Tecnología de enrollado de cables de acero

La tecnología de bobinado de cables de acero se refiere a los métodos y dispositivos de ingeniería diseñados para garantizar que el cable se enrolle de manera uniforme en un tambor , sin enganches, superposiciones ni capas irregulares. Estas técnicas son particularmente importantes cuando los cables se bobinan en varias capas, ya que un bobinado incorrecto puede causar daños, reducir la vida útil y comprometer la seguridad. Los sistemas de bobinado pueden incorporar ranuras especializadas, mecanismos de guía o dispositivos de tensión para controlar la colocación del cable y mantener patrones de bobinado uniformes.

Desde el desarrollo del cable de acero , compuesto por múltiples hebras de alambre , el enrollado del cable ha presentado desafíos técnicos. Cuando se enrolla en múltiples capas, las capas superiores tienden a aplastar las inferiores, mientras que las inferiores tienden a pellizcar las superiores. El roce del cable contra el cable también tiende a causar desgaste. Estos problemas fueron abordados por Frank L. LeBus Sr., un proveedor de equipos de perforación para los campos petrolíferos de Texas, EE. UU., quien en 1938, patentó el uso de una barra ranurada en tambores de elevación para guiar el enrollado del cable. Segmentos de acero con forma ranurada simplemente se soldaban o atornillaban a tambores de acero lisos existentes. ^{[ 1 ]} Desde entonces, las ranuras en los tambores se han utilizado ampliamente para guiar el enrollado del cable de acero en los tambores de los cabrestantes. La introducción de una ranura helicoidal continua en el tambor, como la rosca de un tornillo, proporciona una forma de guiar el cable al enrollarlo o desenrollarlo del tambor. Sin embargo, se ha demostrado que esto funciona eficazmente solo cuando la cuerda está enrollada en una sola capa. Cuando la cuerda está enrollada en varias capas, persisten los problemas. Frank LeBus introdujo un patrón de ranurado que colocaba la ranura paralela a las bridas del tambor, excepto por una sección inclinada que cruzaba la superficie del tambor para actuar como punto de cruce, moviendo la cuerda a lo largo del ancho de la ranura con cada revolución.

Si bien la empresa familiar Lebus continúa fabricando este equipo, sus patentes han expirado. Sin embargo, el nombre Lebus es una marca registrada propiedad de la empresa familiar Lebus, por lo que el término "Lebus Drum" se refiere específicamente a los productos de Lebus International.

El sistema de enrollado de cables de acero multicapa se ha perfeccionado continuamente a lo largo de los años y se ha adaptado a cualquier aplicación en la que se deban enrollar tramos largos de cables de acero en múltiples capas de forma rápida y fluida. Algunos ejemplos son:

• Grúas para obras de construcción, plataformas petrolíferas marinas , puertos o a bordo de buques.
• Minería profunda
• Cabrestantes a bordo de buques de investigación oceanográfica y barcazas de tendido de tuberías.
• Cabrestantes a bordo de buques pesqueros .
• Funiculares y teleféricos

Gracias al sistema de ranuras paralelas, el desgaste de la cuerda se reduce considerablemente en el bobinado multicapa.

Cuando la primera capa llena el tambor, la segunda capa retrocede a través de él, alineándose cada vuelta de cuerda con precisión sobre la ranura formada por dos vueltas de la primera capa. Gracias al ranurado paralelo, es posible calcular las fuerzas exactas que la cuerda ejerce sobre el tambor, ya que el bobinado está controlado.

El enrollado transversal se reduce a aproximadamente el 20 % de la circunferencia del tambor, y el 80 % restante permanece paralelo a las bridas en la ranura de la capa interior del cable. Este ranurado paralelo distribuye uniformemente la carga entre las distintas capas y ha demostrado aumentar sustancialmente —en más del 500 %, según las pruebas— la vida útil del cable. El sistema se ha utilizado para el montaje de cables.

En aplicaciones marinas, grandes longitudes de cable suelen almacenarse en tambores. Los cabrestantes de ancla de la barcaza de tendido de tuberías Semac 1 de Saipem , por ejemplo, almacenan cada uno 2800 metros de cable de acero de 76 mm (3 pulgadas) de diámetro en 14 capas. El Castorone de Saipem, el buque de tendido de tuberías más grande del mundo, utiliza un cable de acero de 3850 m de longitud y 152 mm de diámetro. Pesa 420 t. El cable es arrastrado por un cabrestante y almacenado en enormes cabrestantes de tracción Rema que incorporan un sistema de ranurado paralelo, con una tensión de retroceso aproximada de 40 t en el cabrestante.

Para maximizar los beneficios del sistema de ranurado paralelo, se requieren ciertas condiciones de funcionamiento. Estas incluyen:

Diseño específico para cada aplicación

Cada sistema debe adaptarse a la aplicación para la que se utiliza. El diseño de las ranuras está pensado para ajustarse a la longitud, el diámetro y el tipo de construcción de la cuerda.

Enrollado bajo tensión

En cualquier aplicación de bobinado multicapa, es importante que cuando la cuerda se instala por primera vez en el tambor, se haga bajo tensión para evitar cualquier holgura en las capas internas que pueda ser aplastada o mellada contra las paredes de la ranura por las capas externas.

Ángulo de flota correcto

El ángulo de flotación se define como el ángulo máximo que forma el cable entre la primera polea y la brida del tambor, con respecto al eje central del mismo. En todos los tipos de tambores, el cable está sujeto a un ángulo de flotación que influye en su comportamiento y afecta su vida útil. Este ángulo debe estar entre 0,25° y 1,25°, según la construcción del cable. El ángulo de flotación se puede modificar acercando o alejando la primera polea del tambor. Si la polea está demasiado cerca del tambor, el ángulo de flotación será mayor de 1,25°; si está demasiado lejos, será menor de 0,25°.

En ocasiones, no es posible lograr el ángulo de flotación óptimo. Cuando no hay espacio para instalar una polea a la distancia requerida del tambor, se dispone de dos dispositivos de enrollado adicionales. Uno es un compensador de ángulo de flotación, accionado automáticamente por la tensión del cable. El otro es un enrollador de nivelación de accionamiento mecánico. Ambos ofrecen una solución para guiar el cable a lo largo del tambor entre las bridas, pero cada uno tiene sus ventajas y desventajas.

Enrollador de nivel de tornillo

Los devanadores de nivel pueden ser accionados hidráulica o eléctricamente y controlados por computadora, o bien ser simples dispositivos mecánicos. Un devanador de nivel mecánico consta de un eje principal (el husillo) con ranuras helicoidales por las que se desplaza el alimentador de cable. La carcasa del alimentador incluye dos barras de rodillos verticales y un rodillo horizontal, o bien una polea para cable de acero. El movimiento lateral de la carcasa se genera mediante una relación de transmisión por cadena entre el tambor y el husillo, como se muestra en la imagen. El devanador de nivel automático instalado está diseñado y fabricado para ser compatible con las ranuras del tambor. Alternativamente, se puede integrar e instalar una polea dentro del bastidor de la carcasa. En este caso, el sistema se puede configurar en cualquier punto alrededor del tambor. Las instalaciones oceanográficas que enrollan cable de hasta 46 capas han demostrado que los devanadores de nivel proporcionan un enrollado sincronizado y controlado incluso en las condiciones más adversas y exigentes.

• Erhöhung der Seillebensdauer bei der Mehrlagenwicklung en Kranen; AiF-Vorhaben 14862 N/1, Universidad de Stuttgart, (pdf, 19 de febrero de 2013)
• Rudolf Becker. El gran libro de las grúas móviles y sobre orugas . ISBN 978-3-934518-02-5Página 50

• Dubbel: Manual de ingeniería mecánica, 19.ª edición, ISBN 978-3-642-17305-9, Abschn. 2.2.3 (en alemán)
• Grúas hoy: octubre de 2010
• Cris Seidenather: Corrección de ángulos de flota, International Cranes: enero de 2013;
• Cris Seidenather: Manteniéndolo suave, International Cranes, octubre de 2007; páginas 51-53, (pdf, 23 de febrero de 2013)