aula 2 - cabos de aço

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MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTE
INTRODUÇÃO A CABOS DE AÇO E CORRENTES
Aula 02
Guilherme Medeiros
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Qualidade e Material dos Arames de Aço
Os arames de aço usados na fabricação de um cabo têm resistência mecânica a tração na faixa de: 160 – 220 kgf/mm2.
160 kgf/mm2 Plow Steel P.S.
180 kgf/mm2 Improved Plow Steel I.P.S.
200 kgf/mm2 Extra Improved Plow Steel E.I.P.S.
220 kgf/mm2 Extra Extre Improved Plow Steel E.E.I.P.S.
Os cabos de aço sujeitos a ambientes agressivos necessitam de proteção contra a corrosão. Os arames podem ser galvanizados na bitola final ou intermediária, sendo depois trefilados. Estes últimos são chamados de galvanizados retrefilados.
Os cabos de aço galvanizados retrefilados têm a mesma resistência a tração que os cabos de aço de arames polidos.
Os cabos de aço E.E.I.P.S. são para aplicações especiais – onde é necessário uma alta resistência a tração, existindo limitações de massa e diâmetro. 
Construções e Tipos de Cabos 
Os toros ou pernas - são constituídos por um número variável de arames. A medida que o número de arames aumenta, diminui o seu diâmetro, e o cabo fica flexível, para cabo de mesmo diâmetro. 
Construções e Tipos de Cabos 
Passo de uma perna ou de uma camada da perna é a distância em que um arame dá uma volta completa em torno do seu núcleo.
Tipos de Almas para Cabos
A alma de um cabo de aço é um núcleo em torno do qual as pernas ou toros são torcidas. Sua função é proporcionar uma melhor distribuição dos esforços nas pernas do cabo. Pode ser de fibra natural (AF) ou artificial (AFA), pode ser formada por uma perna (AA)ou por cabo de aço independente (AACI). 
Tipos de Almas para Cabos
Almas de Fibra – dão maior flexibilidade ao cabo de aço. As almas de fibras naturais (AF) são geralmente de sisal e as almas de fibras artificiais (AFA) são normalmente de polipropileno.
Almas de aço – garantem maior resistência ao amassamento e aumentam a resistência à tração. Podem ser formada por uma perna (AA)ou por cabo de aço independente (AACI), sendo esta última mais flexível combinada com alta resistência à tração. 
Nota: Cabos com alma de aço apresenta um aumento de 7.5% na resistência à tração e 10% na massa, em relação a um cabo com alma de fibra.
Diâmetro do Cabo de Aço
O diâmetro real de um cabo é o diâmetro da circunferência, em milímetros, que circunscreve o cabo.
Tipos Construção de Cabos de Aço
Cabo Seale – existe pelo menos duas camadas adjacentes com o mesmo número de arames. Todos os arames de uma mesma camada possuem alta resistência ao desgaste. As camadas internas e externas de cada toro ou perna são de fios de diferentes diâmetros. 
Tipos Construção de Cabos de Aço
Cabo Filler – possui arames principais e arames finos, que servem de enchimento para a boa acomodação dos outros arames. Os arames de enchimento não estão sujeitos as especificações que os arames principais devem satisfazer. Possuem boa resistência ao desgaste, boa resistência à fadiga e alta resistência ao amassamento 
Tipos Construção de Cabos de Aço
Cabo Warrington, - existe pelo menos uma camada constituída de arames de dois diâmetros diferente e alternados. Possuem boa resistência ao desgaste e boa resistência a fadiga.
Tipos Construção de Cabos de Aço
Cabo Warrington-Seale - possui as principais características de cada composição, proporcionando ao cabo alta resistência à abrasão (Seale) conjugado com alta resistência a fadiga de flexão (Warrington).
-Uma camada de cabos finos (Seale)
-Alternância entre cabos finos e largo (Warrington).
A flexibilidade e a resistência a abrasão de acordo com o tipo de cabos é dado pela figura a seguir.
Flexibilidade e Resistência de Cabos de Aço
A flexibilidade de um cabo de aço é inversamente proporcional ao diâmetro dos arames externos.
A resistência à abrasão é diretamente proporcional ao diâmetro dos arames externos.
Escolhe-se uma composição com arames finos quando se deseja o esforço à fadiga de dobramento, e uma composição de arames externos mais grossos quando as condições de trabalho exigirem grande resistência à abrasão.
O cabo 6x41 é o mais flexível, graças ao menor diâmetro dos seus arames externos, porém é o menos resistente à abrasão, enquanto que o contrário ocorre com o cabo 6x7. 
Tipos de torção em Cabos 
Quando as pernas são torcidas da esquerda para a direita, diz que o cabo é de torção à direita (Z). Caso contrário, diz que o cabo é de torção à esquerda (S). Os cabos de torção à esquerda devem ser consideradas todas as características do seu uso. 
Tipos de torção em Cabos 
Cabo de Torção Normal – quando os enrolamentos dos arames é de sentido contrário ao dos toros. São mais rígidos e difícil de se desenrolar. Além de considerável resistência a amassamentos, devido ao curto comprimento dos arames expostos.
Tipos de torção em Cabos 
Cabo de Torção Lang – quando os enrolamentos dos arames é no mesmo sentido ao dos toros. Devido ao longo comprimento do arame exposto, são mais resistentes à abrasão. São mais flexíveis e possuem maior resistência a fadiga. Suas extremidades devem ser fixadas e não são recomendados para movimentar cargas com uma linha de cabo. Sua alma deve ser de aço, devido sua baixa resistência ao amassamento.
Tipos de torção em Cabos 
Cabo de torção reversa – os fios em duas pernas adjuntas, são torcidas em sentidos opostos.
Cabos de aço Pré-formados. Nesses cabos, cada fio e cada perna antes de serem torcidos são pré-formados para corresponderem à sua disposição no cabo, por isso ficam isentos de tensões e tendem a não distorcer se as amarras forem desapertadas. Vantagens: distribuição uniforme da carga; flexibilidade; menor desgaste e maior segurança. 
Cabos de Aço Pré-Formados
Cabos de Aço com Pernas Lisas
Cabos de Aço com Pernas Lisas/Compactado. São usados em lugares sujeitos à abrasão e desgaste intenso. A área de contato é maior, mais resistência ao amassamento. Especial para puxar cabos elétricos. Excelentes propriedades antigiratórias.
Cabos de Aço Fechados
Cabos de Aço Fechados - Consiste em uma camada externa de fios, de forma especial, e um cabo interno de torção simples espiral. Desgastam-se menos. Pouca flexibilidade. Aplicados a transportadores aéreos e guindastes de cabos.
Cabos de Aço Não Rotativos
São fabricados com 12 toros externos de 7 arames de torção regular/cruzada torcidas ao redor de uma alma (AACI) composta de 6 toros de 7 arames cada com torção Lang à esquerda (sS), que por sua vez são torcidas ao redor de uma alma que pode ser de fibra ou aço. A torção externa é compensada pela torção interna, contrária, quando sob tensão. Devem possuir fatores de segurança maiores que os de outra classe.
Especificação de Cabos de Aço
Classe de Cabos de Aço
Número de pernas
Número de cabos por perna
Ao desenrolar o cabo de aço de uma bobina ou de um rolo devem ser tomados cuidados especiais para evitar afrouxamento do cabo, já que essa condição pode provocar a formação de olhais, nós ou dobras no cabo. 
Manuseio dos Cabos de Aço
certo
errado
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Lubrificação dos Cabos de Aço
Deve ser realizada em função do tipo de equipamento de levantamento de carga, seu uso, o ambiente e o tipo de cabo em questão. 
Deve-se limpar o cabo de aço, onde possível e cobri-lo com graxa ou óleo, especialmente nos trechos que dobram ao passar sobre polias e tambor. Nunca utilize solvente.
O lubrificante utilizado na manutenção deve ser compatível com o lubrificante original especificado pelo fabricante.
A falta de lubrificação reduzirá a durabilidade do cabo.
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Proteção contra a corrosão e desgaste por atrito.
A lubrificação dos cabos é interna e externa.
Não utilize óleo queimado.
Características dos lubrificantes:
Ser quimicamente neutro
Possuir boa aderência
Viscosidade adequada para penetrar na alma
Ser estável em condições operacionais
Ser anti-oxidante
Ser compatível com o lubrificanteoriginal 
Características dos Lubrificantes
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Os lubrificantes empregados para várias condições de funcionamento devem ter viscosidades diferentes.
 
Os produtos demasiadamente viscosos devem ser previamente aquecidos para que se tornem suficientemente fluidos para poderem ser aplicados e penetrarem até a alma do cabo.
O cabo deve ser limpo com escova de aço. Não usar solventes. A lubrificação pode ser: imersão, gotejamento e pulverização. Melhor durante a operação, perto do tambor ou polias.
Lubrificantes adequados conforme a aplicação. 
Lubrificação dos Cabos de Aço
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Tipos de Lubrificantes - Aplicação
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O cabo de aço deve ser examinado em toda extensão, porém alguns dos pontos são críticos e devem ser inspecionados com maior rigor, são eles:
Extremidades dos cabos móveis e estáticos;
Parte do cabo que passa sobre as roldanas;
Inspeção interna quanto a sinais de corrosão e fadiga;
Qualquer parte do cabo sujeita a altas temperaturas;
Qualquer parte do cabo que possa estar sujeita a abrasão externa;
Inspeção em Cabos de Aço
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Inspeção em Cabos de Aço
Extremidades dos cabos
O cabo deve ser examinado na área próxima ao acessório, pois é nessa área que se dá início à fadiga (arames partidos) e à corrosão. Os próprios acessórios devem ser examinados quanto a sinais de deformação ou desgaste. 
Por exemplo, uma presilha deve ser inspecionada quanto a trincas no material e possível deslizamento entre a presilha e o cabo.
O cabo de aço dentro de acessórios removíveis deve ser examinado quanto a arames partidos e devidamente apertados 
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O uso seguro do cabo é qualificado pelos seguintes critérios:
Natureza e número de arames rompidos;
Arames partidos na região dos terminais;
Agrupamento localizado de arames partidos;
Taxa de aumento de arames partidos
Ruptura de pernas;
Redução do diâmetro, incluindo a resultante da deterioração da alma;
Redução da elasticidade;
Desgaste externo e interno
Corrosão externa e interna
Deformação;
Danos causados pelo calor ou arco elétrico;
Taxa de aumento do alongamento permanente. 
Inspeção em Cabos de Aço
Critérios de Descarte
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No caso de cabos de seis e oito pernas, os arames partidos ocorrem principalmente na superfície externa. 
Para cabos de aço com várias camadas de pernas, a maioria das rupturas ocorrem internamente, sendo, portanto, fraturas “não visíveis”.
Ocorre por abrasão ou por fadiga de flexão. 
Pode ocorrer nos arames externos ou internos, caso possua alma de aço. 
As rupturas no vale das pernas e na alma são críticas.
Verificar o número de arames rompidos num determinado comprimento.
Natureza e número de arames rompidos
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Arames Partidos na Região dos Terminais
Arames partidos nos terminais do cabo ou junto a eles, mesmo em pequena quantidade, indicam níveis elevados de tensão nessa posição e podem ser causados pela fixação incorreta do acessório.
Inclinada
Mordendo os fios
Mal dimensionado
 Deve-se investigar a causa dessa deterioração e, onde possível, o terminal deve ser refeito, encurtando-se o cabo se houver um comprimento suficiente para o seu uso.
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Extremidades
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Agrupamento Localizado de Arames Partidos
Quando os arames partidos estão muito próximos uns dos outros, constituindo um agrupamento localizado de tais rupturas, o cabo deve ser descartado. 
Se o agrupamento de tais rupturas ocorrer em um comprimento menor que 6d ou concentrar-se em uma determinada perna, convém que o cabo seja descartado, mesmo que o número de arames partidos seja inferior ao valor máximo indicado pela norma NBR 4309/1998.
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Taxa de Aumento de Arames Partidos
Em aplicações onde a causa predominante da deterioração do cabo é a fadiga, os arames começam a romper-se após um certo tempo de uso, mas o número de arames partidos aumentará progressivamente a intervalos cada vez menores.
Nesses casos, recomenda-se uma inspeção cuidadosa e o registro do aumento de arames partidos para se estabelecer a taxa de aumento das rupturas. 
Essa regra pode ser aplicada para definir o tempo de vida útil do cabo. 
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Ruptura de Perna
No caso de ruptura total de uma perna o cabo de aço deverá ser descartado.
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Arames Rompidos no Topo
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Arames Rompidos no Vale
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Arames Rompidos
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Rompimento da Perna do Cabo
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Arames Rompidos
NBR 4309/1998
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Redução do Diâmetro
A redução do diâmetro do cabo devida à deterioração da alma pode ser causada por:
desgaste interno causado pelo atrito entre as pernas individuais e os arames no cabo, especialmente quando ele está sujeito a dobramento.
Deterioração da alma de aço
Ruptura das camadas internas em uma construção composta de diversas pernas.
 
 Se esses fatores causarem a redução do diâmetro do cabo em 3% do diâmetro nominal para cabos anti-giratórios ou 10% para outros cabos, estes deverão ser descartados.
Os cabos novos podem apresentar um diâmetro real maior que o diâmetro nominal, de modo que o desgaste admissível seja maior.
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Redução da Elasticidade
Difícil detecção
Geralmente associada aos seguintes fatores:
Redução do diâmetro do cabo
Alongamento do passo
Falta de afastamento entre as pernas/arames, causada pela compressão uns contra os outros
Dificuldade manuseio, podendo causar o rompimento repentino do cabo.
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Desgastes Externo e Interno
A abrasão dos arames externos das pernas externas no cabo é causada pela fricção, sob pressão com as ranhuras nas polias e tambores. A condição é particularmente evidente em cabos móveis nos pontos de contato com a polia, quando a velocidade da carga está sendo aumentada ou reduzida, manifestando-se sob a forma de superfícies achatadas nos arames externos.
O desgaste é causado pela falta de lubrificação ou pela lubrificação incorreta, assim como pela presença de poeira e resíduos (elementos abrasívos).
O desgaste reduz a resistência dos cabos através da redução da área metálica. 
Quando o diâmetro real do cabo tiver sido reduzido em 7% ou mais do diâmetro nominal do cabo devido ao desgaste externo, o cabo deve ser descartado. 
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Corrosão Externa e Interna
Ocorre especialmente em atmosferas marinhas e industriais.
Reduz a resistência, a elasticidade e acelera a fadiga.
Pode ser detectada:
Pela inspeção visual, no caso de corrosão externa
Variação do diâmetro do cabo
Perda de afastamento entre as pernas na camada externa do cabo, combinada por arames partidos nos vales. 
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Desgaste por Abrasão
NBR 4309/1998
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Danos Causados pelo Calor 
Os cabos de aço que foram expostos a efeitos térmicos excepcionais, reconhecidos externamente pelas cores produzidas, devem ser descartados. Ocorre a perda total de lubrificante.
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Taxa de Aumento do Alongamento Permanente 
Citado na norma, mas não comentado
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A destorção visível do cabo da sua torção normal é chamada de deformação e pode causar uma mudança da estrutura original que resultará na distribuição desigual de tensão no cabo.
A distinção entre as seguintes deformações é feita com base na sua aparência, são elas:
Ondulação;
Gaiola de passarinho;
Alma saltada;
Arame deslocado;
Aumento localizado do diâmetro do cabo;
Redução localizada do diâmetro do cabo;
Achatamentos
Nós ou olhais apertados
Dobra acentuada
Critérios de Descarte - Deformação
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Deformação - Ondulação
É uma deformação que ocorre quando o eixo longitudinal do cabo de aço assume a forma de uma hélice. Embora não resulte necessariamente na perda de resistência, se tal deformação for severa, pode transmitir uma pulsação, causando o movimento irregular do cabo. Após o trabalho prolongado, essa condição causará desgaste, assim como arames partidos.
No caso de ondulação, o cabo deve ser descartado se:
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Ondulações
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Deformação - Gaiola de Passarinho
Essa deformação se manifesta em cabos com alma de aço quando ocorre um deslocamento da camada externa das pernas, ou quando a camada externa se torna mais longa que a interna. Essa situação ocorreem função de um repentino alívio de tensão. O cabo fica inutilizado. 
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Gaiola de Passarinho
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Deformação - Alma Saltada
Essa característica é freqüentemente associada à deformação tipo gaiola de passarinho, quando o desequilíbrio do cabo é indicado na extrusão da alma. 
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Deformação - Arame Deslocado
Nessa condição, certos arames ou grupos de arames se projetam para cima, no lado oposto do cabo com relação à ranhura da polia, sob a forma de olhais – essa característica geralmente é causada pelo carregamento abrupto.
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Deformação - Aumento Localizado do Diâmetro do Cabo
Um aumento do diâmetro do cabo pode ocorrer, podendo afetar uma seção relativamente longa do cabo. A condição geralmente está associada a uma destorção da alma causada pelo carregamento de choque (em certos ambientes, uma alma de fibra pode sofrer inchação devido ao efeito da umidade) e conseqüentemente gerando um desequilíbrio nas pernas externas, que ficam orientadas incorretamente. 
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Deformação - Redução Localizada do Diâmetro do Cabo
A redução localizada do diâmetro do cabo está freqüentemente associada à ruptura da alma. As áreas junto à extremidade devem ser examinadas com cuidado quanto a tais deformações. 
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Deformação - Achatamentos
Os achatamentos ocorrem em decorrência de danos mecânicos; no caso de achatamentos graves, o cabo deve ser descartado.
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Deformação - Nós ou Olhais Apertados
É uma deformação causada por um olhal no cabo que foi apertado sem permitir a rotação em torno do seu eixo. Ocorre o desequilíbrio do comprimento do passo, causando o desgaste excessivo, e em casos severos o cabo será destorcido de tal forma que apenas uma pequena parte de sua resistência será mantida.
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Deformação - Dobra Acentuada
São deformações angulares do cabo causadas por fatores externos
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