionados anteriormente con respecto a un núcleo de fibra de "bajo estiramiento". De hecho, las investigaciones han demostrado que los núcleos de fibra de “bajo estiramiento” de fabricantes conocidos en todos los casos tenían un alargamiento estructural más bajo que los cables con el predicado “preestirado”.

Las cuerdas con núcleos de fibra natural presentan comúnmente un módulo axial de elasticidad y rigidez más bajos que las cuerdas con un núcleo mixto (fibra y acero) o un núcleo de acero completo.[1] Sin embargo, para las cuerdas con un núcleo de fibra, esta característica se puede aumentar. Por un lado, esto se puede lograr mediante un aplanamiento (compactación) de los alambres/cordones exteriores, como se lleva a cabo con Gustav Wolf CompactTrac (ELEVATOR WORLD, marzo de 2006)[3] o con una sustitución del núcleo de fibra natural por un núcleo de fibra sintética de alto módulo y alta resistencia como con HyTrac de Gustav Wolf (EW, julio de 2012).[4] La Figura 2 resume el rendimiento de los tipos de cuerdas de Gustav Wolf en términos de rigidez axial de la cuerda, fuerza mínima de rotura y vida útil por fatiga por flexión para proporcionar un mejor uso orientado a la aplicación.

Con la serie "Trac", Gustav Wolf ha desarrollado una nueva generación de cables elevadores. Deben tenerse en cuenta para las demandas cada vez mayores de los sistemas de ascensores y, en particular, para las instalaciones de gran altura.

Referencias
[1] Franz, A., Stahr, K. “Elasticity Behavior of Elevator Ropes”, EW, julio de 2015, vol. 60, número 7, pág. 86-92.
[2] Elevador Draka. “Cuerdas de ascensor preestiradas y de poca elasticidad”, Consejo técnico 16, 2012.
[3] Wolf, E., Franz, A. “Rope Development for Elevators”, EW, marzo de 2006, p. 122-126.
[4] Franz, A. “Desarrollo de cuerdas híbridas para ascensores”, EW, julio de 2012, vol. 60, número 7, pág. 90.
[5] Gustav Wolf. The Rope Handbook, revisión 2, septiembre de 2017.