Cabo de aço para guindaste: 4 parâmetros e 5 normas de rejeição

O cabo de aço é o componente de suporte de carga mais crítico no mecanismo de elevação de um guindaste; a sua correta seleção influencia diretamente a segurança do equipamento e a sua vida útil. De acordo com os requisitos da norma ISO 4301 — Norma de projeto para guindastes, a força mínima de ruptura do cabo de aço deve satisfazer a condição de fator de segurança F₀≥S×n, onde S é a força estática máxima de trabalho do cabo e n é o fator de segurança, cujo valor está relacionado com a classe de funcionamento do mecanismo. Simultaneamente, a norma ISO 4308 — Seleção de cabos de aço para guindastes estabelece que a seleção do cabo deve considerar de forma integrada fatores como o diâmetro da polia e do tambor, o tipo de construção do cabo e a vida útil esperada, fornecendo aos engenheiros um enquadramento completo para a seleção.

4 tipos de construção de cabo de aço e condições de aplicação

Os cabos de aço utilizados em guindastes podem ser classificados, quanto à construção, em 4 categorias: contacto pontual, contacto linear, contacto superficial e pernas compactadas. Os cabos de contacto pontual (ex.: 6×19) são de fabrico simples, mas apresentam elevadas tensões de contacto entre os fios internos e externos, sendo adequados para operações de içamento padrão. Os cabos de contacto linear (ex.: 6×19W, 6×25Fi), fabricados com fios de camadas paralelas, reduzem a tensão de contacto e aumentam a vida útil à fadiga em cerca de 30% em comparação com os de contacto pontual, sendo a configuração padrão nos mecanismos de elevação das Pontes Rolantes da Kelude.

Os cabos de contacto superficial utilizam pernas de perfil especial, cujos fios externos são moldados para criar superfícies de contacto planas, oferecendo excelente Resistência ao Desgaste e sendo adequados para condições de Enrolamento multicamada. Os cabos de pernas compactadas, submetidos a forjamento ou laminação, sofrem deformação plástica dos fios internos, atingindo um coeficiente de preenchimento metálico superior a 0,85; para o mesmo diâmetro, a sua Força de ruptura é 15%~20% superior à de um cabo de aço comum. Na seleção, a Classe de Funcionamento (valor M) determina o tipo de construção: para classes M5 ou inferiores, podem ser utilizadas pernas simples; para classes M6 ou superiores, recomenda-se construção de contacto linear ou pernas múltiplas.

Alma de fibra vs. alma de aço: comparação de 4 parâmetros essenciais

As almas dos cabos de aço dividem-se em dois tipos principais: Alma de fibra (FC) e Alma de aço (IWRC), que diferem significativamente em flexibilidade, resistência ao esmagamento, área de secção metálica e gama de temperaturas de serviço. A Alma de fibra, fabricada em sisal natural ou polipropileno sintético, possui boa capacidade de retenção de lubrificante, permitindo a autolubrificação contínua do cabo durante o serviço e retardando a Corrosão interna dos fios. É flexível e adequada para Enrolamento de camada única e aplicações com flexões frequentes.

A Alma de aço (IWRC), constituída por um cabo de aço independente, oferece uma resistência ao esmagamento muito superior à da Alma de fibra, não sendo deformada pelos fios externos em Enrolamento multicamada. Apresenta uma maior área de secção metálica e, para o mesmo diâmetro nominal, a sua Força de ruptura mínima é cerca de 8%~12% superior à dos cabos FC. Em aplicações de alta temperatura, como nas Pontes Rolantes Metalúrgicas e Pontes Rolantes de Lingotamento da Kelude, a utilização de cabos com Alma de aço IWRC é obrigatória, uma vez que a Alma de fibra carboniza e perde a sua função a Temperaturas Ambiente superiores a 60°C. Além disso, os cabos IWRC apresentam menor alongamento estrutural, sendo adequados para içamentos de precisão que exigem posicionamento rigoroso.

3 pontos essenciais na seleção de cabos de aço antirrotação

O cabo de aço antirrotação (também designado cabo não rotativo) é concebido com camadas internas e externas de pernas com torções opostas, de modo que os Torques gerados pelas camadas interna e externa se anulam mutuamente quando o cabo é submetido a carga. Este tipo de cabo é particularmente adequado para mecanismos de elevação de cabo único e guindastes de grande altura de elevação, prevenindo eficazmente a Rotação descontrolada do Gancho e da carga. Na seleção de um cabo antirrotação, devem ser considerados 3 pontos críticos.

Primeiro ponto: os cabos antirrotação são geralmente fabricados em três construções comuns: 18×7, 19×7 e 35×7. A construção 18×7 é composta por 12 pernas externas com Cabo cruzado à direita e 6 pernas internas com Cabo cruzado à esquerda, equilibrando o Torque entre camadas e sendo adequada para Alturas de elevação até 100m. A construção 35×7, com maior número de pernas e maior coeficiente de preenchimento metálico, é indicada para Alturas de elevação superiores a 150m, como nos mecanismos de elevação dos Pórticos para usina hidrelétrica da Kelude.

Segundo ponto: a relação D/d entre o diâmetro do tambor/polia e o diâmetro do cabo é mais exigente para cabos antirrotação. Para a classe M5, recomenda-se D/d≥22,4; para a classe M6, D/d≥25; e para a classe M7, D/d≥28. Estes valores são superiores aos exigidos para cabos comuns da mesma classe, uma vez que a construção de pernas múltiplas é suscetível a deformação do tipo "gaiola de pássaro" quando submetida a raios de curvatura reduzidos.

Terceiro ponto: a Fixação das extremidades do cabo deve incluir medidas fiáveis contra a Rotação. É estritamente proibido fixar a extremidade de um cabo antirrotação por soldagem. Devem ser utilizados Soquete de cunha ou soquetes de liga fundida, e deve ser instalado um dispositivo anti-rotação abaixo do Soquete para evitar a acumulação de deformação por torção durante as operações de elevação, que poderia levar à afrouxamento dos cordões e à desagregação do cabo.

Correspondência do diâmetro do cabo: relação tambor/polia e fator de segurança

De acordo com as normas ISO 4301 e ISO 4308, a relação D/d entre o diâmetro nominal do cabo (d) e o diâmetro primitivo do tambor e das polias (D) é um parâmetro fundamental para a vida útil do cabo. Uma relação D/d demasiado baixa provoca tensões de flexão excessivas e uma redução drástica da vida útil à fadiga. Os valores mínimos de D/d correspondentes às classes de funcionamento habituais são: classe M3 ≥14, classe M4 ≥16, classe M5 ≥18, classe M6 ≥20, classe M7 ≥22,4 e classe M8 ≥25.

O valor do Fator de segurança n também varia com a Classe de Funcionamento: classe M3 n≥4,0; classe M4 n≥4,5; classe M5 n≥5,0; classe M6 n≥6,0; classe M7 n≥7,0; classe M8 n≥9,0. A Kelude, no seu Teste de Aceitação de Fábrica, verifica a Força de ruptura real de cada cabo de aço instalado, garantindo uma margem de F₀ medido ≥ S×n×1,15. O cálculo de seleção deve ainda considerar o ângulo do Sulco do tambor, o ângulo de deflexão e a inclinação de entrada do cabo no Tambor; para ângulos de deflexão superiores a 4°, é obrigatória a instalação de um dispositivo de alinhamento do cabo.

5 critérios de rejeição e periodicidade de inspeção

De acordo com as disposições das normas ISO 4309 — Norma de Inspeção de Cabos de Aço e ISO 4309:2017 — Manutenção, inspeção e rejeição de cabos de aço para guindastes, um cabo de aço deve ser rejeitado se qualquer uma das seguintes 5 condições for verificada: ① o Número de fios rompidos num comprimento de passo atingir 10% do total de fios; ② a Redução de diâmetro do cabo em relação ao diâmetro nominal for superior a 7%; ③ ocorrer Ruptura de perna inteira ou exposição da alma; ④ forem observados pontos de corrosão evidentes ou Corrosão superficial que provoque Redução de diâmetro; ⑤ o cabo apresentar deformações permanentes, tais como deformação em gaiola, extrusão de pernas, torção ou achatamento.

A periodicidade das inspeções de rotina é definida em três níveis, de acordo com a frequência de utilização do equipamento: guindastes de serviço contínuo (operação anual >4000h) devem ser submetidos a inspeção visual semanal e a uma inspeção detalhada mensal; guindastes de serviço intermitente (operação anual de 2000 a 4000h) devem ser inspecionados visualmente a cada duas semanas e detalhadamente a cada dois meses; guindastes de serviço ocasional (operação anual <2000h) podem ser inspecionados visualmente uma vez por mês e detalhadamente semestralmente. A inspeção detalhada inclui o estado de Lubrificação, a fiabilidade da Fixação das extremidades, o desgaste do Sulco do tambor e a uniformidade de tensão na Polia equalizadora.

Tabela comparativa de parâmetros de construção de cabos de aço

Normas de Inspeção e Critérios de Rejeição: Tabela Comparativa

Perguntas Frequentes