O impacto do pré-estiramento nas cordas de elevador

Nesta Plataforma de Leitura, os autores examinam se as cordas esticadas em fábrica produzem os resultados desejados.

Introdução

Este artigo resume as principais conclusões de investigações científicas realizadas em diferentes tipos de cabos de elevador, no que diz respeito ao seu desempenho em termos de alongamento e elasticidade, considerando o pré-alongamento, e esclarece a importância do pré-alongamento em comparação com as opções de produtos com rigidez otimizada e baixo alongamento do atual portfólio de produtos da Gustav Wolf.

Como demonstraram os seus autores em Comportamento elástico das cordas de elevador (ELEVATOR WORLD, julho de 2015),[1] o aumento da altura dos edifícios e das vias de circulação, os altos níveis de utilização, os projetos modernos de sistemas, etc., estão aumentando as exigências sobre as propriedades físicas dos cabos de suspensão em elevadores. A tendência de economia de custos e energia através da redução do tamanho e peso das massas móveis em relação às cargas dinâmicas (por exemplo, peças de acionamento e rotativas) e às cargas estáticas (por exemplo, a cabine ou o compartimento da cabine) desloca ainda mais o ponto de operação dos cabos de suspensão modernos para faixas de carga mais baixas. Uma consideração importante, além da força mínima de ruptura e da vida útil (ou desempenho de fadiga por flexão) do cabo, é o comportamento de alongamento e elasticidade do cabo sob carga. O alongamento e a elasticidade do cabo estão diretamente relacionados à deflexão compressiva da cabine sob carga e, portanto, têm um impacto significativo no comportamento e desempenho da instalação do elevador, bem como na percepção subjetiva do passageiro sobre o conforto do sistema (por exemplo, movimento da cabine durante o embarque e desembarque, nivelamento da cabine e desalinhamentos dos patamares/soleiras da cabine).

Além disso, muitos projetistas e usuários de cabos de elevador se deparam com a escolha entre cabos pré-esticados e não pré-esticados, especialmente quando se trata de cabos com núcleo de fibra natural ou sintética. Alguns fabricantes recomendam cabos de elevador pré-esticados, enquanto outros não. Outros ainda oferecem cabos de elevador com baixa elasticidade. Mas, afinal, o que significa pré-esticamento e qual o seu efeito? Existem alternativas?

Métodos de pré-esticamento de cordas

De acordo com a Draka Elevator,[2] o pré-estiramento é definido como a pré-carga dos cabos de forma que os principais elementos do cabo, como as fibras do núcleo, o próprio núcleo, os fios e os cordões, possam se acomodar/fixar sob carga antes da instalação. A etapa de pré-estiramento pode ocorrer durante ou após o processo de produção do cabo, sendo que os efeitos do pré-estiramento durante a produção são negligenciáveis, uma vez que o tempo envolvido é muito curto para se obter qualquer benefício em termos do processo de fixação.

Melhorar o comportamento de alongamento por meio do pré-estiramento de cabos com núcleo de fibra natural exige um fator de tempo muito elevado; por esse motivo, alguns fabricantes oferecem cabos para elevadores pré-estirados após a produção. No entanto, mesmo que os cabos sejam pré-estirados após o processo de produção, o efeito pode ser considerado mínimo ou inexistente. Embora a velocidade seja menor do que durante a produção do cabo, o tempo necessário para atingir um alongamento significativamente menor é insuficiente, devido à deformação permanente do cabo. Cabos com núcleo de fibra natural para elevadores com pré-estiramento eficaz a longo prazo seriam muito caros. Em condições reais, os cabos trocam de bobina algumas vezes antes de serem instalados nos elevadores. Primeiro, eles são transferidos da produção para as bobinas principais e, geralmente, das bobinas principais para bobinas menores em armazéns para distribuição. Por fim, são cortados no comprimento desejado e enrolados das bobinas de armazém para bobinas menores ou rolos, prontos para serem instalados.

Durante esse manuseio, os fios e cabos mudam de posição e tendem a perder qualquer benefício do processo de pré-estiramento. Essa é outra razão pela qual o efeito do pré-estiramento de cordas é extremamente pequeno ou inexistente.

Atualmente, fabricantes experientes de cabos de elevador utilizam materiais e métodos de produção adequados para minimizar o alongamento permanente e elástico dos cabos e otimizar sua rigidez no ponto de aplicação da carga. O resultado são cabos de elevador com a propriedade de "baixo alongamento", cujos dados nominais de alongamento demonstram um desempenho superior em comparação com a maioria dos cabos oferecidos como "pré-esticados". A norma ISO 4344 indica a força de tração máxima aplicada durante o processo de pré-esticamento e nas etapas subsequentes do processo.

Os efeitos do pré-alongamento

O módulo de elasticidade final da corda não é um valor quantitativo constante disponível imediatamente após a instalação. Em vez disso, a estrutura da corda está sujeita a um comportamento de acomodação; após a acomodação, a rigidez específica da corda permanece constante em uma determinada faixa de carga. A Figura 1 ilustra o módulo de elasticidade da corda entre 2% e 10% da resistência mínima à ruptura em função do número de ciclos de carga axial. Todos os módulos de elasticidade foram relacionados ao valor de ajuste final do respectivo tipo de corda, de modo que as diferenças quantitativas relativas ao módulo de elasticidade dos tipos de corda avaliados neste ponto não são consideradas.

Pode-se observar que, qualitativamente, o fato de uma corda ter sido submetida a um processo de pré-estiramento exerce apenas uma influência menor em seu comportamento em termos de atingir a saturação do seu módulo de elasticidade axial. Embora o módulo inicial no primeiro ciclo de carga apresente um aumento de aproximadamente 18% devido ao pré-estiramento, ambas as curvas se aproximam muito rapidamente, dependendo do número de ciclos de carga. Entre vários ciclos de carga, z = 10 a z = 80, pode-se assumir uma diferença no módulo de elasticidade de aproximadamente 2-2.5%. A partir de vários ciclos de z A partir de = 100, nenhuma diferença significativa no módulo de elasticidade pôde ser detectada.

Obviamente, o fenômeno de deformação permanente inerente à corda, no qual os componentes da corda se comprimem sob carga, ocorreu, como demonstrado pela dependência do módulo de elasticidade de ajuste em função dos ciclos de carga axial. Além disso, isso ocorreu apesar de quaisquer processos prévios de pré-estiramento. No entanto, esse processo pode ser visto como um fenômeno de curto prazo que atinge a saturação logo após a instalação. Observando a Figura 1, fica evidente que nenhuma diferença no módulo de elasticidade final pôde ser obtida por meio de pré-estiramento, visto que ambas as amostras atingiram o mesmo valor em sua fase de saturação.

Os resultados dos testes de laboratório mencionados anteriormente também poderiam ser validados em testes de campo em elevadores em escala real. Como mostrado anteriormente, deve-se notar que, para cabos com núcleos de fibra sintética (SFCs), o comportamento de assentamento pode ser mais pronunciado, portanto, um período de assentamento mais longo pode ser necessário.[1] Obviamente, os resultados mostrados na Figura 1 dependem da carga cíclica real aplicada no teste ou na aplicação real e podem variar quantitativamente, mas não qualitativamente.

O pré-estiramento é por vezes considerado uma forma de reduzir (mas não eliminar) o alongamento permanente dos cabos de elevador recém-instalados, com o objetivo de eliminar a necessidade de encurtá-los após a instalação. A Figura 1 indica que, no que diz respeito aos valores de alongamento permanente e elástico, não se verifica qualquer diferença significativa com o pré-estiramento, para além do desempenho em termos do módulo de elasticidade do cabo.

Conclusão

Como demonstrado anteriormente,[1] cabos de suspensão com núcleos de fibra natural e sintética apresentam inicialmente uma rigidez significativamente reduzida e, consequentemente, um módulo de elasticidade menor (cerca de 50-60% do módulo final), atingindo sua rigidez final lentamente, em comparação com cabos equipados com núcleos mistos ou totalmente de aço, que se estabilizam naturalmente devido à sua construção. No entanto, cabos com núcleo de fibra podem apresentar vantagens em termos de robustez ao alongamento e elasticidade, considerando a torção do cabo e outros aspectos específicos da instalação ou aplicação.[5] Cabos de elevador com torção paralela e núcleos mistos ou de aço são especialmente delicados e tendem a se destorcer facilmente durante a instalação, se não forem manuseados corretamente. Com essa exceção, os cabos com torção paralela apresentam um comportamento de alongamento bastante satisfatório.

Ao considerar a aplicação de cordas com núcleo de fibra natural, deve-se dar especial atenção ao desempenho real da corda em termos de alongamento e módulo. Isso depende muito da qualidade do núcleo de fibra, de seus componentes e do processo de fabricação.[2] O núcleo de fibra suporta os filamentos quando a corda está sob carga. Um bom núcleo de fibra natural permanece firme e não se comprime pela pressão dos filamentos, evitando assim o alongamento excessivo da corda. Um bom núcleo de fibra natural tem uma influência significativa na redução do alongamento da corda e proporciona um desempenho estável do módulo. Por esse motivo, os fabricantes de cordas com produção interna de núcleos podem integrar e controlar a produção dentro de seus próprios sistemas de qualidade.

Frequentemente, o termo “pré-esticado” é usado para uma corda que, na realidade, apresenta alongamento significativamente reduzido e, portanto, baixo, além de um módulo de elasticidade elevado. Como mostrado na Figura 1, pode-se afirmar que os efeitos obtidos por meio do pré-esticamento são negligenciáveis ​​em condições reais de uso e não substituem os aspectos mencionados anteriormente em relação a um núcleo de fibra de “baixo alongamento”. De fato, pesquisas demonstraram que núcleos de fibra de “baixo alongamento” de fabricantes renomados apresentaram, em todos os casos, alongamento estrutural inferior ao de cordas com o predicado “pré-esticado”.

Cabos com núcleo de fibra natural geralmente apresentam um módulo de elasticidade axial e rigidez menores do que cabos com núcleo misto (fibra e aço) ou núcleo totalmente de aço.[1] No entanto, para cabos com núcleo de fibra, essa característica pode ser aumentada. Por um lado, isso pode ser alcançado por meio do achatamento (compactação) dos fios/cabos externos, como realizado com o Gustav Wolf CompactTrac (ELEVATOR WORLD, março de 2006)[3] ou com a substituição do núcleo de fibra natural por um núcleo de fibra sintética de alto módulo e alta resistência, como no caso do HyTrac da Gustav Wolf (EW, julho de 2012).[4] A Figura 2 resume o desempenho dos tipos de cabos da Gustav Wolf em termos de rigidez axial, força mínima de ruptura e vida útil à fadiga por flexão, para melhor atender às necessidades de uso em aplicações específicas.

Com a série “Trac”, a Gustav Wolf desenvolveu uma nova geração de cabos para elevadores. Eles devem ser considerados para atender às crescentes demandas dos sistemas de elevadores e, em particular, para instalações em edifícios altos.

Referências
[1] Franz, A., Stahr, K. “Comportamento elástico de cabos de elevador”, EW, julho de 2015, Vol. 60, Edição 7, p. 86-92.
[2] Draka Elevator. “Cordas de elevador pré-esticadas e de baixo alongamento”, Dica Técnica 16, 2012.
[3] Wolf, E., Franz, A. “Desenvolvimento de cordas para elevadores”, EW, março de 2006, p. 122-126.
[4] Franz, A. “Desenvolvimento de corda híbrida para elevadores”, EW, julho de 2012, Vol. 60, Edição 7, p. 90.
[5] Gustav Wolf. The Rope Handbook, Revisão 2, setembro de 2017.