Cabos de Aço

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DEM/UFRJ - Elementos de Máquinas II – EEK 452 Cabos de Aço Prof. Flávio de Marco Filho 1 1.3 - CABOS DE AÇO 1. INTRODUÇÃO Os cabos de aço são elementos mecânicos utilizados para transmissões entre grandes distâncias. São também empregados para fins estruturais. É um tipo de transmissão bastante econômica levando em consideração a relação entre grandes distâncias e altas potências. O cabo de aço é composto, basicamente, por um conjunto de arames de aço, reunidos em um feixe helicoidal, constituindo uma corda de metal resistente aos esforços de tração e com a característica de possuir uma flexibilidade bastante acentuada. Inicialmente, os cabos de aço eram utilizados para transmissão de energia elétrica em grandes distâncias. Atualmente, o domínio de novas tecnologias e novas formas de transmissão e distribuição, os tornou praticamente obsoletos para este fim. Porém, para transmissões mecânicas e também para fins estruturais, os cabos de aço são ainda bastantes utilizados. Figura 1 - A primeira máquina de fabricação de cabos de aço patenteada.

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Material de consulta sobre cabos de aço

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1.3 - CABOS DE AO

1. INTRODUO Os cabos de ao so elementos mecnicos utilizados para transmisses entre grandes distncias. So tambm empregados para fins estruturais. um tipo de transmisso bastante econmica levando em considerao a relao entre grandes distncias e altas potncias. O cabo de ao composto, basicamente, por um conjunto de arames de ao, reunidos em um feixe helicoidal, constituindo uma corda de metal resistente aos esforos de trao e com a caracterstica de possuir uma flexibilidade bastante acentuada. Inicialmente, os cabos de ao eram utilizados para transmisso de energia eltrica em grandes distncias. Atualmente, o domnio de novas tecnologias e novas formas de transmisso e distribuio, os tornou praticamente obsoletos para este fim. Porm, para transmisses mecnicas e tambm para fins estruturais, os cabos de ao so ainda bastantes utilizados.

Figura 1 - A primeira mquina de fabricao de cabos de ao patenteada.DEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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No Brasil o cabo de ao foi fabricado pela primeira vez em 1953 pela Companhia Industrial e Mercantil de Artefatos de Ferro CIMAF, que j atuava na produo de parafusos. O objetivo era abastecer a demanda da construo civil, indstria mecnica, siderrgica, minerao, bem como a automotiva e transporte.

Figura 2 Fabricao dos primeiros cabos de ao dcada de 50.

Os primeiros cabos de ao fabricados utilizaram arames da Companhia Belgo-Mineira e foram destinados a tratores e uso geral. A evoluo dos cabos de ao no Brasil atravs dos anos apresentada na figura 3, abaixo.

Figura 3 Evoluo da fabricao do cabo de ao no Brasil.(Revista CNews no 13 - 2003 - Cimaf )

Atualmente mquinas modernas, como a apresentada na figura 4, possibilitam a fabricao de cabos com alta tecnologia no Brasil.

Figura 4 Mquina planetria gigante.

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2. CARACTERSTICAS, APLICAES E PROCESSO DE FABRICAO Sua caracterstica principal a alta resistncia combinada com grande flexibilidade. Algumas de suas aplicaes mais importantes so: elevadores de carga e de passageiros, telefricos, gruas e guindastes, ponte pnsil e rolante e etc.. So utilizados tambm na indstria automobilstica (acionamento de freios de mo e algumas caixas de velocidades), na indstria aeronutica (acionamento de flap de avies) e mesmo com linha de pesca esportiva. Devido s caractersticas especiais de resistncia (no homogeneidade dos materiais componentes do cabo, da seo dos arames, do atrito entre os elementos componentes do cabo, etc.) dos cabos, alguns valores empricos, aliados a altos coeficientes de segurana, so utilizados para seu dimensionamento.

Figura 5 Exemplo de utilizao de cabos de ao. (cortesia de Cabos de Ao SIVA)DEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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Tabela 1 - Tipos de cabos de ao. (cortesia de Cabos de Ao SIVA)

6x7+AF

6x19+AF

6X19+AF Seale

6X19+AF Warrington 1+6+(6+6)

6x25+AF Filler 1+6+6+12

6X37+AF

1+6

1+6+12

1+9+9

1+6/12/18

6X41+AACI Warrington Seale 1+6+(6+6)/18 1+8+8+8+16 1+8+(8+8)+16 Warrington Filler

6X37+AACI

6X41+AACI

2.1. PROCESSO DE FABRICAO A matria-prima o fio-mquina, que um produto de laminao a quente, de ao sem ligas, de alto teor carbono que recebido em bobinas. Antes de entrar no processo de trefilao, o fio-mquina passa por uma decapagem (sucessivos banhos qumicos para limp-lo e prepar-lo para a trefilao). A trefilao um processo a frio, no qual o fio-mquina forado a atravessar uma matriz (trefila) onde esticado, obtendo um arame de dimetro menor. A tolerncia de sada dos arames trefilados bastante rgida. A trefilao grossa produz um arame de dimetros mdio, seguida da trefilao fina para obteno do arame com o dimetro final. Por causa do prprio processo de deformao plstica, o arame adquire a resistncia trao exigida pelo cabo de ao a ser produzido. Entre as duas etapas da trafilao se faz o patentamento, um processo chave para a qualidade final do cabo de ao. O patenteamento um tratamento trmico efetuado sobre os arames com dimetro intermedirio (antes da trefilao fina). Sua caracterstica diferencial uma fase isotrmica, efetuada por imerso num banho de chumbo fundido. Os arames a serem patenteados so esquentados acima do ponto crtico (915 C) para depois serem resfriados at aproximadamente 550 C e permanecr nessa temperatura alguns segundos antes do seu resfriamento final. Esse tratamento condiciona a estrutura molecular do ao, levando-a a um estado de rbita extremamente fina e uniforme, quase invisvel ao metalgrafo. Assim, o ao est preparado para a ltima trefilao, que permite atingir as caractersticas definitivas. A galvanizao feita por imerso em zinco fundido, geralmente em linha contnua com o patenteamento. Em certos produtos, a zincagem feita aps a ltima trefilao (especialmente em pernas galvanizadas). Os arames que no so galvanizados so levados a um banho de fosfato prvio trefilao.O controle da qualidade do arame fundamental para garantir a qualidade do cabo de ao. realizada a amostragem de cada bobina fabricada, para realizar testes laboratoriais de: - dimetro e ovalizao, - estado superficial, - resistncia trao, - ductilidade, - espessura e centralizao da camada de zinco nos arames galvanizados e - aderncia da camada de zinco nos arames galvanizados.DEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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Testes metalogrficos so realizados para monitorar o andamento dos processos e arrecadar dados para o desenvolvimento e melhoramento do produto. Depois de ter sido obtido o arame, ele levado ao setor de produo de cabos, cujo esquema exibido no quadro:

Arames

Mquinas de Encordoado

Mquinas de Cabo Fechado

CABO DE AO

As mquinas de encordoamento fazem o torcimento helicoidal dos arames para formar as pernas. Durante esse processo, todos os arames so lubrificados com o lubrificante adequado para cada caso. Estas mquinas so basicamente de dois tipos: - tubulares, mais tradicional e divulgado. - de dupla toro, mais moderno e de alta produtividade. As mquinas para produo de cabos fechado fazem o torcimento helicoidal das pernas, ou seja, utilizam um conceito semelhante ao das de encordoamento; porm, geralmente so maiores. Um aspecto fundamental no processo de produo de cabos o pr-formado, cujo ajuste perfeito extremamente importante durante a fabricao. Realiza-se um controle visual e dimensional no produto acabado, bem como um teste de resistncia, segundo a norma aplicvel no caso. verificado automaticamente a quantidade, controlando, atravs de uma balana digital, os dados do contador de metros. Tambm so realizados numerosos testes de ruptura total e de envelhecimento artificial por fadiga, que fornecem dados para o desenvolvimento e aprimoramento de produtos, apesar de no serem exigidos pelas normas em vigor.

3. COMPOSIO BSICA E MATERIAIS Os arames so as unidades bsicas para a construo do cabo de ao. A montagem dos cabos a partir dos arames feita da seguinte forma: Torcedura dos arames ao redor de um elemento central, de modo especfico, em uma ou mais camadas, formando a denominada perna. As pernas so, ento, torcidas ao redor de outro elemento central, que recebe a denominao de alma, constituindo, assim, o cabo de ao, conforme mostra a figura 6(a). Conhecendo essa nomenclatura, o modo mais simples e comum de se representar um cabo de ao atravs de sua seo transversal, apresentada na figura 6(b).

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6 x 19 - SEALEFigura 6 (a) Elementos componentes dos cabos de ao. Figura 6 (b) Seo transversal de um cabo de ao 6 x 19 Seale.

Os componentes principais dos cabos de ao so: arames, pernas ou toros e a alma. 3.1. ARAMES Os arames utilizados em cabos de ao so fios de ao estirados a frio, de alta resistncia mecnica, fabricados com tcnicas especficas para obteno das seguintes propriedades: resistncia trao ductibilidade resistncia ao desgaste pequena variao dimensional devido variao de temperatura resistncia corroso Possuem a seguinte composio bsica: %C 0,3 a 0,8 % Si mx 0,3 % Mn 0,4 a 0,8 P+S mx 0.04

Outros materiais tambm utilizados so o ao inox, o bronze fosforoso, o cobre, o lato e o alumnio. Acabamento superficial dos arames O acabamento superficial est relacionado com a resistncia corroso do cabo. Os cabos de ao podem ser lubrificados, zincados ou galvanizados. galvanizados apropriado para cabos estticos ou relativamente estticos, submetidos ao de um meio agressivo, como umidade, cidos, etc. lubrificados recomendado para a maioria das outras aplicaes, pois combina as propriedades da lubrificao, que so: proteo contra corroso e diminuio do atrito entre os arames. Existem diferentes tipos de lubrificao, adequadas para diferentes utilizaes do cabo de ao.DEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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3.2. PERNAS ou TOROS 3.2.1. Torceduras As pernas so compostas de arames torcidos em torno de um ncleo. A torcedura pode ser das seguintes formas: TORCEDURA REGULAR, DIAGONAL ou CRUZADA ( direita, figura 7-A e esquerda, figura 7-B) - os fios de arame e as pernas so torcidos em sentidos opostos; no tendem a torcer; so mais fceis de manusear e so mais flexveis, porm menos resistentes trao e ao desgaste. TORCEDURA PLANA, LANG ou PARALELA ( direita, figura 7-C e esquerda, fig. 7-D) - os arames e as pernas so torcidas no mesmo sentido; porm menos flexveis e mais difceis de manusear. TORCEDURA ALTERNADA (Regular e Lang).

Figura 7 Aparncia dos diversos tipos de torcedura de Cabos de Ao.

3.2.2. Tipos de pernas A - Perna SEALE: Caracteriza-se por possuir uma configurao em que, na ltima camada, so dispostos arames de grande dimetro, possibilitando assim grande resistncia abraso. A composio mais comum 9 + 9 + 1 = 19 (figura 8.A). B Perna FILLER Caracteriza-se por ter fios mais finos entre duas camadas de arames, ocupando o espao existente entre elas. Esse tipo de perna utilizado quando so necessrios cabos comDEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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uma seo metlica maior e boa resistncia ao esmagamento. A composio mais comum : 12 + 6 / 6 + 1 = 25 (figura 8.B). C - Perna WARRINGTON: Caracteriza-se por ter a camada exterior formada por arames de dimetros diferentes, alternando a sua colocao. O cabo torcido com pernas de fios de vrios dimetros. Os fios da camada adjacentes no se interceptam e cada fio se aloja no sulco formado por dois fios internos. Isto reduz as presses especficas entre dois fios e aumenta a flexibilidade e a vida desses cabos. O tipo de perna mais usado : 6 / 6 + 6 + 1 = 19 (figura 8.C). D - Perna WARRINGTON SEALE: Existem composies que so formadas pela aglutinao de duas das acima citadas. A composio Warrington-Seale possui as principais caractersticas de cada composio, proporcionando ao cabo alta resistncia abraso conjugado com alta resistncia fadiga de flexo (figura 8.D).

A Perna SEALE

B Perna FILLER

C Perna WARRINGTON

D - Perna WARRINGTON-SEALE

Figura 8 - Tipos mais comuns de pernas de cabos de ao.

3.3. NCLEO OU ALMA O ncleo dos cabos de ao serve de suporte para os arames e pernas. Podem ser fabricado com diferentes materiais e por isso recebem as seguintes denominaes: a) ALMA DE FIBRA AF: o ncleo composto por fibras vegetais naturais, tais como sisal, rami, cnhamo ou juta, embebidos em leo para reduo do desgaste produzido pelo atrito entre os fios e para proteo contra corroso e desgaste (fig.9A). b) ALMA DE FIBRAS ARTIFICIAIS AFA: o ncleo composto de fibras artificiais, geralmente de polipropileno, que no se deterioram em contato com a gua ou substncias corrosivas e agressivas. Porm so de preo mais elevado, sendo utilizados apenas em cabos de ao especiais. c) ALMA DE AO, que pode ser de dois tipos: ALMA DE AO AA, formada por uma perna do prprio cabo de ao, (fig. 9C) ALMA DE AO DE CABO INDEPENDENTE AACI, formada por um cabo de ao independente, sendo esta a mais utilizada, pois combina as caractersticas de flexibilidade e resistncia trao, (fig. 9B).

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ALMA ou NCLEO Arame

Perna

Cabo de Ao 6x7

A Alma de fibra - AF

B Alma de ao formada por cabo independente AACI

C Alma de ao formada por uma perna do cabo - AA

Figura 9 Tipos de almas de cabos de ao.

3.4. OUTROS TIPOS DE CABOS DE AO 3.4.1. Cabos de ao pr-formado Nesses cabos, cada fio individual e cada perna, antes de serem torcidos, so prformados para corresponderem sua disposio no cabo. Disto resultam fios descarregados no esto sujeitos a tenses internas. Estes cabos no tendem a se distorcer se as amarras em torno das suas extremidades forem desapertadas. Isso facilita as emendas nos cabos. Cabos pr-formados tm as seguintes vantagens sobre o cabo de ao usual : distribuio uniforme da carga sobre os fios individuais, o que reduz as tenses internas; maior flexibilidade; menor desgaste dos cabos ao passar sobre a polia ou se enrolar sobre um tambor porque os fios e pernas no se projetam do contorno do cabo e os fios, mais externos, se desgastam uniformemente; os fios quebrados permanecem nas suas posies iniciais e no saem do cabo aumentando a vida; maior segurana operacional. 3.4.2. Cabos de ao com pernas lisas So utilizados onde estejam sujeitos abraso e desgaste intensivo. So, usualmente, feitos de cinco pernas lisas e um ncleo de fio liso; as pernas so torcidas sobre um ncleo de cnhamo. Tm maior rea de contato com a polia ou tambor do que os cabos de pernas circulares. Por isso, suportam presses mais uniformes e se desgastam menos. A garganta da polia em roldana deve ser projetada de tal modo que o cabo entre em contato com 1 3 de sua circunferncia. 3.4.3. Cabos de ao fechado O cabo fechado fabricado com uma camada externa de fios de forma especial (no esfrica) e um cabo interno redondos, de toro simples em espiral. So utilizados em transportadores areos e guindastes. Tm a vantagem de possuir a superfcie lisa, fios fortemente enrolados e de apresentar boa resistncia ao desgaste. Porm apresentam uma flexibilidade insuficiente. 3.4.4. Cabos de ao No RotativosDEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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O cabo de ao submetido ao de uma carga gira sobre o seu eixo. Isso acontece devido ao enrolamento em hlice dos arames e das pernas. O sentido do giro inverso ao enrolamento do cabo, fazendo com que o cabo sempre procure se desenrolar. Quando a altura do levantamento considervel (dependendo do dimetro do cabo e outros fatores), esse problema comea a adquirir importncia e nos sistemas com duas ou mais linhas, quase certo o enroscamento dos cabos. Isso gera uma condio altamente prejudicial e perigosa para o cabo e para a segurana em geral. Na maioria dos casos a soluo consiste no uso de cabos de ao no rotativos. Estes cabos devem ser empregados para o levantamento de cargas no guiadas (ou seja, que podem rotar livremente), com alturas de levantamento considerveis. O projeto desse tipo de cabo baseia-se em reunir elementos cujos momentos de toro sejam equilibrados entre si, produzindo uma resultante praticamente nula. Esses cabos tm numerosas pernas dispostas em duas ou mais camadas. O mais popular o 18 x 7 + 1 x 7, geralmente denominado "19 x 7". Nesse desenho so dispostas duas camadas de 6 e 12 pernas, respectivamente, sobre uma alma de uma perna, sendo todas as pernas praticamente iguais, de 7 fios cada uma. O resultado um cabo de propriedade altamente no rotativa, com excelente resistncia trao, porm com nveis mdios de flexibilidade e resistncia ao esmagamento. Existem outras construes possveis, todas elas baseadas no mesmo princpio. A construo 34 x 7 mais flexvel e mais eficiente como anti-giratrio, porm a estabilidade levemente menor.

(A) - direo de rotao das camadas do cabo no-rotacional.

(B) Camadas alternadamente sobrepostas.

Figura 10 - Construes no rotativas mais usuais.

Recomenda-se no utilizar cabos no-rotativos quando a carga for guiada (quando a rotao no for possvel). O cabo no rotativo deve ser mantido sempre condicionado em bobinas e no em rolos. Estes cabos podem facilmente produzir ns, esmagamento e sofrerem desbalanceamento. Devem ser consideradas as mesmas recomendaes dadas para os cabos comuns. Por causa do desenho particular, os cabos anti-giratrios apresentam muitas diferenas em relao aos cabos de 6 pernas. O comportamento quanto ao desgaste e a ruptura desses cabos so diferentes dos apresentados pelos cabos convencionais. Esse fato acarreta a necessidade de utilizar critrios especficos de manuseio, uso e inspeo. Para a configurao 19 x 7, o dimetro mnimo de enrolamento deveria ser entre 30 e 40 vezes o dimetro do cabo, no entanto de fato, muitos equipamentos so fabricados comDEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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relaes menores. Nas instalaes com dimetros menores, prefervel utilizar um cabo de construo 34 x 7 ou verificar a possibilidade de utilizar um cabo convencional. Os cabos no-rotativos sempre devem estar sob tenso. No deve ser induzida rotao alguma sobre a carga. Essa rotao poderia produzir um desbalanceamento dos momentos de toro das pernas de hlices contrapostas, produzindo deformaes no cabo. A livre rotao do cabo produzir uma reduo da resistncia, desequilbrio da carga e possvel desbalanceamento do torque do cabo.

4. MEDIDAS, ESPECIFICAO E PRINCIPAIS SIMBOLOGIAS 4.1. DIMETRO NOMINAL/REAL O dimetro nominal de um cabo de ao, que aquele que se encontra nas tabelas normalizadas com a correspondente tolerncia, medido pela circunferncia que o circunscreve. Assim sendo, o dimetro dos cabos de ao deve ser medido conforme monstrado na figura 11, abaixo.

Figura 11 - Medio correta do dimetro do cabo de ao.

4.2. ESPECIFICAO DE CABOS DE AO E PRINCIPAIS SIMBOLOGIAS E ABREVIATURAS Os cabos de ao so especificados da seguinte forma:

Dcabo x no de Pernas x no de Arames por perna + tipo de cabo ou almaExemplo: Cabo de ao 22 x 6 x 7 AF dimetro = 22 mm; pernas = 6; fios/perna = 7; com alma de fibra. As principais simbologias utilizadas na especificao de cabos de ao so apresentadas na tabela 2, abaixo.DEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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Tabela 2 Principais abreviaturas utilizadas em cabos de ao.

ABREVIATURA S W F WS AF AA AACI

DESCRIO Seale Warrington Filler Warrington-Seale Alma de fibra Alma de Ao Alma de ao cabo independente

5. CLASSIFICAO DE CABOS E NOMENCLATURA Os cabos de ao so classificados, quanto resistncia em 6 categorias, conforme apresentado na tabela 3, abaixo.Tabela 3 Categorias dos cabos de ao.

TIPO Ferro (IRON) Ao de trao (TRACTION IRON) Mild Plow Steel Plow Steel Improved Plow Steel Extra Improved Steel

SIGLA

MPS PS IPS EIPS

RESISTNCIA TRAO [MPa] 600 1200-1400 1400-1600 1600-1800 1800-2000 2000-2300

A seguir so mostradas a nomenclatura usual, algumas relaes teis para a seleo dos cabos e valores do mdulo de elasticidade dos cabos (Ec) e de algumas constantes utilizadas nas frmulas (Tabela 4 F e K). Dc dimetro do cabo [mm] (medido de acordo com a figura 7) Da dimetro do arame [mm] Da K .Dc Ds dimetro da polia [mm] Am rea metlica [mm2]2 Am = F .Dc

(1)

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F fator de multiplicao em funo do cabo Ec mdulo de elasticidade do cabo [GPa] (Ec < Eao)DEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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w peso por unidade de comprimento [kg/m]w = F Dc2 10 2

( )

(3)

Ft carga atuante no cabo trao [kgf] ou [N] Fu carga efetiva mnima de ruptura [kgf] ou [N]Tabela 4 Valores do mdulo de elasticidade dos cabos e das constantes F e K.

Cabo 6x7 6 x 19 6 x 37

F 0.38 0.395 0.4

K 0,111 0,067 0,048

Ec [GPa]AF AA

90-100 85-95 75-85

105-115 100-110 95-105

6. ANLISE DE CARGAS As situaes mais comuns de carregamento em cabos de ao podem ser resumidas em: 1. 2. 3. 4. 5. trao simples; trao dinmica; tenso de flexo devido ao dobramento em torno da polia; verificao de fadiga em cabos de ao alongamento.

1. Cabos submetidos trao simples esttica: Analisando-se a figura 12 abaixo, observa-se que a carga de trao total atuante no cabo de ao pode ser determinada pela seguinte expresso:

w.L

L

Ft e = P + Pcabo Ft e = P + w. l

(4)

PFigura 12 Cabo de ao tracionado.

Como exemplo de cabos submetidos apenas a esforos de trao, pode-se citar cabos tracionados por cargas penduradas, estais (figura 13), etc.DEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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Figura 13 - Cabo tracionado em torre estaiada

(a) Figura 14 (a) elevador de carga e (b) elevador de passageiros.

(b)

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2. Cabos submetidos trao dinmica carga devido acelerao:

Ds

F = m.a4m 8 F48 6 74 647 4 w. l + P 4 Fte w. l P = .a 14243 g 4 4 FFtrao Ltd

Fw.L

w. l + P Ft d = w. l + P . a + 123 g Ft eObs.: Se v = c a = 0 Ft d = Ftete

(5)

P

Figura 15 Trao dinmica.

g = 9.81 m/s2

3. Tenso de flexo devido ao dobramento em torno da polia:

a deformao dada por: x = D + Dc O raio de curvatura = s 2 Da . Assim, mx = ( D s + Dc )

y

(6)

D e a deformao mxima y mx = a . 2

a tenso mxima : mx = E mx

mx =

E c Da ( D s + Dc )

(7)

- como o dimetro do cabo bem menor do que o da polia, ento Dc = 0.

mx =onde:

E c Da Ds

(8)

Da dimetro do arame Ds dimetro da polia

- carga de flexo: Fb = mx Am 4. Fadiga em cabos de ao: - clculo da presso de apoio: p =2 Ft 2F 4 2 Ft F = 2 t = 2 => p = Dc .Ds A DS Dc DS .Dc 4

(9)

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Dimetro do Cabo

p

Dimetro da Polia

p

F

F

Figura 16 Flexo do cabo de ao em torno da polia.

k0.008

0.006

0.004

0.0020.0015 0.0010

6 x 37 6 x 24

6 x 19 6 x 12

0

N0 200.000 400.000 600.000 800.000 1.000.000

Figura 17 - Diagrama k x N para diversos tipos de cabos de ao.

5. Alongamento:

Todos os cabos de ao sofrem alongamento quando tracionados. Seu tamanho depende da elasticidade do ao empregado e da interao entre os arames e pernas no cabo. O alongamento pode ser dividido em dois tipos: alongamento elstico: transitrio, desaparece ao cessar a ao da carga que o produzia e pode ser calculado conhecendo o mdulo de elasticidade do cabo. alongamento de assentamento (posta em servio): permanente e tambm pode ser calculado.DEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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Dependendo do tipo de cabo e da sua construo, o alongamento inicial de 2% a 4% do comprimento total. Esse alongamento continua at atingir valores entre 5% e 8%, quando o cabo deve ser substitudo. Normalmente o alongamento de entrada em servio atingido aps 3 ou 4 meses. Em instalaes fixas (como estais, tirante para concreto protendido, etc) deve-se procurar utilizar cabos de elevado mdulo de elasticidade aparente, para se obter o menor alongamento possvel, quando for exercida uma carga .

7. FLEXIBILIDADE E RESISTNCIA ABRASO

A flexibilidade de um cabo de ao inversamente proporcional ao dimetro dos arames externos do mesmo, enquanto que a resistncia abraso diretamente proporcional a este dimetro. Em conseqncia, deve-se fazer as seguintes opes: uma composio com arames externos mais finos quando prevalecer o esforo de fadiga de dobramento; uma composio de arames externos mais grossos quando as condies de trabalho exigirem grande desistncia abraso.

A tabela 5, abaixo, mostra que a classificao 6 x 19 possui maior resistncia abraso e a classificao 6 x 37 possui maior resistncia fadiga. Essa resistncia fadiga obtida devido ao maior nmero de arames em cada perna, distribuindo melhor a tenso de flexo.Tabela 5 Resistncia dos fios de cabos de ao. RESISTNCIA DOS ARAMES DOS CABOS DE AO

Construo 6x7 6 x 19 6 x 19 - Seale 6 x 25 - Filler 6 x 36 - Warrington - Seale 6 x 37 6 x 41 - Warrington - Seale

Flexibilidademn.

Resistncia abrasomx.

mx.

mn.

Quando o dimetro do cabo aumenta, possvel utilizar um maior nmero de arames para adquirir uma melhor resistncia fadiga e esses arames tero ainda a grossura suficiente para fornecer uma resistncia abraso adequada. Pela tabela 5 acima, o cabo 6 x 41 o mais flexvel, graas ao menor dimetro dos seus arames externos, porm o menos resistente abraso. O oposto ocorre com o cabo 6 x 7. Apesar de existirem excees para aplicaes especiais, os cabos convencionais so basicamente desenhados para apresentarem a mxima eficincia em cada dimetro do cabo.

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8. DIMENSIONAMENTO 8.1. COEFICIENTE DE SEGURANA

Os coeficientes de segurana utilizados para cabos de ao baseiam-se em segurana de operao (ruptura), durabilidade e confiabilidade. Estes coeficientes so normalizados e, em alguns casos, como elevadores de passageiros, so legalizados. A tabela 6 fornece alguns valores didticos para os coeficientes de segurana de cabos de ao.Tabela 6 Coeficientes de Segurana para Cabos de Ao.

TIPO DE EQUIPAMENTO

Coeficiente de Segurana CS

Morsing

Catlogo3,2 4,5 5 7 7 6 5 5Carga Pass.

CIMAF3a 4 4a5 3,5 5 6a8 7 6a8 5a6 6Carga Pass.

Recomendado3,5 5 4 5 7 7 7 6 5,5Carga Passag.

Cabos e cordoalhas estticas (trao) 3a 4 Cabos e trao no sentido horizontal 4,5 a 5,5 Tirantes e estais 4,5 a 5,5 Guinchos, escavadeiras, ps 6a8 Pontes rolantes Talhas eltricas Guindastes e Gruas 6a8 Laos (slings) 5a8 Elevadores manuais Elevadores mecnicos v[m/s] Carga Passa 0,25 1,5 7 4,00 a 12 6,00 9 7,50

6,7 8,2 10 10,5 10,6

7,6 9,2 11,3 11,8 11,9

8a

10a

10

12

6,7 8,2 10 10,5 10,6

7,6 9,2 11,3 11,8 11,9

Observe que os valores dos CS so bastante elevados. As principais razes para isto so: a prpria utilizao de cabos de ao que normalmente envolve riscos para pessoas ou cargas e a grande disperso dos valores de carga de ruptura obtidos nos ensaios de trao. Os motivos para esta disperso so: (1) a diferente acomodao dos arames e pernas quando tracionados; (2) tenses de contato devido ao atrito interno entre os arames e entre as pernas, o que provoca grandes e diferentes alongamentos entre os cabos e (3) a no homogeneidade dos materiais componentes do cabo.8.2. EQUAES BSICAS DE PROJETO

a) Trao simples

Fu = CS Ft eb) Trao dinmicaFu = CS Ft dDEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao

(10)

(11)

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c) FlexoFu Fb = CS Ft

ou

Fu = CS .Ft + Fb

(12)

d) FadigaK 678 6 2 Ft p < 0,0015.Su N > 10 ciclos vida infinita p= D c .D s p > 0,0015.Su N < 10 6 ciclos vida finita

(13)

e) Alongamento

L =

F .l Ec . Am

(14)

9. MANUTENO E LUBRIFICAO 9.1. FATORES QUE INFLUENCIAM A VIDA TIL DO CABO DE AO

Para avaliar e melhorar a vida de um cabo de ao, seu desempenho e suas condies de segurana, necessrio levar em considerao, alm de fatores dimensionais e geomtricos, fatores relativos ao meio ambiente, bem como respeitar um programa de manuteno previamente determinado. Para isso necessrio o conhecimento dos valores e condies das seguintes variveis: Variveis relacionadas com o projeto do equipamento: relao entre o dimetro da polia/tambor e o dimetro do cabo (D/d) localizao do ponto morto do tambor em relao ao sentido de toro do cabo. ngulos de desvio entre as polias e entre o tambor e a polia. desenho das canaletas das polias e do tambor e respectiva concordncia com o dimetro do cabo. - os cabos e as polias devem estar corretamente ajustados. Utilizar sempre o tamanho adequado de canaleta na polia do cabo de ao (figura 18.a) a fim de evitar esmagamento lateral (pinamento figura 18.b), que ocorre quando esta pequena em relao ao dimetro do cabo, ou achatamento (figura 18.c), no caso de canaletas grandes.

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(a) Cabo e polia ajustados Corretamente.

(b) Cabo maior do que a polia. (pinamento) Figura 18 Ajuste do cabo de ao polia.

(c) Cabo menor do que a polia. (achatamento)

Variveis relacionadas com o meio ambiente e a operao: condies do meio ambiente. condies desfavorveis, prprias da operao. Variveis relacionadas com o estado de manuteno: estado das polias e tambores. vibraes anormais. Os procedimentos para preservar e aumentar a vida do cabo de ao podem ser divididos em trs categorias: especificidade na seleo do tipo de cabo; adoo de fatores de segurana altos; freqncia e rigorosidade nas inspees.9.2. INSPEO E RETIRADA DE SERVIO

Nos cabos de ao os fios externos, sujeitos a desgastes mais intensos, rompem-se antes dos fios internos. Como resultado, os cabos de ao tornam-se esfiapados muito antes da ruptura e devem ser imediatamente trocados. Como todo elemento mecnico, a resistncia inicial do cabo vai diminuindo em com o tempo, decorrncia dos processos de desgaste e fadiga. Portanto, necessrio examinlo periodicamente, observando cuidadosamente as modificaes externas para avaliar o seu estado interior e a capacidade de carga remanescente. Existem diversas normas que determinam os tipos e a freqncia de inspeo, bem como os critrios para a retirada do servio. Algumas destas normas para inspeo so: NBR 13543, IRAM 3923, ISO 4903, DIN 15020, ANSI A.17.2 e ANSI B.30.Nveis de Inspeo

A tabela 7 abaixo apresenta algumas recomendaes para as inspees que devem ser executadas em cabos de ao.DEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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Tabela 7 Tipos de Inspeo para Cabos de Ao. TIPO DE INSPEO Freqente Peridica Especializada OBSERVAR PRINCIPALMENTE Anomalias Localizadas Anomalias Localizadas e deteriorao geral Ensaios no destrutivos REGISTRO ESCRITO No Sim Sim

RESPONSVEL Operador Inspetor qualificado Empresa especializada com equipamentos especficos

Alguns critrios de retirada de servio

1. Por anomalias localizadas: esmagamento, diminuio grande do dimetro (mximo admissvel 6 a 8 %), - se o dimetro original estiver diminudo de 7% ou mais. (compare com uma parte no utilizada do cabo - no tambor, por exemplo; mea com paqumetro). Normalmente logo aps a instalao o dimetro do cabo diminui. Este dimetro diminudo pode ser utilizado como o original para os clculos. quebras de arames concentrada em uma pequena regio ou perna, deformaes, colapso da alma, evidncias de queimadura ou solda ou de dano causado por excesso de temperatura ou mesmo se houver qualquer contato com linhas de alta voltagem. 2. Por quantidade de arames quebrados (ASME):Tabela 8 Critrios para Retirada de Servio Recomendados para Cabos de Ao.

TIPOS DE CABOS

MXIMO ADMISSVEL

6 pernas antigiratrios estticos

6 arames quebrados numa longitude de 6 dimetros. 2 arames quebrados em uma longitude de 6 dimetros ou 4 arames quebrados em uma longitude de 30 dimetros 3 arames quebrados em uma longitude de 6 dimetros ou 2 arames quebrados nas proximidades do terminal

Os critrios apresentados na tabela 8, acima, so apenas ilustrativos e orientadores. A implementao de um plano de inspeo deve ter todos os critrios de uma norma especfica cuidadosamente estudada.

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Figura 19 Falhas tpicas em cabos de ao.

Caso haja mais de um arame rompido em uma conexo de extremidade do cabo, conforme mostram as figuras 19 e 20, este deve ser retirado de servio.

Figura 20 Danos na extremidade ou conexo de cabos de ao.

3. se 1/3 do dimetro original de um arame externo individual estiver desgastado. 4. se o dimetro original do cabo no-rotacional diminuir 3% ou mais. Diminuio do dimetro normalmente indica falha no ncleo. 5. se houver qualquer dano que distora a estrutura do cabo tais como: ondulaes, ruptura de um fio ou extruso do arame, enroscamento ou estreitamento nas voltas (loops), esmagamento, engaiolamento, flexo excessiva e etc. 6. se houver severa corroso ou pitting.DEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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9.3. LUBRIFICAO

Os cabos de ao so lubrificados internamente durante a sua fabricao. As razes principais para a lubrificao so diminuir o atrito interno entre os arames e pernas e prevenir a corroso e assim, evitar alguns dos problemas normalmente encontrados que so: a abraso, a corroso, o desgaste por atrito, o cross-nicking e conseqentemente, a fadiga. O lubrificante original de fbrica comea a ser dissipado logo aps o cabo ser colocado em operao, pelo uso e tambm por exposio ao tempo. O ncleo precisa estar constantemente lubrificado para prevenir o desgaste por atrito. Uma lubrificao adequada protege o cabo contra essas aes. A reposio do lubrificante perdido chamase re-lubrificao. Para isso deve-se utilizar um lubrificante apropriado. Lubrificao protege o cabo de ao contra umidade e ferrugem. Mesmo se a parte externa do cabo aparentar boas condies, o interior pode estar enferrujado. Esta a razo pela qual se deve utilizar um lubrificante de alta penetrao (baixa viscosidade), que chegue at o ncleo, realimentando-o e preenchendo os espaos. O ncleo de fibra natural atua como um reservatrio, mantendo cada perna e arames lubrificados durante a operao. Deve tambm aderir aos arames formando um filme com resistncia adequada para prevenir o atrito proveniente do contato entre eles. So os arames internos do cabo que determinam sua vida. 9.3.1. Mtodos de aplicao O lubrificante pode ser aplicado de diversas formas: pincel, pulverizador, vertendo ou gotejando leo at dispositivos de aplicao forada, ou ainda banho de lubrificante. 1. Pincel ou Recipiente o mtodo menos eficaz em termos de desperdcio de lubrificante, porm o mais fcil e barato. O lubrificante deve ser aplicado no ponto em que o cabo entra em contato com a polia e o deslocamento deve ser lento para uma melhor distribuio, conforme mostra a figura 21.

Figura 21 Limpeza com mecha absorvente (esfrego) e lubrificao por gotejamento.

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2. Por imerso Este mtodo utilizado em cabos horizontais ou com pequena inclinao. O cabo imerso atravs de roldanas em um recipiente com lubrificante, conforme mostra a figura 22, que pode ser aquecido por resistncias eltricas ou forno, dependendo da viscosidade desejada.

Figura 22 Lubrificao por imerso.

3. Lubrificador Conta-Gotas Este processo adequado para locais de difcil acesso, onde no seja possvel um controle, ou quando no desejvel uma parada da mquina. O processo utiliza um dispositivo lubrificante gotejador com controle remoto de fluxo atravs de uma vlvula solenide e tambm com controle de temperatura. A figura 23 mostra um esquema do dispositivo. O lubrificante deve gotejar no ponto extremo da roldana para aproveitar a deformao ocorrente para facilitar a penetrao do lubrificante.

Figura 23 Lubrificador Conta-Gotas.

4. Lubrificador MecnicoDEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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um dispositivo tambm utilizado somente em cabos horizontais. econmico, pois o lubrificador funciona somente durante o deslocamento do cabo. A figura 24 apresenta um esquema deste dispositivo.

Figura 24 Lubrificador Mecnico.

Em todos os processos o cabo de ao deve estar limpo e seco antes da lubrificao. Utilize uma escova de ao ou ar comprimido com um solvente recomendado para remover resduos de lubrificantes antigos.

10. ACESSRIOS DE CABOS DE AO 10.1. TRACIONADORES, TAMBORES, FIXADORES E ETC..

Os acessrios de cabos de ao so normalmente utilizados para a fixao, levantamento de cargas, enrolamento e dispositivos tracionadores. Alem disso, so tambm utilizados para aumentar a sua vida til. A figura 25 apresenta alguns dispositivos de tracionamento e fixao de cabos de ao.

Figura 25 Acessrios de fixao e tracionamento.DEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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Figura 26 Dispositivos de fixao e proteo.

A Figure 26 apresenta cabos de ao com grampos de fixao e equipados com dispositivos de proteo contra compresso, flexo e corroso. Observa-se na figura, nas extremidades dos cabos, uma cobertura de plstico (thimble) cujo propsito formar uma superfcie que resista ao desgaste melhor do que simplesmente os arames. Um anel de compresso ou manga (sleeve) prende o cabo. Tambm so utilizados grampos mecnicos, especialmente em cabos de grande dimetro.

Figura 27 Dispositivos de fixao de cabos de ao.

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Figura 28 Tambor de enrolamento.

A figura 27 apresenta diversos dispositivos de fixao. A figura 28 mostra o tambor para enrolamento de cabos de ao. Tambores para cabo de ao so normalmente fabricados em ferro fundido; muito raramente em ao fundido ou soldado. O dimetro do tambor depende do dimetro do cabo. Tambores acionados por motor devem ser sempre providos de ranhuras helicoidais, para permitir que o cabo se enrole uniformemente e fique menos sujeito a desgaste. A fixao do cabo no tambor pode ser feita por meio de parafusos, por meio de cunha ou por meio de placas. A fixao com ajuda de placas o mtodo mais difundido, seguro e conveniente. Uma placa de ao provida, na parte interna, de duas ranhuras para o cabo e, entre elas, de um furo para um parafuso ou prisioneiro. A crista da ranhura para os parafusos de fixao transferida meia circunferncia. O cabo preso por duas placas. Tambores de atrito so aqueles cujo movimento transmitido ao cabo pelo atrito entre este e o tambor. Tem a vantagem de elevar cargas a grandes alturas. Estes tambores so providos de ranhuras helicoidais para o cabo, que se enrola em seu redor em uma ou mais espirais. No acionamento a dois tambores o cabo, usualmente, se assenta em ranhuras anulares, sendo o cabo enrolado vrias vezes em torno de dois tambores paralelos girando no mesmo sentido, e impulsionado por um s motor. Em um tambor simples, de atrito, o cabo desloca-se ao longo do eixo do tambor. O nmero de ranhuras e, portanto, a largura do tambor deve corresponder ao deslocamento axial do cabo. Tambores simples so empregados para acionamento de carros emDEM/UFRJ - Elementos de Mquinas II EEK 452 Cabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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guindastes rotativos com raio varivel, em pontes de transferncia de carga, guindastes de cabos e etc.. Para evitar problemas de fadiga devido flexo do cabo em torno da polia, deve-se utilizar para esta valores normalizados. A tabela 9 apresenta as propores mnimas e as recomendadas entre o dimetro de alguns cabos de ao e o dimetro da polia ou do tambor.Tabela 9 Relao entre o dimetro da polia ou tambor e o dimetro do cabo.

Tipo de Construo do Cabo6x7 6 x 19 6 x 19 S 6 x 21 F 6 x 25 F 6 x 36 F 6 x 37 6 x 41 F ou WS 6 x 43 F 8 x 19 S 8 x 25 F

Dimetro da polia ou tambor ( x Dimetro do cabo - D) Recomendado Mnimo72 45 51 45 39 34 27 31 27 39 31 42 30 34 30 26 26 18 21 18 26 21

10.2. DISTORCEDORES

A aplicao de distorcedores em cabos de ao um assunto polmico, pois muitas pessoas no sabem aplic-los corretamente. Obviamente existem restries para a sua aplicao, logo, em certos momentos vantajoso aplica-lo e em outros pode at causar acidentes desastrosos. Quando o cabo se encontra sob tenso, so gerados momentos internos, assim, tanto as pernas externas como as da alma do cabo sofrem este efeito. Em cabos no-rotativos esses momentos gerados so compensados uns com os outros por causa da construo do cabo. Desta maneira este tipo de cabo pode trabalhar com uma ponta fixa e a outra livre, ou seja, ele pode trabalhar com um distorcedor. J nos casos onde o cabo do tipo Rotativo, estes momentos internos gerados no iro se compensar e como conseqncia o cabo tem a tendncia de girar em torno do seu prprio eixo. Ao girar, as pernas externas, por serem mais longas, iro se afastar da alma do cabo e assim toda a carga que estava antes sobre o cabo, como um todo, ficar apenas sobre a alma. Com isso o cabo perde consideravelmente a sua carga de ruptura mnima e, como conseqncia, o fator de segurana cai vertiginosamente. Baseado na explicao acima, conclu-se que nunca se deve aplicar um distorcedor em um cabo que no tenha caractersticas no-rotativas suficientes, pois assim uma das pontas estaria livre permitindo ao cabo girar.

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Figura 29 Distorcedores.

E para saber identificar qual cabo tem caractersticas no rotativas suficientes para receber um distorcedor em certo tipo de aplicao, o usurio deve sempre consultar o fabricante do equipamento ou do respectivo cabo, ou recorrer s normas.10.3. DETECTORES DE DANO EM CABOS DE AO

Estes instrumentos indicam a ocorrncia de defeitos internos nos cabos de ao. So capazes de detectar defeitos como arames rompidos e corroso localizada. O princpio de funcionamento baseado em im permanente. Durante a passagem do cabo pelo detector o defeito assinalado por um sinal sonoro (beep) e/ou sinal luminoso (LED).

Figura 30 Detectores de defeitos em cabos de ao.

11. COMENTRIOS FINAIS

Os cabos de ao so extensamente utilizados nas Engenharias Mecnica, Eltrica e Civil. Pode-se encontr-los em diversos equipamentos bastante comuns, tais como: elevadores (de carga e passageiros), mquinas elevadoras e de transporte de carga (guindastes, gruas e etc.), automveis, aeroplanos, navios e plataformas, pontes e estruturas, e em mais um grande nmero de aplicaes. Estes elementos mecnicos continuam em desenvolvimento e as pesquisas atuais envolvem a busca de novos materiais, atravs da adio de materiais polimricos, novas configuraes e geometria e novos e mais econmicos processos de fabricao. Estes estudos visam aumentar a resistncia mecnica e a resistncia aos fatores danosos do meio em que o cabo estiver trabalhando, como por exemplo, cabos submersos para a indstria de extrao de petrleo em guas profundas, e tambm a diminuio dos custos. No campo de pesquisas alguns estudos esto sendo desenvolvidos, procurando determinar a distribuio e intensidade das tenses de contato entre os arames e pernas de cabos de ao. A figura 31 mostra um modelo computacional elaborado simulando esta situao.

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Figura 31 - Tenso de contato em um modelo de cabo de ao.

No campo tecnolgico, grandes desenvolvimentos na rea de fabricao e produo esto sendo obtidos. Cabos de ao com material polimrico especial para preenchimento dos espaos internos, j esto disponveis no mercado. O revestimento plstico aplicado fundido (para obter maior penetrao) sobre a alma do cabo. Forma-se, desta maneira, um revestimento, sobre o qual as pernas externas se acomodam. Esta tcnica confere ao cabo estabilidade estrutural, proteo contra atrito entre as pernas externas e internas, vedao contra a penetrao de sujeira e perda de lubrificante (lifetime lubricated) , aumentando assim a resistncia corroso. A figura 32 mostra diversas configuraes destes cabos. Cabo de elevao de carga, no rotativo, com todas as pernas compactadas, com excelente comportamento antigiratrio. Intensamente lubrificado em todas as fases de fabricao. Possui vedao plstica entre a alma e as pernas externas, providenciando alta estabilidade estrutural e proteo da alma contra ambiente corrosivo, conservando de maneira eficiente o lubrificante no interior do cabo (lifetime lubricated). A carga de ruptura mnima efetiva excepcionalmente alta.

1-Duroplast

2-Stratoplast

3-Paraplast

4-Shovelplast

5-Superplast

6-Powerplast

7-Parafit

8-Starfit

9-Turboplast

10-Ultrafit

Figura 32 Diversas configuraes de Cabos de ao com preenchimento.

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Um exemplo de aplicao de um cabo de ao Powerplast (figura 32-6): cabo de elevao em guindastes de navio, guindastes de plataforma offshore, guinchos sistema Pull-in/Pull-out em plataforma offshore de produo, talhas eltricas, poos de minerao (Koepe-Hoist-Rope + Balance Rope), bote de resgate (acima de 20 mm) e similar. Outra modificao importante que vem sendo empregada na geometria dos arames. Eles so trefilados com um perfil no circular de modo que ao se ajustarem formam pernas e posteriormente cabos com uma melhor configurao. Isto pode ser observado em quase todos os cabos da figura 32.

Esta apostila componente importante do curso Elementos de Mquinas II do DEM/UFRJ. O curso composto das seguintes partes: - aulas expositivas (transparncias e/ou slides) - material didtico (apostila), - provas e avaliaes e - exerccios em aula.

Todas elas so importantes e complementares.

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EXERCCIOS 1. Um elevador pesando 0,5 T deve elevar uma carga de 1,5 T de uma profundidade de 850 m. A velocidade de 1,5 m/s atingida em 0,5 s. Pede-se:

a) b) c) d)

calcular o dimetro do cabo de ao 6 x 19 IPS-AF a ser utilizado; calcular o coeficiente de segurana real; verificar a possibilidade de falha na fadiga; determinar o alongamento do cabo quando a carga colocada no interior do elevador, no fundo da mina.

Soluo:

a) Cabo de ao _ ? _ x 6 x 19 AF- IPS - determinao das cargas atuantes:- trao dinmica e flexo em torno da polia

Fu = CS .Ft + Fb CS = 8,2

(equao 12) (a)

-Tabela 6 elevador de carga v = 1.5 m/s P Ftd = w.l + a + w.l + P g w.l = F .Dc2 .10 2.l = 0,395.10 2.850.Dc2 = 3.3575 Dc2 kgf P = Pelev + Pc arg a = 0.5 + 1.5 = 2T = 2000kgf a= dv 1.5 = = 3m / s 2 ; dt 0.5 g = 9,81m / s 2

(3.3575 Dc2 + 2000) P 2 Ftd = w.l + a + w.l + P = 3,0 + 3,3575 Dc + 2000 g 9.81 2 Ft d = 4.384 Dc + 2611,62Eqao 1) 6 74 4 (8 E c .Da 900 0.067 Dc = = 13.4kgf / mm 2 = DS 45.Dc Am = F D 2 = 0.395D 2 c 1 24c 4 3 equao ( 2 )

(b)

Fb = . Am

Fb = . Am = 13.4 x 0,395Dc2 Fb = 5,293Dc2

(c)

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- determinao da carga total [Fu = f(D)]: Substituindo (a), (b) e (c) na equao (12), tem-se:

Fu = 8,2 (4.384 Dc2 + 2611,62) + 5.293 Dc2 Fu = 41,242 Dc2 + 24415,3 Dc [substituir na eq.(d)]Apndice 2 - Tabela 2 Cargas de Ruptura de Cabo de Ao 26 32 35 38

(d)

Fu real37.900 58.600 70.500 83.500

Fu necessria49.294,9 63.647,1 71.936,8 80.968,8eq. (d)

AVALIAO

6 x 19 AF - IPS

Fu real < Fu necess Fu real > Fu nes ok!!

(Apndice 2 - Tabela 2)

b) Clculo de CS real:

w.l = 5,625 x850 = 4.781.25kgfCS real =

Ft = 8855kgf ;

Fb = 76431kgf

(Fu Fb )Ft

=

83500 7643,1 8855

CS real = 8,57

c) Verificao de falha por fadiga:2 Ft p p 2 8855 = = = 181,7 kgf/mm2 K Dc D s K 38 45 0,0015 K {Tabela 9

Su1 =

Fu 83500 = Am 0,395 38 2

(

)

S u1 = 146,4 kgf/mm2 S u2 = 180,4 kgf/mm2

Su2 = Tabela 3 (180 200 kgf/mm2)

p < Su1 = 181,7 >146,4 vida finita (falha por fadiga) K p < Su2 = 181,7 >180 vida finita (falha por fadiga) K

0,0015 x S u1 = 0,2196 falha por fadiga p = 0,2726 6 0,0015 x S u2 = 0,2700 vida 10 ciclosd) Clculo do alongamento:

l =Respostas:

F .l 1500 x 850 x 10 3 = 248 ,37 mm = 0 ,25m Am.Ec 0 ,395 x 38 2 x 9000a) Cabo de ao 38 x 6 x 19 AF- IPS b) CSreal = 8,57 c) Vida finita (falha por fadiga) d) l = 0,25 mCabos de Ao Prof. Flvio de Marco Filho

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BIBLIOGRAFIA

1. LIVROS, MANUAIS E ARTIGOS

[01] V.M. Faires, Elementos Orgnicos de Mquinas, vol. I e II, 2a edio, LTC Editora S.A., Rio de Janeiro, RJ, 1971. [02] Shigley J.E. and Mitchell, L.D., Mechanical Engineering Design , McGraw Hill Inc., 6th edition, NY, USA, 2001. [03] Pires de Albuquerque, O.L.A., Elementos de Mquinas, Editora Guanabara Dois S.A., 1 edio, Rio de Janeiro, 1980. [04] Done, A.B., Steel Wire Handbook Vol. 1 a 4, Wire Association Int., USA, 1987. [05] Ritzmann, Raul, Cabos de Ao Manual Prtico, 13 edio, So Paulo, 2000. [06] Shapiro, Howard I., P.E. Cranes and Derricks Mc Graw-Hill Book Company, New York, 1980. [07] Green, Robert E., Machinery's Handbook, 24th ed., Industrial Press, Inc., New York, NY,1992. [08] Ling, Frederick F., Theory of Wire Rope Mechanical Engineering Series, 2nd edition, Springer Verlag New York Inc., NY, USA, 1997. [09] Newberry, W. G., Handbook for Riggers, Revised edition, Canada, 1967. [10] Revista CNews nmeros 12 e 13 CIMAF 2003. [11] Catlogo da MORSING Cabos de Ao. [12] Catlogo C-11 da CIMAF Empresa Belgo-Mineira.

2. NORMAS PRINCIPAIS

[13] - NBR 6327 - Cabos de ao para uso geral ABNT 2004. [14] - NBR 6890 - Cabos de ao galvanizados para uso naval ABNT 19xx. [15] - NBR ISO4309 - Guindastes - Cabo de ao - Critrios de inspeo e descarte. [16] - NBR8330 - Roldana para cabo de ao com bucha Dimenses. [17] - NBR11375 - Tambor para cabo de ao.

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APNDICE 1 Cabos de ao mais comuns.

1x7

3x7

4x7

1 x 19

1 x 37

7x7

19 x 7

17 x 7

7 x 19

7 x 37

18 x 7

7x7x7

6x7

6 x 12

6 x 19

6 x 24

6 x 30

6 x 37

6 x 19 - S

6 x 19 - W

6 x 21 - F

6 x 25 - F

6 x 29 - F

6 x 37 - SeS

6 x 26 - WS

6 x 31 - WS

6 x 36 - WS

8 x 25 - F

8 x 19 - S

8 x 19 - W

6 x 19 AACI

6 x 37 AACI

6 x 25 - F AACI

6 x 29 - F AACI

6 x 41 - F AACI

6 x 19 - S AACI

6 x 37 - SeS

6 x 19 - W AACI

6 x 26 - WS AACI

6 x 31 - WS AACI

6 x 36 - WS AACI

7 x 7 x 19 - S

8 x 19 - W AACI

8 x 25 - F AACI

8 x 19 - S AACI

6 x 3 x 19

6x3x7

6 x 3 x 19 - S

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APNDICE 2 Carga de Ruptura dos Cabos de Ao. [11]

1. Cabo de Ao polido de classificao 6 x 7 - AF

6 x 7 AF (1 + 6)

Dimetro Dimetro [mm] [in]

Peso aproximado [kg/m]

Carga de Ruptura mnima efetiva Fu [kgf] Plow Steel Improved Plow Steel160-180 kgf/mm2 180-200 kgf/mm2

2 2,4 3,2 4,8 6,4 8 9,5 11,5 13 14,5 16 19 22 26 29 32 35 38

5/64 3/32 1/8 3/16 1/4 5/16 3/8 7/16 1/2 9/16 5/8 3/4 7/8 1 1 1/8 1 1/4 1 3/8 1 1/2

0,013 0,019 0,034 0,078 0,140 0,220 0,310 0,430 0,560 0,710 0,880 1,250 1,710 2,230 2,830 3,480 4,230 5,030

208 300 520 1180 2090 3230 4630 6260 8130 10200 12600 18000 24200 31300 39300 48100 57700 68000

236 340 600 1350 2390 3720 5320 7190 9340 11800 14400 20600 27800 36000 45200 55300 66300 78200

Obs.: Cabo de ao 6 x 7 AA FuAA = 1,075 x FuAF PesoAA = 1,1 x PesoAF

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Cabos de Ao

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36

2. Cabo de Ao polido de classificao 6 x 19 AF

6 x 19 (1 + 6/12)

6 x 19 W (1 + 6 + (6 + 6))

6 x 19 S (1 + 9 + 9)

6 x 21 F (1 + 5 + 5 + 10)

6 x 25 F (1 + 6 + 6 +12)

6 x 26 WS (1 + 5 + (5 + 5) + 10

Dimetro [mm]

Dimetro [in]

Peso aproximado [kg/m]

Carga de Ruptura mnima efetiva Fu [kgf]Mild Plow Steel 140-160 kgf/mm2 Plow Steel 160-180 kgf/mm2 Improved Plow Steel 180-200 kgf/mm2

3,2 4,8 6,4 8 9,5 11,5 13 14,5 16 19 22 26 29 32 35 38 42 45 48 52 54 58 60

1/8 3/16 1/4 5/16 3/8 7/16 1/2 9/16 5/8 3/4 7/8 1 1 1/8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 5/8 1 3/4 1 7/8 2 2 1/8 2 2 3/8

0,039 0,088 0,156 0,244 0,351 0,476 0,625 0,188 0,982 1,413 1,919 2,500 3,169 3,913 4,732 5,625 6,607 7,664 8,795 10,000 11,295 12,664 14,107

11400 16300 22000

620 1400 2480 3860 5530 7500 9710 12200 15100 21600 29200 37900 47700 58600 70500 83500 97100 112000 128000 145000 162000 181000 195000

660 1480 2630 4090 5860 7950 10290 12990 16000 22900 30950 40170 50600 62110 74900 88500

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Cabos de Ao

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37

3. Cabo de Ao polido de classificao 6 x 19 AACI

6 x 19 (1 + 6 + 12)

6 x 19 W (1 + 6 + (6 + 6))

6 x 19 S (1 + 9 + 9)

6 x 21 F (1 + 5 + 5 +10)

6 x 25 F (1 + 6 + 6 +12)

6 x 26 WS (1 + 5 + (5 + 5) + 10

Dimetro Dimetro [mm] [in]

Peso aproximado [kg/m]

Carga de Ruptura mnima efetiva Fu [kgf]Improved Plow Steel 180-200 kgf/mm2 Extra Improved Plow Steel 200-230 kgf/mm2

3,2 4,8 6,4 8 9,5 11,5 13 14,5 16 19 22 26 29 32 35 38 42 45 48 52 54 58 60 64

1/8 3/16 1/4 5/16 3/8 7/16 1/2 9/16 5/8 3/4 7/8 1 1 1/8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 5/8 1 3/4 1 7/8 2 2 1/8 2 1/4 2 3/8 2 1/2

0,043 0,096 0,171 0,267 0,382 0,528 0,684 0,878 1,071 1,548 2,113 2,753 3,482 4,300 5,208 6,190 7,251 8,428 9,653 11,005 12,425 13,928 15,515 17,193

660 1500 2660 4150 5940 8060 10410 13110 16230 23220 31390 40740 51280 62990 75790 89760 104400 120400 137600 155870 174150 194570 217000 238000

770 1730 3080 4780 6845 9250 12065 15240 18685 26670 36105 46900 58965 72485 87090 103420 119750 138800 157850 179625 200485 224070 249000 274000

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Cabos de Ao

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4. Cabo de Ao polido de classificao 6 x 37 AF

6x31 WS (1+6+(6+6)+12)

6x36 WS (1+7+(7+7)+14)

6x41 F (1+8+8+8+16)

6x41 WS (1+8+(8+ 8)+16)

6x37 W (1+6+(6+6)/18)

6x46 F (1+9+9+9+18)

6x47 WS (1+6/8+(8+8)+16)

6x49 FS (1+8+8+16+16)

Dimetro [mm]4,8 6,4 8 9,5 11,5 13 14,5 16 19 22 26 29 32 35 38 42 45 48 52 54 58 60 64

Dimetro [in]3/16 1/4 5/16 3/8 7/16 1/2 9/16 5/8 3/4 7/8 1 1 1/8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 5/8 1 3/4 1 7/8 2 2 1/8 2 1/4 2 3/8 2 1/2

Peso aproximado [kg/m] 0,088 0,156 0,244 0,351 0,476 0,625 0,188 0,982 1,413 1,919 2,500 3,169 3,913 4,732 5,625 6,607 7,664 8,795 10,000 11,295 12,664 14,107 15,633

Carga de Ruptura mnima efetiva Fu [kgf] Improved Plow Steel180-200 kgf/mm2 1400 2480 3860 5530 7500 9710 12200 15100 21600 29200 37900 47700 58600 70500 83500 97100 112000 128000 145000 162000 181000 195000 216000

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Cabos de Ao

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39

5. Cabo de Ao polido de classificao 6 x 37 AACI

6x31 WS (1+6+(6+6)+12)

6x36 WS (1+7+(7+7)+14)

6x41 F (1+8+8+8+16)

6x41 WS (1+8+(8+8)+16)

6x37 W (1+6+(6+6)/18)

6x46 F (1+9+9+9+18)

6x47 WS (1+6/8+(8+8)+16)

6x49 FS (1+8+8+16+16)

Dimetro [mm] 4,8 6,4 8 9,5 11,5 13 14,5 16 19 22 26 29 32 35 38 42 45 48 52 54 58 60 64 67 71 74 77 80 83 87 90 96 103

Dimetro [in] 3/16 1/4 5/16 3/8 7/16 1/2 9/16 5/8 3/4 7/8 1 1 1/8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 5/8 1 3/4 1 7/8 2 2 1/8 2 1/4 2 3/8 2 1/2 2 5/8 2 3/4 2 7/8 3 3 1/8 3 1/4 3 3/8 3 1/2 3 3/4 4

Peso aproximado [kg/m] 0,096 0,171 0,267 0,382 0,528 0,684 0,878 1,071 1,548 2,113 2,753 3,482 4,300 5,208 6,190 7,251 8,428 9,653 11,005 12,425 13,928 15,500 17,300 19,000 20,800 22,800 24,700 26,800 29,000 31,300 33,800 38,700 44,000

Carga de Ruptura mnima efetiva Fu [kgf] Improved Plow Steel Extra Improved Plow Steel 180-200 kgf/mm2 200-230 kgf/mm2 1500 1730 2660 3080 4150 4780 5940 6845 8060 9250 10410 12065 13110 15240 16230 18685 23220 26670 31390 36105 40740 46900 51280 58965 62990 72485 75790 87090 89760 103420 104400 119750 120400 138800 137600 157850 155870 179625 174150 200485 194570 224070 217000 249000 238000 274000 261000 299000 285000 333000 309000 361000 336000 389000 362000 417000 389000 447000 416000 487000 445000 519000 505000 585000 569000 665000

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