Estima las cargas de tracción del cable segmento por segmento: suma la resistencia de los tramos rectos, incluye el peso de las elevaciones sin apoyo y calcula después la tensión en las curvas y la carga lateral. Empiezo en el carrete y sigo el sentido de tiro. La tensión que sale de un segmento se convierte en la tensión de entrada del siguiente, por lo que importa el orden de los tramos rectos y las curvas.
Comparo la fuerza calculada con la capacidad del cable, del accesorio de tracción y de los soportes. Los ejemplos utilizan supuestos explícitos; en una instalación real, coloca junto a las cargas calculadas los límites vigentes del cable y del equipo.
Ideas clave
- Un cálculo de deslizamiento horizontal da la fricción añadida; suma aparte la tensión de entrada.
- Convierte una sola vez la masa en kg a fuerza en N usando la aceleración de la gravedad.
- Comprueba la carga lateral en cada curva con su tensión local de salida y el radio aplicable.
- Usa un modelo de deslizamiento, rodillos o conducto que represente el contacto real.
- Asigna el peso suspendido y las demás cargas de la ruta a los soportes diseñados para sostenerlas antes de terminar el cable en el prensaestopas.
Un segmento de ruta es un tramo de cable con una dirección, una condición de soporte y un modelo de cálculo definidos. Marca el carrete, el extremo de tracción, las curvas, los cambios de elevación y los puntos de soporte. Asigno a cada tramo recto un identificador propio y anoto si el cable se desliza sobre una superficie, rueda sobre el equipo o queda suspendido libremente.
| Condición de la ruta | Cálculo principal | Dato que modifica el resultado |
|---|---|---|
| Tramo horizontal con deslizamiento | Fricción añadida por el peso soportado | Masa del cable, longitud y coeficiente de contacto |
| Tramo vertical sin apoyo | Peso incluido en la trayectoria de carga de tracción | Longitud sin apoyo y masa acoplada |
| Curva con contacto deslizante | Aumento de la tensión y carga lateral local | Tensión de entrada, ángulo, fricción, radio y disposición de los cables en el conducto |
| Disposición con rodillos o poleas | Resistencia al rodamiento y a la flexión propia del equipo | Estado de los rodillos, separación, geometría de las poleas y rigidez del cable |
Sigue la fuerza desde el cable hasta la estructura que lo soporta. Una guía puede soportar una reacción lateral mientras el accesorio de tracción soporta la tensión axial. Asigna a cada componente la carga que realmente soporta.
En un tramo horizontal con deslizamiento, multiplica el peso soportado del cable por el coeficiente de fricción aplicable. Suma esa resistencia a la tensión de entrada. El siguiente modelo supone un cable recto, movimiento constante y condiciones de contacto constantes:
Aquí es el coeficiente de fricción adimensional, es la masa del cable por unidad de longitud en kg/m, es la longitud de deslizamiento en m y es la aceleración de la gravedad en m/s². La superficie soporta el peso del cable. Las curvas, pendientes, obstrucciones y demás cargas deben modelarse en otros segmentos de la ruta.
La tensión de entrada es la carga axial que ya está presente en la entrada de un segmento. En este equilibrio horizontal con movimiento constante, la tensión de salida es la tensión de entrada más la fricción del segmento. Es el mismo método, aplicado segmento por segmento en la Guía de instalación de cables de potencia de Southwire, con unidades SI coherentes.
Por ejemplo, considera un cable hipotético con una masa de 0.8 kg/m, un tramo horizontal de deslizamiento de 20 m, un coeficiente supuesto de 0.30 y m/s². Supón un movimiento constante y ninguna otra resistencia en ese segmento:
| Magnitud | Cálculo | Resultado |
|---|---|---|
| Masa de cable en movimiento | 0.8 × 20 | 16 kg |
| Fuerza normal en este modelo | 16 × 9.80665 | 156.91 N |
| Resistencia añadida por deslizamiento | 0.30 × 156.9064 | 47.07 N |
| Tensión de salida con 25 N de entrada | 25 + 47.07192 | 72.07 N |
Llevo los 72.07 N de tensión de salida al siguiente segmento. Los 47.07 N de fricción son solo la contribución de este segmento a los 25 N de tensión de entrada.
Con el mismo cable y la misma longitud, los coeficientes supuestos de 0.20 y 0.40 dan 31.38 N y 62.76 N. Al duplicar el coeficiente, también se duplica la fricción en este modelo. Estos valores de sensibilidad muestran por qué es más importante establecer la condición de contacto que añadir otra cifra decimal.
Distingo el contacto durante el arranque del contacto durante el movimiento y, después, identifico la cubierta, el conducto o la superficie de apoyo y el lubricante compatible. Los rodillos necesitan el modelo aplicable y conocer el estado del equipo; una ruta horizontal no los convierte en superficies de deslizamiento.
Para un tramo de cable suspendido libremente, sin apoyo y en equilibrio estático:
El peso suspendido es la fuerza gravitatoria debida a la masa sin apoyo situada por debajo del punto que se comprueba. Aquí es esa longitud, en metros. Marco los apoyos intermedios antes de decidir qué longitud carga cada punto.
Considera un tramo colgante independiente de 6 m del mismo cable hipotético de 0.8 kg/m. Pesa 47.07 N. Si su soporte superior también sostiene un accesorio de 1.5 kg, ese accesorio añade 14.71 N, para un total de 61.78 N en este ejemplo estático. Cuenta el accesorio una sola vez. Si el recorrido real incluye tramos horizontales y verticales, cuenta sus longitudes por separado.
La masa y el peso requieren unidades distintas. Las tablas SI del NIST definen la masa en kilogramos y la fuerza en newtons. Si los datos del cable ya indican el peso por unidad de longitud en N/m, multiplícalo directamente por la longitud. Aplicar de nuevo la gravedad sobrestimaría la fuerza.
Para una elevación, incluye la aceleración, la fricción de los soportes, los accesorios y el sentido del movimiento mediante el modelo dinámico aplicable. Para un tramo detenido, identifica los apoyos permanentes que soportarán el peso cuando se retire el equipo de tracción.
Una curva modifica tanto la tensión de tracción como la carga que presiona el cable contra su guía. Primero calculo la tensión local de salida y después la utilizo en la expresión aplicable de carga lateral. La configuración del cable importa: un cable individual y varios cables separados dentro de un mismo conducto tienen disposiciones de contacto distintas.
Para un cable individual con contacto deslizante, una aproximación preliminar de uso común para la curva es:
Aquí es el coeficiente de fricción dinámica en la curva, es el ángulo de contacto en radianes y es la constante exponencial. Es el caso de un cable individual de la aproximación E-15 de Southwire, con el factor de corrección por peso igual a uno. Un giro de 90° equivale a radianes. Introducir 90 como valor en radianes daría un resultado completamente distinto.
La aproximación representa el contacto deslizante, no todas las poleas que giran libremente ni las curvas de cable rígido. Southwire trata por separado las poleas de giro libre y la resistencia a la flexión del cable. Para el recorrido real, utiliza la configuración del cable, la geometría de la curva y el modelo del equipo que correspondan; incluye cualquier resistencia adicional a la flexión o al arranque que exija ese modelo.
Para un cable unipolar, o varios conductores dentro de una cubierta común, el índice sencillo de carga lateral es:
Utiliza la tensión local a la salida de la curva en N y el radio aplicable de la curva en m para obtener N/m. Southwire presenta esta forma como E-20 y da expresiones diferentes para otras configuraciones de cable. Mantén la convención de radio del modelo junto al dibujo; el diámetro exterior de una polea no es automáticamente el radio requerido.
La carga lateral es una fuerza por unidad de longitud que actúa a lo largo del contacto de la curva. Aunque a menudo se denomina presión lateral, este índice no es una presión en pascales. El NIST define el pascal como N/m². Para calcular el esfuerzo de contacto local también harían falta el área de contacto y la distribución de la carga.
En un ejemplo independiente, si salen 400 N de una curva, un radio de 0.50 m da 800 N/m. Con la misma tensión, un radio de 0.80 m da 500 N/m. Un radio mayor reduce este índice, pero la geometría elegida también debe respetar el radio mínimo de curvatura del cable y caber en el recorrido.
Este ejemplo conectado utiliza el mismo cable hipotético y la misma gravedad: un cable que se desliza de forma constante por un tramo horizontal recto de 20 m, una curva de 90° y otro tramo recto de 10 m. No incluye ningún tramo vertical.
Supón 25 N en la entrada del primer tramo recto, un coeficiente de fricción de 0.30 en ambos tramos rectos y 0.20 en la curva. El radio de la curva para el modelo de carga lateral es de 0.50 m. Aplica la aproximación sencilla de curva anterior; el ejemplo omite los transitorios de arranque, la rigidez del cable y cualquier corrección independiente por el peso de la curva que exceda esa aproximación.
| Posición o contribución | Cálculo | Resultado |
|---|---|---|
| Fricción añadida en el primer tramo recto | 0.30 × 0.8 × 20 × 9.80665 | 47.07 N |
| Tensión a la entrada de la curva | 25 + 47.07192 | 72.07 N |
| Multiplicador de tensión de la curva | exp(0.20 × π/2) | 1.3691 |
| Tensión a la salida de la curva | 72.07192 × 1.36910777 | 98.67 N |
| Índice local de carga lateral en la curva | 98.67422572 / 0.50 | 197.35 N/m |
| Fricción añadida en el segundo tramo recto | 0.30 × 0.8 × 10 × 9.80665 | 23.54 N |
| Tensión en la salida final | 98.67422572 + 23.53596 | 122.21 N |
Utiliza 122.21 N en la salida final y 98.67 N a la salida de la curva. Sustituir el valor final en la comprobación anterior de la curva mezclaría posiciones distintas del recorrido. Mantengo la precisión completa entre pasos y redondeo los resultados mostrados.
En mi análisis de este ejemplo, aumentar el radio de curvatura de 0.50 m a 0.80 m reduce el índice de carga lateral de 197.35 a 123.34 N/m, una reducción del 37.5% con la misma tensión. La aproximación exponencial da la misma tensión porque el radio no aparece en esa expresión. El diseño real del recorrido también requiere comprobar el radio de curvatura y la rigidez del cable.
Cambiar el sentido de tracción exige un cálculo nuevo. Entonces los tramos rectos y las curvas se producen en otro orden, y puede cambiar la tensión que llega a cada curva. En recorridos con cambios de altura, también cambia el sentido de la contribución del peso. Compara las cargas locales recalculadas y el acceso para los equipos; no te limites a invertir las flechas de la hoja ya completada.
Compara cada carga calculada con el límite correspondiente a ese cable, accesorio, ubicación y servicio. Una tensión baja en la salida final no resuelve la carga lateral en una curva cerrada. Del mismo modo, un límite de tensión generoso para el cable no aumenta la capacidad nominal de un ojo de tracción o una mordaza.
| Comprobación | Comparar con | Si no cumple la comparación |
|---|---|---|
| Tensión del cable | Límite del cable para la construcción y el método de tracción especificados | Reducir la demanda del recorrido o revisar la disposición de tracción aprobada |
| Accesorio de tracción | Su capacidad nominal y las condiciones de instalación | Elegir un accesorio adecuado y repetir la comprobación del sistema |
| Cada curva | Límite de carga lateral aplicable y radio mínimo de curvatura | Aumentar el radio, cambiar el recorrido o reducir la tensión que llega a la curva |
| Guías y soportes | Capacidad de carga axial/lateral y montaje estructural | Revisar los herrajes, la separación o el diseño de montaje |
| Entrada final | Alineación del cable, soporte y servicio de retención del prensaestopas | Corregir el acercamiento y el soporte antes de terminar el cable en el prensaestopas |
La guía de Southwire separa los límites del dispositivo de tracción, la tensión del cable, la carga lateral y la geometría del recorrido. Utiliza las instrucciones vigentes del cable y del accesorio para conocer los valores admisibles, y compáralos con la demanda calculada en cada ubicación.
El ingeniero responsable de la instalación también resuelve el arrastre del carrete, los efectos de arranque, los cambios durante la tracción y los riesgos de obstrucción o atasco. Incluye la supervisión de la carga y los criterios de parada en el plan de instalación.
Asigno la carga del recorrido a los herrajes diseñados para soportarla. IEC 61914:2021 cubre las abrazaderas para cables y las sujeciones intermedias, incluidas las prestaciones declaradas y la superficie de montaje especificada. IEC 62444:2010 cubre los prensaestopas completos. Son componentes con funciones distintas y condiciones de instalación propias.
La capacidad de retención del cable de un prensaestopas no lo convierte en un accesorio de tracción ni en un soporte vertical sin restricciones. Determina la longitud sin apoyo, las cargas acopladas y las reacciones de los soportes; después, selecciona los componentes adecuados para ese servicio. La guía sobre abrazaderas y prensaestopas explica la relación entre ambos en una entrada de envolvente.
En la última curva, compruebo el tramo recto de aproximación necesario, la proyección de la envolvente y la ubicación del soporte. Evita que el cable presione lateralmente contra la boca del prensaestopas. La guía de selección del radio de curvatura explica esa geometría, mientras que la guía de alivio de tensión trata las cargas de servicio posteriores a la instalación.
| Anotar | Incluir en la hoja de cálculo |
|---|---|
| Cable | Designación, masa por unidad de longitud, diámetro y método de tracción |
| Segmento | Sentido, longitud, ángulo, radio y condición de soporte |
| Equilibrio de fuerzas | Tensión de entrada, carga añadida y tensión de salida |
| Datos de entrada y límites | Base de fricción y límites del cable y del accesorio |
| Condiciones sin resolver | Arrastre del carrete, efectos de arranque o estado del equipo |
Cuando cambia un dato de entrada, vuelvo a calcular los segmentos posteriores afectados. Mantén visible cualquier carga desconocida en vez de ocultarla dentro de un factor general.
Calculo las cargas de tracción del cable siguiendo la fuerza a lo largo del recorrido. Un tramo horizontal añade fricción, una elevación sin apoyo añade peso y una curva cambia la tensión y genera una carga lateral local. Llevar la tensión de salida al siguiente tramo mantiene conectadas esas contribuciones sin confundir sus unidades ni sus ubicaciones.
Antes de elegir la disposición de tracción, compara los resultados locales con los límites del cable, los accesorios, las curvas y los soportes. En la entrada de la envolvente, proporciona el soporte y la geometría de aproximación previstos para que el prensaestopas cumpla las funciones de entrada y retención especificadas.
Indica la fricción añadida en un tramo horizontal de deslizamiento. Suma la tensión de entrada y, después, calcula los demás tramos rectos, curvas o tramos verticales con sus modelos aplicables. Uso el resultado del segmento como una línea de la hoja de cálculo del recorrido, no como el valor final para todo el recorrido.
Los kilogramos describen masa. Multiplica la masa por la aceleración de la gravedad para obtener la fuerza en newtons. Si la ficha técnica ya indica el peso por unidad de longitud en N/m, multiplícalo por la longitud sin volver a aplicar la gravedad. Distingue claramente kg/m de N/m en todo el cálculo.
El índice sencillo para un cable individual divide la tensión local a la salida de la curva por el radio de curvatura aplicable. Su unidad es fuerza por longitud, aunque habitualmente se denomine presión lateral. Para calcular tensión de contacto en N/m² también se necesitarían datos del área de contacto y de la distribución de la carga.
Utilízalo únicamente para ese servicio cuando se especifiquen el prensaestopas exacto, el cable y la disposición de montaje para la carga resultante. Primero identifico la longitud sin apoyo y los demás soportes; después selecciono los herrajes para esa trayectoria de carga. La retención del cable por sí sola no convierte el prensaestopas en un accesorio de tracción.
Un radio mayor reduce el índice sencillo de carga lateral con la misma tensión. En la aproximación exponencial de la curva, la tensión depende de la tensión de entrada, la fricción y el ángulo; por tanto, cambiar solo el radio no modifica esa estimación. Comprueba también la rigidez real del cable, la geometría de la curva y el modelo del equipo.