Prensacables (Glands) y Mallas de Sujeción Kellems para Alivio de Tracción en Cables Mineros

Por Ing. Roberto Sánchez, Especialista en Distribución Eléctrica Minera | Ingeniero Principal de Protecciones y Cables en TEBAOFLEX (sobre nosotros)

Resumen Técnico.

La siguiente tabla resume los parámetros mecánicos y normativos para el anclaje de cables mineros en México.

Mecánica de Transferencia de Carga: Por Qué los Conductores de Cobre No Deben Soportar Tensión.

En la operación de jumbos electrohidráulicos, cargadores LHD, bombas sumergibles y tiros verticales de minas en México, los cables eléctricos sufren tirones súbitos y cargas gravitacionales severas. Los conductores flexibles Clase K de un cable Type G-GC o SHD-GC están formados por cientos de alambres finos de 0.25 mm a 0.40 mm (ASTM B172, 2020) de diámetro diseñados para resistir flexión, nunca tensión axial directa.

Si la fuerza de arrastre llega hasta las zapatas o bornes de conexión dentro del tablero o del motor, ocurren tres modos de falla catastróficos en cadena.

1. Extracción progresiva de hebras en la terminal. La tracción arranca las hebras periféricas del barril de compresión, reduciendo el área efectiva de conducción en más de un 30.0% (FAT TEBAOFLEX, 2026) y provocando puntos calientes que funden el aislamiento.
2. Ruptura prematura del conductor piloto (GC) o de tierra (G). Si la tierra se desprende antes que las fases durante un tirón del carrete, la carcasa pierde su referencia al neutro. Esto resulta letal si ocurre simultáneamente un cortocircuito fase-masa.
3. Pérdida del sello hermético IP68. El desplazamiento axial del cable abre el anillo elastomérico del conector, permitiendo el ingreso inmediato de agua ácida y lodo abrasivo hacia la caja de conexiones.

Ingeniería de Mallas de Sujeción Kellems (Chinese Finger Trap) en Minería.

La malla de sujeción Kellems es un dispositivo mecánico tejido en patrón helicoidal con alambres de acero inoxidable 316 o bronce estañado que se contrae radialmente sobre la cubierta del cable al aplicar tensión. Este principio distribuye la fuerza de sujeción de manera uniforme a lo largo de 450 mm a 700 mm (UL 514B, 2021) de cubierta sin estrangular ni dañar el aislamiento interno de EPR.

La carga de trabajo segura (Safe Working Load o SWL) se define como la fuerza máxima continua que una malla Kellems soporta en servicio, calculada dividiendo la carga de ruptura entre un factor de seguridad de 5 a 1 (equivalente al 20.0% según CSA C22.2 No. 18, 2021).

Selección del Tipo de Malla según la Aplicación Minera.

Para cumplir con el Artículo 300-19 de la norma NOM-001-SEDE-2012 (sitio externo) y la NOM-023-STPS-2012 (sitio externo), la arquitectura de la malla debe seleccionarse según el vector de carga y la corrosividad del entorno.

• Malla cerrada de doble ojo (Double-Eye Closed Mesh) en Acero Inoxidable 316. Obligatoria para suspensión vertical permanente de cables MP-GC 5kV a 15kV en contrapozos y tiros de ventilación cuando el extremo del cable está libre durante el tendido. Sus dos ojales simétricos equilibran la carga vertical de hasta 21.0 kN (UL 514B, 2021) sin inducir par de torsión.
• Malla abierta con cierre por costura (Split-Mesh Lace-Closing). Se instala cada 15 m a 30 m (NOM-001-SEDE-2012, 2012) en tiros verticales profundos. También se emplea cuando los conectores de media tensión ya están montados en el cable SHD-GC.
• Malla de alivio de tracción con ojal desplazado (Offset-Eye Bus Drop / Trailing Grip). Empleada para anclar cables portátiles Type G-GC 2000V en la entrada de jumbos, empernadores y cajas de distribución móviles (sleds), absorbiendo los tirones horizontales del equipo.

Fórmula de Espaciamiento Vertical de Mallas en Tiros de Mina.

Al suspender un alimentador MP-GC 15kV en un tiro vertical, la distancia máxima entre mallas ($H_{\text{máx}}$) depende de la carga segura ($\text{SWL}$) y la masa lineal ($m_c$).

$$H_{\text{máx}} = \frac{\text{SWL}}{m_c \times g \times K_d}.$$

Aquí $g = 9.81\text{ m/s}^2$ y $K_d = \mathbf{1.25}$ (IEEE Std 3001.8, 2021) es el factor dinámico por caída de agua en el tiro. Por ejemplo, para un cable MP-GC 15kV 3x250 kcmil de 6.85 kg/m (ICEA S-75-381, 2021), una malla inoxidable con $\text{SWL} = 21,000\text{ N}$ soporta teóricamente hasta 250 m (UL 514B, 2021). Sin embargo, la norma NOM-001-SEDE-2012 Tabla 300-19(a) (sitio externo) limita el espaciamiento a un rango de 15 m a 30 m para evitar la fluencia lenta del cobre.

Selección de Prensacables (Cable Glands) y Tolerancias Dimensionales ICEA S-75-381.

El prensacables de compresión con malla integrada es un herraje de entrada a gabinete fabricado en acero inoxidable o aluminio que combina un buje elastomérico IP68 con una malla Kellems externa. Mientras el buje interno sella la cubierta contra agua a presión y polvo, la malla exterior absorbe el 100.0% (UL 514B, 2021) de la flexión y el tirón mecánico.

Hallazgo de ingeniería: Un error frecuente en mantenimiento minero consiste en instalar prensacables métricos estándar (tales como los diseñados para cables rígidos IEC) sobre cables portátiles fabricados bajo ICEA S-75-381 / NEMA WC 58 (sitio externo). La norma ICEA S-75-381 permite una tolerancia dimensional de fabricación de ±5.0% a ±8.0% (ICEA S-75-381, 2021) sobre el diámetro exterior nominal debido al proceso de vulcanizado en tubo continuo de la doble cubierta de CPE. Si el rango del prensacables queda al límite del valor nominal de catálogo, ocurren dos fallas graves en obra. O el cable no entra por la tuerca de compresión, o el operario retira el buje de neopreno dejando el tablero expuesto al agua.

Tabla de Emparejamiento de Prensacables, Rosca NPT y Mallas Kellems por Calibre.

Datos de laboratorio FAT: En las líneas de vulcanizado continuo (CV) de TEBAOFLEX (sobre nosotros), aplicamos nuestra metodología de medición láser biaxial en línea y pruebas de tracción. En planta medimos una tolerancia de diámetro exterior mucho más estrecha (±2.2% según FAT, 2026) que el límite de ±5.0% (ICEA S-75-381, 2021). La siguiente tabla proporciona el dimensionamiento exacto de rosca NPT, rango de prensacables y malla Kellems para nuestros cables Type G-GC, SHD-GC y MP-GC.

Regla de Oro en Cajas de Conexión: El Bucle de Holgura (Slack Loop) en Conductores de Tierra.

El bucle de holgura del conductor de tierra es una reserva intencional de longitud de 25 mm a 35 mm (IEEE Std 3001.8, 2021) dejada en los dos conductores de tierra (G) dentro de la caja terminal respecto a las fases y al piloto.

Hallazgo de ingeniería: Incluso con malla Kellems de acero inoxidable, la seguridad minera exige prever un tirón extremo que supere los 49.0 kN (UL 514B, 2021) de ruptura y arranque parcialmente el cable. Si todos los conductores se cortan exactamente a la misma longitud, existe un 50.0% (IEEE Std 3001.8, 2021) de probabilidad de que los hilos de tierra (G) se arranquen primero mientras las fases siguen energizadas tocando la carcasa.

Para garantizar una secuencia de desconexión intrínsecamente segura conforme a la NOM-023-STPS-2012 (sitio externo), al preparar las puntas de cualquier cable Type G-GC o SHD-GC se deben respetar tres longitudes escalonadas.

1. Conductor piloto Ground-Check (GC) más corto (longitud base $L_0$). Debe tener la trayectoria más corta hacia su borne. Así, ante un desplazamiento axial mayor a 10 mm (IEEE Std 3001.8, 2021), se abre primero y dispara el interruptor en menos de 80 ms (IEEE Std 242, 2001).
2. Tres conductores de fase con longitud intermedia ($L_0 + 15\text{ mm}$). Si el tirón continúa tras abrirse el piloto, las fases se desconectan cuando el circuito ya ha sido desenergizado por la subestación.
3. Dos conductores de tierra (G) más largos ($L_0 + 35\text{ mm}$). Al contar con un bucle de holgura adicional, los conductores de tierra son físicamente los últimos en romperse, manteniendo el chasis puesto a tierra durante toda la falla mecánica.

Protocolo de Instalación de Mallas Kellems y Prensacables en Campo.

Para asegurar que la malla alcance el 100.0% (UL 514B, 2021) de su capacidad nominal de sujeción sobre la cubierta CPE, el personal de mantenimiento debe seguir cinco pasos técnicos.

1. Desengrase de la cubierta externa de CPE. Antes de montar la malla Kellems, limpie 800 mm (UL 514B, 2021) de cubierta con alcohol isopropílico. Esto elimina grasa, aceite hidráulico o lodo que reduzcan la fricción.
2. Asentamiento manual completo y banda de sujeción inferior. Comprima axialmente la malla para abrir su diámetro, colóquela sobre el cable y acaríciela desde el ojal hacia la cola hasta que todas las hebras de acero inoxidable muerdan uniformemente la cubierta. Asegure el extremo libre (cola) con dos vueltas de cinta autofundente y una abrazadera metálica sin apretar en exceso.
3. Prohibición de anclar la malla al perno de tierra eléctrica. Enganche el ojal de la malla Kellems a un cáncamo estructural soldado al chasis con grillete con seguro. Nunca lo conecte al perno de cobre de puesta a tierra eléctrica.
4. Torque controlado en la tuerca del prensacables IP68. Apriete la tuerca del gland hasta que el buje de neopreno se comprima entre un 15.0% y un 20.0% (UL 514B, 2021). Verifique además que la rosca NPT tenga al menos 5 hilos (NOM-001-SEDE-2012, 2012) acoplados.
5. Radio mínimo de curvatura a la salida de la malla. Mantenga un tramo recto a la salida del prensacables. Respete un radio mínimo de curvatura de 6 veces el diámetro exterior en 2000V y de 8 a 12 veces en media tensión (ICEA S-75-381 Sección 6 (sitio externo)).

Preguntas Frecuentes (FAQ) sobre Prensacables y Mallas Kellems Mineras.

¿Qué factor de seguridad se debe aplicar al elegir una malla Kellems para cables mineros?

Según los estándares UL 514B y CSA C22.2 No. 18, para soportar cables eléctricos en minas se debe aplicar un factor de seguridad mínimo de 5 a 1 (el trabajo seguro o SWL no debe superar el 20.0% de la carga de ruptura según UL 514B, 2021). En tiros verticales con caída de agua o vibración severa, se recomienda elevar el margen a 7 a 1 (IEEE Std 3001.8, 2021).

¿Cada cuántos metros se deben instalar mallas de soporte en un tiro vertical con cable MP-GC?

Según el Artículo 300-19 de la NOM-001-SEDE-2012 (sitio externo), los cables en tiros verticales deben soportarse cada 15 m a 30 m (NOM-001-SEDE-2012, 2012) según el calibre. Para ello se emplean mallas Kellems intermedias de acero inoxidable 316 con cierre por costura.

¿Por qué es mejor el acero inoxidable 316 que el acero galvanizado en mallas mineras?

En galerías subterráneas con humedad superior al 90.0% (NOM-023-STPS-2012) y aguas ácidas o sulfatadas, el recubrimiento de zinc del acero galvanizado se corroe en pocos meses, debilitando las hebras tejidas. El acero inoxidable AISI 316 con molibdeno resiste la picadura ácida y conserva más del 98.0% (FAT TEBAOFLEX, 2026) de su resistencia a la tracción tras años de servicio.

¿Cómo influye la tolerancia de diámetro exterior del cable Type G-GC al seleccionar el prensacables?

La norma ICEA S-75-381 admite una variación dimensional de ±5.0% (ICEA S-75-381, 2021) en el diámetro exterior. Por ello, no elija un prensacables basándose solo en el diámetro nominal; el buje de neopreno debe cubrir tanto el mínimo como el máximo real para garantizar el sello IP68 (IEC 60529, 2020).

Solicite Cables Mineros con Control Láser de Diámetro y Asesoría de Anclaje.

En TEBAOFLEX fabricamos cables mineros Type G-GC 2000V, Type W 2000V, SHD-GC 2kV a 25kV y MP-GC 5kV a 15kV con control láser de diámetro exterior (±2.2% según FAT, 2026). Nuestras cubiertas CPE de alta tracción aseguran un ajuste hermético en prensacables NPT y mallas Kellems.

Comuníquese hoy con nuestro departamento de ingeniería mediante nuestra página de contacto para recibir las fichas dimensionales exactas y cotización directa de fábrica.