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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO ENGENHARIA MECÂNICA
EM37 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS II AULA 10 ELEMENTOS DE TRANSMISSÃO: CABOS DE AÇO (PARTE 2) Profa.: Dra. Alexandra de Oliveira França Hayama 30 de abril de 2012
CABOS
Um cabo pode ser construído em uma ou mais operações, dependendo da quantidade de fios e do número de fios da perna.
Por exemplo: um cabo de aço 6x19 (1+6+12) significa que na primeira operação ou primeira camada, é enrolada uma perna de 6 fios e 1 arame central. Na segunda operação ou segunda camada, são enrolados 12 fios.
CABOS
Relembrando: Os cabos de aço são designados como, por exemplo, 11/8 pol. 6 x 19. → O primeiro número indica o diâmetro do cabo → O segundo número indica o número de pernas → O terceiro número indica o número de fios de arame em cada perna.
Exemplo: um cabo de aço 6x19 (1+9+9) significa que na primeira operação ou primeira camada, é enrolada uma perna de 9 fios e 1 arame central. Na segunda operação ou segunda camada, são enrolados 9 fios.
ESCOLHA DA CONSTRUÇÃO EM FUNÇÃO DA APLICAÇÃO
A flexibilidade de um cabo de aço é inversamente proporcional ao diâmetro dos arames externos do mesmo, enquanto que a resistência à abrasão (atrito) é diretamente proporcional a este diâmetro, ou seja:
→ Quanto maior o diâmetro dos arames externos, menor a flexibilidade e maior a resistência à abrasão.
Uma composição com arames finos é escolhida quando prevalecer o esforço à fadiga de dobramento.
Uma composição de arames externos mais grossos é escolhida quando as condições de trabalho exigirem grande resistência à abrasão.
ESCOLHA DA CONSTRUÇÃO EM FUNÇÃO DA APLICAÇÃO
Como regra geral, vale o quadro abaixo: Tabela 1
Pelo quadro acima, o cabo de aço construção 6x41 Warrington-Seale (WS) é o mais flexível, graças ao menor diâmetro dos seus arames externos, porém é o menos resistente à abrasão, enquanto que o contrário ocorre com o cabo de aço construção 6x7.
ESPECIFICAÇÃO DE COMPRA Dados que devem ser fornecidos ao fabricante para compra de um cabo de aço: 1. Diâmetro do cabo em [mm]; 2. Construção (número de pernas, arames e composição: Seale, Filler ou outra); 3. Tipo de Alma (fibra ou aço); 4. Torção (regular ou Lang / direita ou esquerda); 5. Pré-formação (pré-formado, não pré-formado ou semi pré-formado); (cabo pré-formado: Cabo constituído de pernas, nas quais a forma helicoidal é dada antes do fechamento do cabo); 6. Lubrificação (com ou sem lubrificação); 7. Categoria de resistência à tração (PS, IPS, EIPS, EEIPS (fabricante CIMAF); 1570, 1770, 1960, 2160 (Norma ABNT NBR 6327)) e carga de ruptura mínima (CRM); 8. Acabamento (polido ou galvanizado; Quando o acabamento não é indicado, entende-se “polido”; cabo de aço polido: Cabo de aço constituído por arames de aço sem qualquer revestimento); 9. Indicação da aplicação; 10. Comprimento do cabo em [m].
CERTIFICADO FORNECIDO PELO FABRICANTE O certificado fornecido ao comprador pelo fabricante deve estar em conformidade com a Norma ABNT NBR 6327. A menos que especificado em contrário pelo comprador, o certificado deve fornecer, no mínimo, as seguintes informações: a) número do certificado; b) nome e endereço do fabricante; c) quantidade e comprimento nominal do cabo (opcional); d) designação do cabo (diâmetro, construção, composição da perna, tipo de alma, acabamento, categoria de resistência, torção); e) carga de ruptura mínima; f) data de emissão do certificado e assinatura de pessoa autorizada.
O número do certificado deve possibilitar a rastreabilidade do cabo. A emissão de um certificado pelo fabricante e a necessidade dos resultados de ensaio serem fornecidos ou não, são objeto de acordo entre o comprador e o fabricante, os quais definirão também, mediante acordo, quais resultados serão apresentados, se for este o caso.
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO (FABRICANTE: CIMAF)
Tipos de alma: AA: a alma de aço pode ser formada por uma perna de cabo AACI: alma de aço formada por um cabo de aço independente AF: alma de fibra natural AFA: alma de fibra artificial
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO (FABRICANTE: CIMAF)
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO (FABRICANTE: CIMAF)
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO (FABRICANTE: CIMAF)
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO (FABRICANTE: CIMAF)
Escavadeira:
A) Cabo de elevação da caçamba: 6x25 Filler, alma de aço (AACl), torção Lang, polido, EIPS B) Cabo de elevação da lança: 6x25 Filler, alma de aço (AACl), torção regular, polido, EIPS C) Cabo de arraste da caçamba: 6x25 Filler, alma de aço (AACl), torção regular, polido, EIPS
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO (FABRICANTE: CIMAF)
Guindaste sobre esteira:
A) Cabo de elevação: 6x25 Filler, alma de fibra (AF), torção regular, polido, EIPS B) Cabo de elevação da lança: 6x25 Filler, alma de aço (AACl), torção regular, polido, EIPS C) Cabo para segurar a lança: 6x25 Filler, alma de aço (AACl), torção regular, polido, EIPS
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO (FABRICANTE: CIMAF)
Ponte rolante:
A) Cabo de elevação: 6x41 Warrington-Seale, alma de fibra (AF), torção regular, polido, IPS B) Cabo para levantar cargas quentes: 6x41 Warrington-Seale, alma de fibra (AF), torção regular, polido, IPS OBS.: Para trabalhos em atmosfera corrosiva, também é recomendado cabo de aço com alma de aço (AACI)
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO (FABRICANTE: CIMAF)
Mineração – plano inclinado:
A) Cabo de tração: → 6x19 Seale, alma de fibra (AF), torção regular, polido, EIPS ou → 6x25 Filler, alma de fibra (AF), torção regular, polido, EIPS
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO (FABRICANTE: CIMAF)
Ponte pênsil:
A) Cabo principal: → 6x19 Seale, alma de aço (AACl), torção regular, galvanizado, EIPS ou → 6x25 Filler, alma de aço (AACI), torção regular, polido, EIPS B) Cabo de suspensão: → 6x19 Seale, alma de aço (AACl), torção regular, galvanizado, EIPS ou → 6x25 Filler, alma de aço (AACl), torção regular, polido, EIPS
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO (FABRICANTE: CIMAF)
Balancim:
A) Cabo de elevação: → 6x25 Filler, alma de aço (AACI), torção regular, polido, EIPS ou → 6x19 Seale, alma de aço (AACI), torção regular, polido, EIPS
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO (FABRICANTE: CIMAF)
Proteção de rodovias
→ 7 arames, galvanizado, PS/IPS/EIPS ou → 6x19 Seale, alma de aço (AACI), galvanizado, PS/IPS/EIPS
torção
regular,
EMENDAS E AMARRAÇÕES DE CABOS DE AÇO
Os arames com diâmetro acima de 0,4 mm devem, onde necessário, ter suas extremidades unidas por meio de brasagem ou soldagem.
Arames com diâmetro de até 0,4 mm (inclusive) devem, onde necessário, ser unidos por meio de brasagem, soldagem, torção ou simplesmente através da inserção das extremidades na formação da perna.
Se a emenda for executada através de torção durante a fabricação do cabo, quaisquer pontas de arames torcidos salientes devem ser removidas do cabo acabado.
EMENDAS E AMARRAÇÕES DE CABOS DE AÇO
A confecção de uma emenda requer trabalho cuidadoso e habilidoso. É importante o perfeito assentamento e o posicionamento das pernas no trecho da emenda.
Recomenda-se que o comprimento de uma emenda seja entre 1.000 a 1.500 vezes o diâmetro do cabo de aço.
A base essencial do processo de emendar é demonstrada pelo seguinte exemplo:
→ O exemplo refere-se a emenda de dois cabos de aço com diâmetro de 20mm, com 6 pernas, almas de fibra e pré-formados. Neste exemplo foi adotado um comprimento de emenda de 20mm x 1.200, ou seja, 24m.
EMENDAS E AMARRAÇÕES DE CABOS DE AÇO
EMENDAS E AMARRAÇÕES DE CABOS DE AÇO
EMENDAS E AMARRAÇÕES DE CABOS DE AÇO
EMENDAS E AMARRAÇÕES DE CABOS DE AÇO
EMENDAS E AMARRAÇÕES DE CABOS DE AÇO
Amarração por grampos:
Fios trançados: Exigência de alta mão de obra e habilidade.
EMENDAS E AMARRAÇÕES DE CABOS DE AÇO
Chumbamento:
Liga de chumbo ou de antimônio, ou ainda de zinco.
Cunha: Fácil desmontagem; o cabo deve estar constantemente tracionado.
ENROLAMENTO EM TAMBOR LISO OU BOBINA
É importante que o cabo de aço, para ser bem enrolado, seja fixado corretamente durante sua instalação.
Se isto não ocorrer, a primeira camada de enrolamento poderá apresentar falhas, provocando, consequentemente, ao serem enroladas as camadas superiores, amassamentos e deformações no cabo de aço, que diminuirão sensivelmente sua vida útil.
ENROLAMENTO EM TAMBOR LISO OU BOBINA
As figuras abaixo apresentam uma regra prática, para a fixação correta dos cabos de aço em tambores lisos ou bobinas.
ENROLAMENTO EM TAMBOR LISO OU BOBINA
DESENROLAMENTO DO TAMBOR LISO OU BOBINA
Para se evitar o nó durante o desenrolamento do cabo de aço, a bobina deverá ser colocada em um eixo horizontal sobre dois cavaletes, na qual a mesma gire em torno de seu eixo.
DESENROLAMENTO DO TAMBOR LISO OU BOBINA CORRETO
É importante que no desenrolamento, a bobina sempre gire em torno de seu eixo e nunca o cabo de aço gire em torno do eixo da bobina.
ERRADO
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO
Carga de trabalho: é a carga máxima que o cabo de aço está autorizado a sustentar.
O fator de segurança (FS) é a relação entre a carga de ruptura mínima (CRM) do cabo e a carga de trabalho (CT), ou seja:
Um fator de segurança adequado garantirá: → Segurança na operação de movimentação de carga; → Desempenho e durabilidade do cabo de aço e, consequentemente, economia.
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO
Tabela 2: Fatores de segurança mínimos para algumas aplicações:
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO
Tabela 3: Peso e cargas de ruptura mínima (ou carga de trabalho mínima) - (valores aproximados)
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO
Quando um cabo de aço passa em torno de uma polia, ocorre um certo reajuste de seus elementos.
Cada um dos fios e pernas deve deslizar uns sobre os outros, devido a isso é bem provável que exista concentração de tensões nessa operação.
A tensão em um dos arames de um cabo que passa em torno de uma polia pode ser calculada pela equação:
da σ=E D
σ: é a tensão de tração nos fios isoladamente E: módulo de elasticidade do cabo (e não dos arames) da:diâmetro do arame D: diâmetro da polia
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO
Módulo de elasticidade de cabo de aço: o módulo de elasticidade de um cabo de aço aumenta durante a vida do mesmo em serviço, dependendo de sua construção e condições sob as quais é operado, como intensidade das cargas aplicadas, cargas constantes ou variáveis, flexões e vibrações às quais o mesmo é submetido.
O módulo de elasticidade é menor nos cabos novos ou sem uso, sendo que para cabos usados ou novos pré-esticados, o módulo de elasticidade aumenta aproximadamente 20%.
Quanto maior o módulo de elasticidade, menor é a deformação elástica.
σ E= ε
E: módulo de elasticidade σ: Tensão na região elástica ε: Deformação na região elástica
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO
Tabela 4: Módulos de elasticidade aproximados de construções usuais de cabos de aço novos:
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO
Deformação estrutural: A deformação estrutural é permanente e começa logo que é aplicada uma carga ao cabo de aço.
É motivada pelo ajustamento dos arames nas pernas do cabo e pelo acomodamento das pernas em relação à alma do mesmo.
A deformação estrutural ocorre nos primeiros dias ou semanas de serviço do cabo de aço, dependendo da carga aplicada.
Nos cabos de aço convencionais, o seu valor varia aproximadamente de 0,50% a 0,75% do comprimento do cabo de aço sob carga.
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO
A deformação estrutural pode ser quase totalmente removida através do pré-esticamento do cabo de aço.
A operação de pré-esticamento é feita com uma carga que deve ser maior do que a carga de trabalho do cabo, e inferior à carga correspondente ao limite elástico do mesmo.
Em certas instalações, como por exemplo em “Skip de Alto-Forno”, o alongamento do cabo de aço não pode ultrapassar determinado limite, o mesmo deve ser “pré-esticado”.
Costuma-se
também pré-esticar cabos a serem usados em pontes pênseis ou serviços semelhantes.
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO
Deformação elástica: é diretamente proporcional à carga aplicada e ao comprimento do cabo de aço, e inversamente proporcional ao seu módulo de elasticidade e área metálica.
P.L ∆L = E.A m ∆L: deformação elástica P: carga aplicada L: comprimento do cabo E: módulo de elasticidade Am: área metálica
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO
A área metálica de um cabo de aço varia em função da construção do cabo.
Ela é constituída pela somatória das áreas das seções transversais dos arames individuais que o compõem, exceto dos arames de preenchimento, no caso do cabo Filler.
O cálculo da área metálica de um cabo de aço, considerando os espaços vazios existentes entre os arames pode ser realizado utilizando um fator de multiplicação, de acordo com a seguinte fórmula:
A m = F.d
2
Am: área metálica F: fator de multiplicação (tabelado) D: diâmetro nominal do cabo de aço (mm)
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO
Tabela 5
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO Para cabos de 6 pernas com AACI adicionar 15% à área metálica; com AA adicionar 20% e para cabos de 8 pernas com AACI adicionar 20% à sua área metálica.
De uma maneira geral pode-se estimar em 0,25% a 0,50% a deformação elástica de um cabo de aço, quando o mesmo for submetido a uma tensão correspondente a 1/5 de sua carga de ruptura, dependendo de sua construção.
A deformação elástica é proporcional à carga aplicada desde que a mesma não ultrapasse o valor do limite elástico do cabo. Esse limite para cabos de aço usuais é de aproximadamente 55% a 60% da carga de ruptura mínima do mesmo.
RESISTÊNCIA DOS CABOS DE AÇO Tabela 6: Categorias de resistência à tração (CIMAF): As siglas PS, IPS, EIPS e EEIPS referem-se aos primeiros estágios do desenvolvimento do cabo de aço e permanecem até hoje. → PS: Plow Steel (Aço de arado) → IPS: Improved Plow Steel → EIPS: Extra Improved Plow Steel → EEIPS: Extra Extra Improved Plow Steel
Tabela: Categorias de resistência à tração (ABNT NBR 6327):
EXERCÍCIOS 1 – O que significa a configuração das pernas dos seguintes cabos de aço: a) Cordoalha 19 fios, 1+6/12
b) Cordoalha 37 fios, 1+6/12/18
c) Cabo 6x19 Seale, 1+9+9
d) Cabo 6x25 Filler, 1+6+6+12
EXERCÍCIOS 2 – Quais as informações que devem ser fornecidos ao fabricante para compra de um cabo de aço? 3 – Quais as informações devem estar contidas no certificado fornecido ao comprador pelo fabricante do cabo de aço? 4 - Sabe-se que o cabo de aço em um guincho está sujeito à umidade do meio ambiente e que ele utiliza 2 cabos de aço durante a operação de guinchar outro automóvel. A carga máxima de trabalho que deve ser suportada é de 3000 kgf. O cabo de aço deve apresentar elevada resistência à tração. Determinar o tipo de cabo de aço que deverá ser utilizado e o diâmetro mínimo do mesmo.
EXERCÍCIO 4 - SOLUÇÃO Tabela 2
EXERCÍCIO 4 - SOLUÇÃO CRM = 7500 kgf
Tabela 3
