Tesis-supuesta-de-sanga.docx

CONTENIDO AGRADECIMIENTO........................................................................................... 1 DEDICATORIA....................................................................................................2 RESUMEN.......................................................................................................... 3 ABSTRACT......................................................................................................... 5 INTRODUCCIÓN................................................................................................ 6 CAPÍTULO I........................................................................................................ 7 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN..................................................... 7 1.1. DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD DEL PROBLEMA............................. 7 1.2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA................................................................ 7 1.3. OBJETIVOS.............................................................................................. 8 1.4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN..............................................8 1.5. VARIABLES......................................................................................................9 1.6. OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES...................................... 9 1.7. HIPÓTESIS............................................................................................... 9 CAPÍTULO II......................................................................................................10 MARCO TEORICO............................................................................................10 2.1. ANTECEDENTES...................................................................................10 2.2. TIPOS DE PUENTE GRUA.....................................................................11 2.3. PARAMETROS PARA SELECCIONAR UN PUENTE GRUA....................13

AGRADECIMIENTO A los maestros de la Escuela de Ingeniería Mecánica por sus sabias enseñanzas y dedicación constante. A nuestras familias por su gran apoyo incondicional para la concreción del trabajo de tesis

DEDICATORIA A Dios, por sus bendiciones y bondad inconmensurable, sin cuyo ámparo no me hubiera sido posible llegar a cumplir mis aspiraciones. A mis padres, por ser mi fuente constante de esfuerzo y dedicación para lograr alcanzar mis metas en la vida A mis hermanos, por su aliento, confianza, amistad y fuerza, para continuar esforzándome en la tarea investigativa.

RESUMEN

ABSTRACT

INTRODUCCIÓN

CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN 1.1. DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD DEL PROBLEMA En los talleres de Arcolands Cia. Ltda. División Oriente, se encuentra el área de Overhaul de los grupos electrógenos Waukesha

En dicha área de trabajo actualmente no existe un sistema para elevar y transportar adecuadamente las partes y piezas que se desmontan y montan en el proceso de la reparación de motores, tal como la marca Waukesha recomienda en sus manuales de Overhaul, ya que se utiliza un tecle manual de 5 toneladas sujeto a una viga de la estructura del taller; Además el seguir trabajando de esta manera en el taller puede causar daño a la persona o al equipo. Los daños potenciales que se pueden presentar al personal son: •

Trastornos Neurológicos en caso de golpes a nivel de cabeza.

•

Daños en la columna vertebral tales como lesión de las vértebras cervicales, hernias discales, lumbalgias, lesiones de nervio ciático, lumbociatalgia.

•

Hernias abdominales e inguinales

•

Golpes, fracturas.

Los daños potenciales que se pueden presentar al equipo son:   

Daño causado por inadecuado anclaje de las partes y piezas Daño por golpe causado por sobrecarga de la capacidad del tecle. Incorrecto montaje por la falta de facilidad de maniobrar los equipos y accesorios.

El utilizar el sistema de tecle causa que el tiempo requerido para desmontar y montar las partes y piezas se incremente considerablemente.

1.2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 1.2.1. Problema General

¿Cómo diseñar y simular técnicamente un puente grúa? 1.2.2. Problemas Específicos a) ¿Qué tipo de tornillo se va a utilizar para este diseño? b) ¿Qué tipo de soldadura se va a utilizar para este diseño?

1.3. OBJETIVOS 1.3.1. Objetivo General Diseñar y simular un Puente Grúa de 15 Toneladas de capacidad, para el desmontaje y montaje de partes y piezas de los motores Waukesha al momento de realizar una reparación, Overhaul y Mantenimiento en los talleres de Arcolands Cia. Ltda. División Oriente. 1.3.2. Objetivos Específicos a) Estudiar los diferentes tipos de grúas que existen en el mercado y selección de alternativas. b) Elaborar los cálculos del diseño de la uniones permanentes y no permanentes 1.4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN El enfoque del Proyecto es el diseño de un puente grúa de 15 Toneladas, con lo cual los técnicos certificados por Waukesha Engine en Overhaul de grupos electrógenos de la compañía Arcolands Cia Ltda, podrán realizar los desmontajes y montajes de las partes y piezas de los motores de una forma segura, evitando de esta manera que se vea afectada la salud física del personal, así como el tiempo para realizar las múltiples funciones, el cual se disminuirá considerablemente. Este diseño debe satisfacer las recomendaciones técnicas que la Fábrica de Waukesha Engine requiere para realizar reparaciones, mantenimientos, Overhauls de los grupos electrógenos bajo las normas de Seguridad Industrial vigentes. El diseño del Puente Grúa se utilizará para levantar motores con un peso máximo de 10 toneladas; Cabe acotar que este diseño es de una capacidad de 15 Tn. Ya que el peso del motor con todos sus componentes de funcionamiento puede llegar a 14 Tn. La fuente de alimentación del puente grúa será por medio de un motor eléctrico, ya que este no contamina el medio ambiente, y es de fácil instalación y mantenimiento.

También se va a desarrollar de manera que durante el proceso sean tomadas en consideración las opiniones de los Supervisores y Técnicos de campo, ya que son el personal directamente relacionado con el trabajo del taller. Este proyecto que se plantea es factible, útil, conveniente, para la Compañía Arcolands Cia. Ltda. 1.5. VARIABLES Cordón de soldadura: Es la unión entre los elementos de acero que es posible medir en mm. Variable 2:

1.6. OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES Tabla 1: Operacionalización de variables VARIABLES Cordón de soldadura

DEFINICION CONCEPTUAL Unión de soldadura en los elementos de acero

1.7. HIPÓTESIS 1.7.1. Hipótesis General

UNIDAD DE MEDIDA mm

ESCALA Cuantitativa

CAPÍTULO II MARCO TEORICO 2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION

Según (Diego Fernando Vasco Vera de la universidad politécnica salesiana con su tesis diseño y simulación de un puente grúa de 5 toneladas de capacidad para los talleres de acolando división oriente, 2011 en la página 5), Un Puente Grúa está compuesto generalmente por una doble estructura rematada en dos testeros automotores sincronizados dotados de ruedas con doble pestaña para su encarrila miento. Apoyado en dicha estructura y con capacidad para discurrir encarrilado a lo largo de la misma, un carro automotor soporta un polipasto cuyo cableado de izamiento se descuelga entre ambas partes de la estructura (también puede ser mono-raíl con estructura simple). La combinación de movimientos de estructura y carro permite actuar sobre cualquier punto de una superficie delimitada por la longitud de los raíles por los que se desplazan los testeros y por la separación entre ellos.

Un importante dato según Francisco J. Fraile Griborio de la Universidad Politécnica de Madrid, de junio del 2010 en la página 10, en las vigas en celosía las barras se denominan, según su posición, de la siguiente manera: 

Cordón superior: conjunto de elementos que forman la cabeza superior (se denomina “par” en las cerchas).



Cordón inferior: conjunto de elementos que forman la parte inferior (se denomina “tirante” en las cerchas por trabajar usualmente a tracción).



Montantes: barras verticales dispuestos en el alma de la viga.



Diagonales: barras inclinadas dispuestas en el alma de la viga.

Se componen de dos cordones o cabezas de un redondo convenientemente doblado para formar la celosía del alma.

Otro punto importante es el de Oscar Jamil Tenelema Quitio de la Escuela Superior Politécnica de Litoral,con su tesis de diseño y simulación de un puente grua de cinco toneladas del 2013 en la página 24, la tendencia de la humanidad por disminuir la fatiga y reducir el riesgo en acciones operativas de manipulación de cargas, es obvia. El ahorro de la intervención humana en las diversas

manifestaciones se puede lograr por medio del automatismo, el cual está destinado a producir, con un alto nivel de reducción de riesgo de para el hombre.

En la Universidad Carlos III de Madrid, según Alejandro Quesada en su tesis diseño y cálculo de grúa para almacén con capacidad para 5 toneladas, en la página 26, al igual que cualquier maquinaria industrial, esta estructura necesita de una serie de mecanismos para poder operar. Los mecanismos, al igual que la estructura, suelen ser característicos de un puente grúa son: 

Mecanismo de traslación del puente:

Este dispositivo es el encargado de transportar la totalidad. En realidad de se trata de 2 motores gemelos de iguales características que funcionan sincronizados, para evitar movimientos oblicuos, gracias al micro controlador incluido en la estructura. 

Mecanismo de elevación de la carga:

Es módulo tiene la función de hacer elevar/descender la carga principal. Se trata de módulo de mayor potencia de toda la estructura y posee numerosos sistemas de seguridad. 

Mecanismo de traslación el carro:

Este es el encomendado de movilizar el carro principal de la estructura y la carga que transporte a lo largo de la viga principal en su movimiento horizontal transversal.

2.2 BASES TEORICAS 2.2.1 Puente Grúa Un puente grúa , es un tipo de grúa que se utiliza en fábricas e industrias, para izar y desplazar cargas pesadas, permitiendo que se puedan movilizar piezas de gran porte en forma horizontal y vertical. Un puente grúa se compone de un par de rieles paralelos ubicados a gran altura sobre los laterales del edificio con un puente metálico (viga) desplazable que cubre el espacio entre ellas. El guinche, también conocido como polipasto, es el dispositivo de izaje de la grúa, se desplaza junto con el puente sobre el cual se encuentra; el guinche, a su vez se encuentra alojado sobre otro riel que le permite moverse para ubicarse en posiciones entre los dos rieles principales. A diferencia de las grúas móviles o de construcción, los puentes-grúa son

utilizados por lo general en fábricas o galpones industriales estando limitados a operar dentro del galpón o nave industrial donde se encuentran instalados.

El uso de este tipo de grúa se aplica en la industria del acero, para mover productos terminados, tal como, bobinas, caños y vigas, tanto para su almacenamiento, como para la carga a los transportes convenientes.

2.2.1. Tipos de grúas: Es importante distinguir que existe gran variedad de grúas dependiendo su forma, su tamaño, su instalación y movilidad. En cuanto a su forma, cada grúa puede adaptar un uso específico. En cuanto al tamaño de estas, se extienden desde las más pequeñas grúas de horca que son utilizadas en el interior de los talleres, las grúas de torre que son usadas para levantar edificios altos, hasta las grúas flotantes, usadas para rescatar barcos encallados. Ahora bien, en cuanto al tipo de instalación y la movilidad de la grúa, se puede distinguir tres tipos de grúas que son: Grúas fijas, Grúas de rieles o techo, y grúas móviles 2.2.2. Grúas fijas: Se instalan mediante un pie que queda fijo en el suelo, como también mediante un soporte anclado a la pared. En estos anclajes deben ser firmes en ambos casos.

2.2.3. Grúas de Riel o techo: Son llamadas así ya que los rieles se colocan en el techo, soportan el peso de la estructura y es imprescindible saber si reúne las características arquitectónicas necesarias.

Figura 2.2 Grúa de Riel

2.2.4. Grúas móviles: Estas poseen una base con ruedas, que puede ser de anchura fija o regulable, o sea que puede cerrar sus patas para poder pasar por lugares estrechos, pero es aconsejable probar que la grúa no se desestabilice con el peso del usuario. Este tipo de grúas no permite el giro del asiento o del soporte corporal sobre su eje, por lo tanto deben aproximarse lo máximo posible a los puntos entre los que se realizan las transferencias.

Figura 2.3 Grúa Móvil

2.2.5 MOVIMIENTOS CARACTERÍSTICOS DE UN PUENTE GRÚA Los puente grúa poseen, si no se especifica lo contrario o se limita por disposiciones constructivas, como mínimo 3 tipos de movimientos operativos

independientes. Estos 3 movimientos son los mínimos que posibilitan un rango volumétrico, es decir, capaces de manutener una carga dentro de su espacio de operación.

Antes de comenzar a cuantificar dichas solicitaciones se debe aclarar la nomenclatura utilizada. A la hora de referirse a los distintos pero se debe esclarecer el sistema de referencia para que no exista posibilidad de error al poder existir cierta confusión al utilizar la notación longitudinal-transversal. Esta puede emplearse para referirse al sentido en la dirección longitudinal principal de la viga principal y a su vez para poder referirse a la dirección longitudinal principal de la nave (perpendicular a la anterior).

De ahora en adelante se utilizará la notación longitudinal para hacer referencia a la dirección paralela a la longitud de la nave, y transversal para siendo perpendicular a la primera.

Estos 3 movimientos principales son: a) Un movimiento de elevación/descenso de carga Este movimiento se realiza en dirección vertical perpendicular al plano del suelo.

b) El movimiento del puente a lo largo de los carriles El citado movimiento se realiza en la dirección horizontal longitudinal de la estructura donde se halla.

c) El movimiento del carro principal Se realiza en dirección horizontal transversal a la estructura.

Por motivos de seguridad las combinaciones de movimientos se encuentran bloqueadas electrónicamente por el micro controlador del aparato. Esto significa que en cada ciclo de manutención, cada movimiento debe realizarse en etapas diferenciadas en las exclusivamente se permite la activación de un único Mecanismo por etapa.

2.2.6 CLASIFICACIÓN DE PUENTES GRÚA Los puentes grúa pueden ser clasificados a partir de numerosas y diversas características tales como: carga nominal, tipo de perfil, número de ruedas, tipo

de polipasto, colocación del polipasto, etc.

Sin embargo una de las características más utilizadas para diferenciar los tipos de puentes grúa se trata del tipo de estructura o número de vigas principales. Según este procedimiento de clasificación se pueden encontrar: a. Monorraíl Se trata de la versión más económica y óptima para pequeñas cargas o grandes cargas y pequeñas luces.

Figura 2.3 Grúa puente Monorraíl

b. Birraíl Los modelos que disponen de 2 vigas principales se utilizan mayoritariamente en estructuras que deben cubrir grandes luces, donde una única viga es insuficiente debido a los grandes esfuerzos que deben soportar, o para grandes cargas en las que es necesario dividir los esfuerzos en más de una viga y el carro debe desplazarse por encima de la estructura.

Figura 2.4 Grúa puente Birraíl

2.2.7 COMPONENTES DE UN PUENTE GRÚA

Figura 2.5 Puente Grúa

El puente Grúa consta de las siguientes partes:

1) Viga Transversal

2) Carros Transportador Dirección ZZ

3) Vigas Carriles

4) Trolley Dirección XX.

5) Columna.

6) Motor Trifásico.

7) Reductor de Velocidad

8) Polipasto

9) Gancho

10) Collarín

Viga Principal transversal:

Es la viga que soporta la mayoría de la carga, y es la que está sometida a mayores esfuerzos, justamente cuando la carga pasa por medio del claro de la viga, esta viga pueden ser de diferentes formas, como una IPE, IPN, viga W de alas anchas, doble canal, Viga cajón prefabricada, etc.

Figura 2.6 Viga Principal Transversal

Vigas testeros: Esta viga en la mayoría de los casos son prefabricadas, son tipos cajón, o también pueden tomar la forma de una viga omega, o en el peor de los casos también sirven dos canales soldados de espalda, todo depende del diseño y de la carga que va a soportar, se debe tomar en cuenta, que en esta viga va acoplada las rueda de transportación, como chumaceras y rodamientos.

Figura 2.7 Viga Testera

Vigas Carrileras: Están sometida a flexión y cortante, pero los esfuerzos son mínimos, ya que va reforzados con columnas cada seis metros, esta viga soporta el peso de la cargas, más la carga distribuida de la viga central, en están viga es donde van acoplada las

ruedas, las cuales se desplazan por medio de una riel.

Figura 2.8 Viga Carrileras

Columnas: Se debe verificar que las columnas soportan el peso de las vigas carrileras más el peso de la viga cajón, además debe resistir a los esfuerzos que están sometido, esta columna no debe fallar ni por pandeo, ni aplastamiento, se valida en el caso de que existan columnas ya construidas en el taller.

Figura 2.9 Columnas

Trolley: El trolley se encarga del movimiento transversal de la carga, se debe de tener en cuenta, que cuando se selecciona un tecle eléctrico el mismo viene con un trolley correspondiente, que de acuerdo al diseño lo puede utilizar dependiendo de la longitud de la ala de la viga central (cajón).

Figura 2.10 Trolley

Tecle Eléctrico: Es el encargado y correspondiente del movimiento vertical de la carga, esta se selecciona por el criterio de velocidad a la cual se requiere trasladar la carga, y la capacidad de diseño del puente.

Figura 2.11 Tecle eléctrico

Moto reductores: Se selecciona de acuerdo a la velocidad a la cual quiere moverse la viga transversal, por lo general son 35m/min, esta velocidad permite a la carga estar en pequeños oscilaciones, las cuales reducen el riesgo de accidente dentro del taller o planta de construcción.

Figura 2.12 Moto reductor

Gancho y cadena: El gancho se lo manda a fundir, si es que es un mosquetón. Si es un gancho pequeño se lo puede comprar fabricado, la cadena se la selecciona de acuerdo su paso, a la distancia entre diente del engrane, y de acuerdo a la altura del puente grúa, lo más importante de la cadena es que no se puede hacer empates o acoples, porque estas se pueden romper ocasionando accidente irreparables.

Figura 2.13 Gancho y cadena

Yugo: Se lo diseña con el criterio de esfuerzo de flexión máxima, para la construcción del yugo, también se cuenta con un sinnúmero de elementos estructural, no se debe diseñar muy pesada porque altera a la elevación de la carga, se debe doblar dos ganchos a sus extremos para que se pueda entrelazar la cadena.

Figura 2.14 Yugo

2.2.8 VENTAJAS DE UN PUENTE GRÚA



Una de las grandes ventajas que tiene el puente grúa, es que permite muchos espacios de trabajo, teniendo a la vez una gran herramienta de trabajo para la elevación de maquinarias y estructuras pesadas.



Otra ventaja que brinda el puente grúa, es que en la planta donde se quiera instalar este tipo de grúa, se pueden aprovechar las columnas existentes, siempre y cuando soporten la carga estructural de la grúa.



El trasladar la carga en las tres posiciones básicas(X, Y, Z), a una velocidad relativamente baja cuando se tiene carga, y una velocidad moderadamente alta cuando no se tiene carga.



La facilidad del montaje del puente grúa, es decir acople de trolley a la viga, acople del tecle eléctrico, y finalmente acople del carro transversal a las vigas transportadoras.

 2.2.9 DESVENTEJAS DEL PUENTE GRÚA 

Atrapamiento en los puntos de contacto como son: en los cables, poleas, o engrane.



Cada vez que se deja de utilizar el puente grúa se debe dejar sin carga, sin gancho, y con la cadena no tensionada, pues

esto puede provocar un

accidente al accionamiento del puente grúa. 

Una desventaja del puente grúa, es que está limitado a trabajar dentro del galpón, taller o nave industrial, donde se encuentran instalados.



Un punto en contra en el puente grúa es la poca variedad de cadena en virtud de su longitud, es decir la mayoría de tecles, vienen con cadena prefabricadas, y pre dimensionadas, razones por la que se debe seleccionar cadenas de mucha más longitud e inutilizable.

CAPÍTULO III MÉTODO 3.1. TIPO DE LA INVESTIGACIÓN

En el presente trabajo de investigación se va a utilizar el tipo cuantitativa, debido a que se utilizara magnitudes numéricas, además los datos analizados siempre serán cuantificables para saber el resultado del problema planteado en relación a la hipótesis propuesta, al mismo tiempo está orientada a la necesidad y busca realizar procedimientos y desarrollar conocimientos que pueden ser aplicables a solucionar problemas prácticos.

3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN El diseño que optaremos será “no experimental”, porque será un desarrollo neto teórico, pues aplicaremos a esta investigación la teoría y problemas del curso de Diseño de elementos de máquinas.

3.3. POBLACIÓN Y MUESTRA

En este proyecto de investigación no se trabajará con población ni muestra, debido a que para nuestra investigación no se requiere de aplicar cuestionarios o recolectar información de una población determinada.