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Figura 2.48: tipos de torção em cabos de aços.
Enrolamento do Cabo de Aço. (a) enrolamento oposto (cruzado) à direita; (b) enrolamento único à direita; (c) enrolamento oposto à esquerda, e (d) enrolamento único à esquerda.
No cabo de torção regular, os fios de cada perna são torcidos em sentido oposto à torção das próprias pernas (em cruz). No cabo de torção Lang, os fios de cada perna são torcidos no mesmo sentido que o das próprias pernas (em paralelo). A torção Lang aumenta a resistência à abrasão do cabo, bem como sua flexibilidade. Por outro lado, a torção regular confere maior estabilidade ao cabo. Há ainda os cabos de aço anti-giratórios, onde cada camada de pernas tem um sentido de enrolamento inverso ao da camada imediatamente inferior.
2.12.3 - Lubrificação de cabos
Figura 2.49: Esquema de lubrificação de cabos de aços.
Para uma melhor conservação dos cabos galvanizados, indicamos um lubrificante especial, anti-corrosivo, aplicado a quente, similar ao usado durante sua fabricação. Se o cabo é usado periodicamente, ficando durante muito tempo sem trabalhar, é recomendável uma lubrificação pesada ao começar o período de seu desemprego temporário. Se este período for prolongado durante meses, antes de reiniciar o serviço deve-se limpar o cabo e remover o lubrificante protetor, para em seguida aplicar-se um lubrificante novo.
Os cabos são lubrificados interna e externamente durante o processo de fabricação com um lubrificante composto especialmente para cabos. Para uma boa conservação do cabo, recomenda-se renovar a lubrificação periodicamente. A lubrificação dos cabos é muito importante, tanto como proteção contra corrosão como também em vista da duração do cabo, sendo que o mesmo, como qualquer máquina, resistirá melhor ao desgaste interno e externo se for devidamente lubrificado.
2.12.4 - Possíveis falhas, Inspeção e substituição dos cabos de aço em uso
No projeto de um portão vertical é essencial que seja feito inspeções periodicamente, a fim de prevenir possíveis falhas dos cabos de aço utilizado, assim evitando que o seu estado chegue a apresentar o perigo de uma ruptura.
Na inspeção devemos ter as seguintes observações: números de arames rompidos, arames gastos por abrasão, corrosão, desequilíbrio dos cabos e maus tratos e nós.
Essas observações são de extrema importância para o funcionamento adequado ou para verificar se alguns componentes em questão foram corretamente dimensionados (Polias, tambor e o cabo de aço). Abaixo exemplo do comportamento do cabo de aço, com o dimensionamento ou mau uso.
Quebra por fadiga - cargas elevadas em polias de pequenas dimensões
Cabo de aço com amassamento - enrolamento desordenado no tambor.
Enrolamento desordenado em tambor de pequeno, cargas elevadas
Ruptura de cabo que soltou da polia e ficou dobrado e preso no eixo da mesma.
Gaiola de passarinho causada pelo alívio repentino de tensão proveniente de uma sobrecarga.
Existem instalações em que o rompimento de um cabo põe em risco vidas humanas, como o caso de elevadores e teleféricos de passageiros. Nestes casos, existem normas especiais que definem a forma de inspecionar e substituir os cabos de aço. Nos demais casos, salvo algumas exceções, pode-se determinar a substituição dos cabos em serviço pelo número de arames rompidos visíveis.
A tabela abaixo apresenta as principais falhas e, conseqüentemente, as causas mais prováveis.
2.12.5 - Uniões e fixações do cabo de aço
As pontas de um cabo de aço devem ser fixadas firmemente para garantir a segurança do funcionamento do mesmo. A força que uma fixação de cabo deve suportar é igual a 2,5 vezes a força de tração no cabo de aço.
Os tipos de fixação possíveis são:
Amarração por grampos ou clips;
Fixação por fios trançados: exigida muita mão de obra e habilidade do operador;
Fixação por chumbamento: que pode ser realizada com liga de chumbo ou de antimônio, ou ainda de zinco,
Fixação por meio de cunha: permite fácil desmontagem, porém exige que o cabo esteja constantemente sendo tracionado.
2.12.6 - Cargas de trabalho e fatores de segurança
A carga de trabalho de um cabo de uso geral, especialmente quando ele é movimentado, não deve, via de regra, exceder a 1/5 da carga de ruptura mínima efetiva do mesmo, definindo um fator de segurança igual a 5. O fator ou índice de segurança é a relação entre a carga de ruptura mínima efetiva do cabo e a carga aplicada. Um índice de segurança adequado garante:
Segurança da operação, evitando rupturas, e
Duração do cabo e, conseqüentemente, economia.
Damos a seguir os fatores de segurança mínimos para diversas aplicações.
Cabos guia estático
Serviços gerais de levantamento de carga
Laços (Lingas)
Guindastes - Torres de perfuração (tipo Petróleo)
Talhas elétricas e pneumáticas
Pontes rolantes de fornos siderúrgicos
Elevadores de baixa velocidade (16 a 100 m/min)
Elevadores de alta velocidade (101 a 470 m/min)
2.12.7 - Tensão de tração no cabo
O cálculo teórico do diâmetro necessário do cabo de aço, em função da carga a ele aplicada é complexo, por envolver muitos parâmetros não totalmente controlados, tais como freqüência de dobramentos, raio de dobramento, concentração de tensões nas superfícies de contato entre fios e entre pernas, desgaste dos fios de arame, etc. Assim, na prática, lança-se mão de normas para este cálculo.
Segundo a norma DIN 15020, a tensão de tração do cabo é determinada pela máxima tração do cabo, F (kgf) e pelo diâmetro mínimo admissível do cabo, dmin (mm), sendo que este diâmetro é calculado segundo a equação abaixo.
Fc = força de tração no cabo
k = fator determinado de acordo com o grupo de trabalho do cabo, dado na tabela abaixo.
Após a determinação do diâmetro mínimo para o cabo de aço, deve-se optar por um cabo de aço comercial, escolhido através de catálogos de fabricantes.
Deve-se também calcular o fator de segurança efetivo para o cabo de aço escolhido, comparando-o com os fornecidos na tabela acima.
Frup = força de ruptura para o cabo de aço (obtido do catálogo).
2.12.8 - Deformação longitudinal dos cabos de aço
Existem dois tipos de deformação longitudinal nos cabos de aço, a estrutural e a elástica.
Deformação estrutural. A deformação estrutural é permanente e começa logo que é aplicada uma carga ao cabo. É motivada pelo ajustamento dos arames nas pernas do cabo e pelo acomodamento das pernas em relação à alma do mesmo. A maior parte da deformação estrutural ocorre nos primeiros dias ou semanas de serviço do cabo de aço, dependendo da carga aplicada. Nos cabos comuns, o seu valor pode ser aproximadamente 0,50% a 0,75% do comprimento do cabo de aço sob carga. A deformação estrutural pode ser quase totalmente removida por um pré-esticamento do cabo de aço. A operação de pré-esticamento é feita por um processo especial e 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.
Deformação elástica. A 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.
ΔL = deformação elástica; P = carga aplicada;
L = comprimento do cabo; E = módulo de elasticidade,
Amet = área metálica.
2.12.9 - Área metálica de cabos de aço
A área metálica de um cabo de aço é constituída pela soma das áreas das seções transversais dos arames individuais que o compõem, exceto dos arames de enchimento. A área metálica varia em função da construção do cabo de aço. A tabela abaixo apresenta os parâmetros básicos do cabo de aço de acordo com a construção do mesmo.