LOS COMPONENTES COMO DEBEN SER
ING. SEBASTIAN SAGOT DUVAUROUX
En este capítulo nos abocaremos al sistema de seguridad del ascensor conocido como cables de suspensión, el cual corresponde a los cables de acero que traccionan a la cabina y al contrapeso del ascensor electromecánico.
El sistema de suspensión del ascensor no implica solo los cables, sino también su polea tractora, sus poleas auxiliares o deflectoras y el sistema de vinculación del cable con la cabina, con el contrapeso y con sus puntos fijos en la instalación, si es que existiesen.
Al sistema de suspensión del ascensor lo abordaremos desde tres ítems que detallaremos a continuación:
- Desde el diseño
- Desde el reemplazo por obsolescencia según la norma ISO 4344: 2022, sección criterios de descarte
- Desde una correcta instalación y mantenimiento
En Argentina, la norma IRAM 3681-1-2019 es la que rige el cumplimiento de ciertos requisitos que pasaremos a citar a continuación:
- Punto 9.1.1, es obligatorio que los cables de suspensión del ascensor sean de acero.
- Punto 9.1.2, obliga a que el diámetro nominal mínimo de los cables de suspensión sea de 8 mm.
Diámetro nominal del cable ≥ 8 mm
- El inciso b) del punto 9.1.2, exige que los alambres que conforman los cordones de los cables de suspensión, tengan una determinada resistencia a la tracción.
Los valores de dicha resistencia, difieren si los cordones que conforman los cables, poseen un solo tipo de alambre, o más de un tipo de alambre.
La norma establece los siguientes valores:
- Los cables cuyos alambres están hechos de una sola resistencia a la tracción, deben poseer una resistencia de570 MPa o 1.770 MPa.
- Los cables cuyos alambres son de dos resistencias diferentes a la tracción deben tener en su exterior los alambres con una resistencia de 370 MPa, y los interiores con una resistencia de 1.770 MPa.
Los cables de suspensión están constituidos básicamente por un alma o núcleo, que puede ser de acero, de fibra natural o sintética; sobre dicha alma o núcleo, se encuentran trenzados los cordones, constituyendo así el cable de suspensión del ascensor.
Los cordones que conforman al cable están constituidos por una cierta cantidad de alambres y, según su construcción, se disponen geométricamente de una determinada manera.
Existen los cables, cuyos cordones están conformados por alambres, cuya disposición geométrica, dentro de dicho cordón, recibe el tipo o marca SEALE con (S) mayúscula que está indicada en el cable. A continuación se puede observar esa disposición de los alambres que conforman a uno de los cordones del cable.
En la figura se nota que el diseño SEALE tiene dos capas de alambres alrededor de un alambre central. Esta es la construcción más usada en cables para ascensores.
Esta configuración posee gran resistencia a la abrasión, gracias a sus alambres exteriores de mayor diámetro.
La cantidad de alambres que puede tener un cordón de cable con esta construcción, está dada por la relación matemática (1+n+n), y va desde 17, 19 y 21 alambres por cordón.
La construcción de tipo WARRINGTON en los cables de ascensores, se denota con la letra (W) mayúscula en la identificación del mismo; es otra forma de confeccionar los cordones del cable. Su configuración geométrica, ventajas y desventajas, se presentan en la siguiente figura:
La última construcción que se puede hallar en cables de suspensión para ascensores, es la configuración FILLER, que conjuga la ventaja de poseer una gran resistencia a la abrasión o desgaste debido a que los alambres exteriores son los de mayor diámetro y, a su vez, una gran capacidad a la flexión debido a que internamente posee alambres de menor diámetro. Podemos concluir que posee las mejores características de las dos construcciones citadas anteriormente.
En la siguiente figura se observa la disposición geométrica de los alambres, y sus ventajas.
CORDÓN FILLER• Formado por dos capas de alambre de tamaño uniforme alrededor de un alambre central, la capa interior tiene la mitad de los alambres de la capa exterior.
• Pequeños alambres de relleno, iguales en número a la capa interior, se colocan en los valles de la capa interior.
• Gran resistencia a la flexión gracias a su buena flexibilidad y una buena resistencia a la abrasión por no tener alambres de menor diámetro como los Warringtono.
• La composición más común es 1+6+6f+12=25
Los cables de suspensión tienen una identificación o codificación única. Daremos acá un ejemplo para poder interpretar dicho código y así evitar que quién deba instalarlos, cometa un error de interpretación.
- Las siglas AC significan que el cable de suspensión es de acero.
- La sigla NAT. significa que no está galvanizado.
- El primer número que aparece en el código de identificación del cable, corresponde a la cantidad de cordones que posee el mismo alrededor del núcleo o alma; en este caso son 8 cordones.
- El segundo número indica la cantidad de alambres que posee cada cordón; en este caso se trata de 19 alambres.
- La sigla que le sigue al segundo número indica la forma constructiva del cordón; acá corresponde a la letra S (construcción SEALE).
- El término +1 corresponde al alma del cable, y la sigla AFN es el material con la que está constituida dicha alma; acá se trata de fibra natural.
- La sigla D corresponde a la hélice del cordón; en este caso es una hélice de mano derecha.
- El número (16,00 mm) corresponde al diámetro nominal del cable.
- El número 1.770 es el grado o resistencia a la tracción de uno de los alambres que constituyen al cordón, mientras que la sigla Lub D, informa que el cable está lubricado.
De lo informado arriba, se desprende que al reponer los cables de suspensión en una instalación existente, se debe instalar el mismo tipo de cable. Quién deba hacer el trabajo debe entender, que no se puede colocar un cable de 16 mm de diámetro nominal de una construcción WARRINGTON si el cable original es de construcción SEALE; y esto es así, por más que todas las otras características sean coincidentes; tampoco se puede colocar un cable que tenga una resistencia o grado de alambre diferente al original. Estos detalles muchas veces son pasados por alto por las personas encargadas de sustituir los cables de suspensión que se encuentran obsoletos en una instalación existente.
Cables de suspensión.
Además de tener en cuenta y saber qué tipo de cable se está sustituyendo, también se debe contar con su ficha técnica, donde se denotan las características técnicas que no se encuentran en la identificación del cable. En la siguiente figura se muestra una ficha típica de un cable de suspensión.
La ficha técnica del cable muestra todos los valores a tener en cuenta; uno de ellos no figura en la identificación del cable y es la carga mínima de rotura del mismo: en la figura mostrada se identifica este valor con la frase Breaking load. Esto es de suma importancia para verificar si el cable soportará las exigencias impuestas por la instalación del ascensor donde va ser colocado. Este valor será analizado más adelante.
Siguiendo con los lineamientos impuestos por la norma IRAM 3681-1:2019, las exigencias de la misma son las siguientes:
- Punto 1.3 informa que el número mínimo de cables independientes que debe tener un ascensor electromecánico son 2 (dos).
- Punto 2.1 la relación o el cociente entre el diámetro primitivo de las poleas y el diámetro nominal de los cables de suspensión, debe ser como mínimo de 40 veces.
Diámetro primitivo de las poleas / Diámetro nominal del cable ≥ 40 veces
- Punto 2.2 informa que el coeficiente de seguridad de los cables de suspensión se debe calcular según el ANEXO N de la norma, pero en ningún caso debe ser menor a 12 (doce) si se utilizan 3 (tres) o más cables independientes en una instalación. Este coeficiente de seguridad no debe ser menor a 16 (dieciséis) si los cables de suspensión de la instalación son solo 2 (dos).
Nota: antes de seguir con las exigencias de la normativa, debemos hacer hincapié en la interpretación del punto 9.2.2. El mismo informa que, para toda instalación que posea 3 (tres) o más cables de suspensión, el coeficiente de seguridad debe ser calculado por el anexo N, pero nunca el valor determinado debe ser inferior a 12 (doce). Esto nos conduce a dos eventos posibles:
Evento A. Realizamos el cálculo del coeficiente de seguridad según el anexo N. Si el cálculo nos da por arriba de 12 (doce), por ejemplo 14 (catorce), esto significa que el valor del coeficiente de seguridad a tomar debe ser de 14 (catorce), ya que por las particularidades de la instalación, si adoptáramos el valor de 12, los cables se deteriorarían por fatiga más rápidamente de lo esperado, generando que dichos cables de suspensión se deban cambiar antes de lo previsto.
Evento B. Realizamos el mismo cálculo del coeficiente de seguridad siguiendo el anexo N y nos da por debajo de 12 (doce), por ejemplo 8 (ocho). Esto quiere decir, que el valor del coeficiente de seguridad a tomar debe ser de 12 (doce) y no de 8 (ocho).
Aunque con el valor de 8 (ocho), los cables de suspensión soportarían las cargas por fatiga según lo previsto, el impedimento reside en que dicha normativa informa que, por ninguna circunstancia, el coeficiente de seguridad debe ser menor a 12 (doce), cuando la instalación posee 3 (tres) o más cables de suspensión.
Las mismas conclusiones que analizamos para instalaciones de tres o más cables de suspensión se deben replicar para una instalación que posea solo dos cables de suspensión independientes en su instalación; pero ahora por ninguna circunstancia el coeficiente de seguridad debe ser inferior a 16 (dieciséis).
Nota 2. Como sabemos, los cables de suspensión se deterioran en su vida útil por el fenómeno de fatiga. Este fenómeno se debe a que el cable internamente está sometido a tensiones variables.
Por ejemplo, cuando el ascensor sube y baja por el hueco del ascensor, este fenómeno se da por varias circunstancias: la primera se da en el arranque del ascensor; en ese instante se genera un incremento de la carga en el cable debido al movimiento del sistema, debido que al vencerse la inercia, se generan cargas pulsantes y, por ende, tensiones normales variables en el tiempo, debido a las cargas de tracción o axiales.
Otra variación de tensiones normales en el cable, en el tiempo, se debe al evento del paso del cable por una polea, ya sea esta tractora o de desvío. El cable sufre el esfuerzo de flexión generando que las fibras externas del cable cuando pasan por la polea se alarguen y las fibras internas del cable se acorten.
Por los motivos descriptos, en la parte interna del cable se generarán tensiones variables normales en el tiempo, produciendo el fenómeno de fatiga, efecto que acelerará el deterioro del cable si está mal dimensionado o mal calculado en relación al trabajo del cable y la fatiga concurrente.
Nos proponemos explicar brevemente cómo se determina dicho coeficiente de seguridad debido a la fatiga del cable, según lo establecido en el anexo N de la norma IRAM 3681-1:2019.
Primeramente el anexo N da las premisas o condiciones de borde que debe tener la instalación del ascensor para que tenga validez el cálculo del coeficiente de seguridad. Dicha norma dice textualmente lo siguiente:
Evaluación del coeficiente de seguridad para los cables de tracción
N.1 Generalidades
Este anexo describe el método de evaluación del coeficiente de seguridad (Sf) para los cables de tracción, según el punto 9.2.2. El método tiene en consideración:
- materiales tradicionales utilizados en el diseño de los cables de tracción para poleas de tracción de acero o de fundición de hierro;
- cable de acero, de acuerdo con normas internacionales aplicables;
- vida útil de los cables, asumiendo un mantenimiento e inspección
Por lo expuesto, la norma limita la determinación del coeficiente de seguridad a cables de suspensión fabricados con acero, y a poleas tractoras y de desvío fabricadas con acero o fundición de hierro. Para otro tipo de material este cálculo no tiene validez.
El cálculo del coeficiente de seguridad gira en torno al fenómeno de fatiga que se produce en los cables de suspensión por la aparición de tensiones variables, por lo descripto anteriormente. Se concentra fundamentalmente en la fatiga que se genera en el cable de suspensión cuando pasa por la polea tractora y las demás poleas auxiliarles o deflectoras.
El primer paso para el cálculo del coeficiente de seguridad es determinar un número equivalente de poleas (Nequiv), la expresión matemática es la siguiente:
Nequiv = Nequiv (t) + Nequiv (p)
Siendo:
N equiv (t) = es el número equivalente de poleas de tracción.
N equiv (p) = es el número equivalente de poleas deflectoras o de desvío. Son todas las poleas que constituyen la instalación, salvo la polea tractora.
Cada instalación va a tener sus particularidades, es decir, el diseño de la polea tractora y el de la o las de desvío va a tener sus características que, no necesariamente, son coincidentes con el tipo de polea que menos daño por fatiga causa al cable de suspensión cuando éste pasa por dicha polea.
La polea que menos daño generará al cable por el fenómeno de la fatiga es la de garganta semicircular sin entalla, donde el radio de su ranura es aproximadamente superior al 5 o 6% del radio nominal del cable.
Por lo tanto, toda polea con una construcción diferente a la descripta generará un mayor deterioro en el cable cuando pase por ella.
De ahí surge la idea de cuantificar por medio de este número equivalente (N equiv), para que nos indique por cuántas poleas ideales debería pasar el cable físicamente por las poleas de la instalación del ascensor en cuestión, para generar el mismo daño por el fenómeno de fatiga.
El número equivalente total está dado por la suma de dos términos: el primero es el número equivalente Nequiv (t) dado por la polea tractora y el segundo está dado por el número equivalente Nequiv (p) sobre las demás poleas de desvío de la instalación del ascensor.
La tabla que se muestra a continuación determina el número equivalente de poleas tractoras ideales, por las que debería pasar el cable para generar las mismas exigencias que se le generan al pasar por la polea tractora de la instalación del ascensor en cuestión.
Tabla N.1 – Número equivalente de poleas Nequiv
| Ranuras en V | V-ángulo g | — | 35º | 36º | 38º | 40º | 42º | 45º |
| Nequiv (t) | — | 18,5 | 15,2 | 10,5 | 7,1 | 5,6 | 4,0 | |
| Ranuras con entalla | U-ángulo b | 75º | 80º | 85º | 90º | 95º | 100º | 105º |
| Nequiv (t) | 2,5 | 3,0 | 3,8 | 5,0 | 6,7 | 10,0 | 15,2 |
Para ranuras en U sin entalla: Nequiv (t) = 1
Se puede observar que cualquier polea tractora que tenga una entalla diferente a la semicircular sin desfonde, genera un daño muy superior a ésta última. Para dar un ejemplo: si tenemos una polea tractora cuyo perfil de garganta es en V y posee un ángulo de garganta igual a 38°, eso equivale a hacer pasar el cable por 10,5 poleas tractoras ideales para generar el mismo stress sobre el cable.
Esto denota la importancia de tener en cuenta consideraciones que parecen menores pero hacen a la vida útil del cable de suspensión, ya que si pasamos a un ángulo mayor para el mismo perfil de garganta, por ejemplo 42°, las poleas ideales para generar el stress se reducen a la mitad del valor. En este caso según la tabla corresponde a 5,6 poleas ideales.
Para el cálculo del número equivalente de poleas deflectoras o de desvío se debe utilizar la fórmula que se detalla a continuación:
Nequiv (p) = Kp (Nps+ 4 Npr)
Nps = es el número de poleas con flexiones simples que posee la instalación.
Npr = es el número de poleas con flexiones invertidas que posee la instalación.
Nota: solo se considera una flexión invertida, si la distancia entre los puntos de contacto del cable entre dos poleas consecutivas, separadas por una distancia fija entre sus ejes, no excede de 200 veces el diámetro nominal del cable de suspensión, y los planos de flexión rotan más de 120°.
Una vez determinado el número equivalente total Nequiv., se ingresa al siguiente ábaco o se utiliza la siguiente fórmula para determinar el factor de seguridad mínimo para dicha instalación, debido al fenómeno de fatiga por la presencia de tensiones normales variables en el tiempo sobre el cable de suspensión al pasar por las diferentes poleas de la instalación del ascensor.
Por lo tanto una vez determinado este coeficiente de seguridad (SF), mediante el anexo N, debemos realizar la siguiente verificación que se detalla a continuación:
Carga de trabajo del cable ≤ Carga de falla del cable / coeficiente de seguridad.
Carga de trabajo del cable ≤ Carga de falla del cable / SF
Por lo tanto nos queda:
Carga de falla del cable / Carga de trabajo del cable ≥ SF
Para ascensores electromecánicos por adherencia, nos queda de la siguiente manera:
Carga de falla del cable es igual a la carga mínima de rotura del cable. Dicho dato se extrae de la ficha técnica del mismo, que en inglés se denota con la frase “breaking load”.
La carga de trabajo del cable tiene que ver con la fuerza máxima ejercida sobre el cable cuando la cabina se encuentra en el nivel más bajo y con su carga nominal.
Conclusión: la relación o el cociente de la carga mínima de rotura del cable sobre la carga máxima de la instalación que soporta, siempre debe dar un número superior o igual al coeficiente de seguridad calculado en el anexo N.
(Breaking force / Carga máxima de trabajo) ≥ SF
Por lo tanto estas son las premisas a tener en cuenta para que el cable de suspensión en una instalación de ascensores dure el tiempo estimado, sin obviar el mantenimiento periódico que se le debe realizar al mismo, tema que va a ser desarrollado en la próxima entrega de Conociendo al Ascensor.
