DISEÑO DE HUAROS.pdf

5/24/2018 DISEO DE HUAROS.pdf

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3

DISEO DE DETALLE DEL TRANSPORTADOR AREO

3.1 INTRODUCCIN

El material y las Propiedades Mecnicas1para nuestro diseo son (Ver ANEXO 2):

- Acero ASTM A - 36- Esfuerzo de Fluencia y = 250MPa- Esfuerzo Ultimo u = 400MPa

3.2 DISEO

En el captulo 2 se analizo varias alternativas de transportadores areos y se

determino que la mejor opcin de diseo es el Telefrico Bicable de Vaivn.

Es el ms adecuado a ser implementado por su reducido costo de construccin

en comparacin con los otros, su sencilla construccin y porque se puede reutilizar

1BEER, Ferdinand, Mecnica de Materiales, Tercera edicin, Editorial MgGraw-Hill, Apendice B, pg.

746


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algunos dispositivos ya implementados en el transportador areo actual. Tambin este

tipo deTelefrico Bicable de Vaivn se usa en tramos menores de 500m

Se utilizara instalaciones de pinza fija, habitculo de cabina cerrada, con puesto

de mando en la estacin de salida y llegada, contara adems con movimiento de vaivn

entre las estaciones. Los pesos a ser considerados son los siguientes:

- Soportara el peso de 4 personas

- El peso de la cabina que se la construir con aceros estructurales

- Peso propio de los cables carril y motriz

- Peso de dispositivo de enganche de cabina al cable carril

Tambin se diseara la estacin de llegada empleando una torre de apoyo

construida en ngulo estructural. Se analizara la torre ya existente para ser reutilizada o

ser rechazarla.

El sistema motriz se analizara a detalle con los debidos factores y dispositivos de

seguridad, frenos y equipos de emergencia.

A continuacin se presenta un esquema de las dimensiones del terreno en el cual

ser adecuado el telefrico Bicable de Vaivn.


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Fig. 3.1.- Esquema del terreno

3.3 CLCULO DEL CABLE CARRIL

El peso a ser transportado por el Telefrico Bicable de vaivn planteado en esteproyecto es de 500 Kg de los cuales:

320 Kg se toman del peso de 4 personas a ser transportadas tomando un

promedio de 80 Kg por persona

Los 180 Kg restantes se utilizaran para el peso de la cabina y el mecanismo desujecin de la misma

Se procede a convertir nuestro peso en Kgf, tomando en cuenta nuestra gravedad de

9.81 m/s2


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3.3.1 CALCULO DEL DIMETRO DEL CABLE CARRIL

La Resistencia Verdadera se calcula con un factor de seguridad para cables carril

de 3.5 (Ver Tabla No 1.)

Luego determinamos el dimetro del cable carril en base de la ecuacin de esfuerzo


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Por razn comercial (Ver ANEXO 1) tomaremos como 45 mm el dimetro del Cable de

Acero Galvanizado. Para el manejo de cables de Acero ver Anexo 14

3.3.2 CALCULO DE LA TENSIN O CONTRAPESO DEL CABLE CARRIL

Para realizar el clculo de tensin o contrapeso para el cable carril realizamos el

siguiente Procedimiento de Calculo Para Telefrico Bicable de vaivn2

En la figura 3.2 se muestran las fuerzas, tensiones y rozamientos que se

presentan en un telefrico las cuales se procedern a calcular.

Fig. 3.2.- Esquema de fuerzas del telefrico en subida y bajada

Donde (TE) Tensin en el ramal de retorno en la estacin motriz

(TS) Tensin en el ramal de subida en la estacin motriz

(T) Tensin en los dos ramales en la estacin de retorno

2MIRAVETE, Antonio, Transportadores y Elevadores. Universidad de Zaragoza. Edicin 1996, p

298


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(C) Valor del contrapeso

(T peso) peso por metro lineal de cable en cada estado de carga

(T roz) Rozamiento en el ramal

( ) Variacin de la tensin

Para realizar un predimencionado de un telefrico de vaivn en primer lugar se

definen las variables de carga como:

3.3.2.1 Peso por metro lineal en vacio

Donde: ( ) peso del cable por metro lineal, dimetro de 45 mm es de

6.72 Kg/m 3

(s) Peso del vehculo

(e) Distancia entre vehculos

La distancia entre vehculos (e) se da con:

Duracin del servicio

3LARBURU, Antonio, Maquinas Prontuario, Editorial Paraninfo 1999, Pag302


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Donde: (L) Longitud recorrida por el telefrico Bicable de Vaivn.

(v) velocidad de la cabina. Tomamos un valor de 2 m/s debido a que

tenemos una sola cabina y tenemos una baja demanda de funcionamiento.

(Ver Capitulo 2, Tema 2.5.4)

Intervalo entre cabinas

Donde: (N) Numero de personas a ser transportadas

(Q) Nmero de personas a ser transportadas en una hora durante un da.

Distancia entre cabinas

Debido a que la frecuencia de pasajeros es demasiada baja 0,42 personas/hora,

los datos de intervalo entre cabinas y distancia entre cabinas son demasiado altos

para la longitud de nuestro Telefrico Bicable de Vaivn, por lo que tomaremos

que la distancia entre vehculos e = L longitud de telefrico (360.56 m) y

concluimos con la implementacin de una sola cabina de 4 pasajeros

3.3.2.2 Peso por metro lineal cargado


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Donde: (q) Carga vertical por pasajero

(N) Numero de pasajeros

3.3.2.3 Peso por metro lineal con un 33% de carga

3.3.2.4 Estudio de las variaciones de tensin

Se realizaran los clculos admitidos en los transportes por cable en general, donde la

catenaria (curva que forma una cuerda colgada de dos puntos fijos) se sustituyen por un

arco de parbola y se estudian los casos ms desfavorables que son:

1. lado de subida cargado y lado de retorno vacio

2. lado de subida cargado y lado de retorno cargado al 33%

3. lado de subida vacio y lado de retorno vacio

4. lado de subida vacio y lado de retorno cargado al 33%


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3.3.2.4.1 Lado de subida cargado y lado de retorno vacio

3.3.2.4.2 Lado de subida cargado y lado de retorno cargado al 33%

3.3.2.4.3 Lado de subida vacio y lado de retorno vacio

3.3.2.4.4 Lado de subida vacio y lado de retorno cargado al 33%


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3.3.2.5 Calculo de la Tensin del Cable Carril

Nos damos cuenta que la tensin es mayor en el primer caso sea en el lado de

subida cargado y lado de retorno vacio (Caso 3.3.2.4.1), por lo que tomamos este

valor para el clculo de la tensin del Cable Carril.

El valor de la Tensin del Cable Carril permanece constante en cualquier estado de

carga.

3.3.2.6 Tensiones debidas al peso


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Las tensiones debidas al peso se calculan con la formula

Donde Peso por metro lineal cargado =

(h) Desnivel entre estacin motriz y de retorno

En la figura a continuacin se muestra el esquema de fuerzas para el clculo de

Tensiones debidas al peso.

Fig. 3.3.- Esquema de fuerzas

3.3.2.7 Tensiones debidas al rozamiento

Los rozamientos se deben de tomar muy en cuenta y se distribuyen linealmente

en todo el desnivel de la lnea. La carga sobre los apoyos afectada de un coeficiente

igual a 0.028 produce unos rozamientos estimados que siguen la siguiente ecuacin:


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Donde Peso por metro lineal cargado =

( ) Coeficiente de rozamiento dado por

(L) longitud

3.3.2.8 Incremento de la tensin para el arranque de la instalacin

Primero debemos conocer el valor de la masa que se va a poner en movimiento

que se determina por medio de la ecuacin:

El incremento de la tensin para el arranque de la instalacin se da por:


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Donde (a) aceleracin que normalmente la instalacin se calcula para que

arranque en 20 seg

3.3.2.9 Determinacin del Dimetro de la Polea para el Cable Carril

Para determinar el dimetro de la polea a usarse en el cable motriz que ira ubicada sobre

la torre en la estacin de llegada y que servir para tensar en cable carril, se lo realiza en

base de la tabla siguiente:

Tabla. 3.1.-Poleas para Cable de Acero

FUENTE: Maquinas Herramientas. Larburu Nicols. Tabla 4.9. pg. 306

En la tabla con un dimetro del Cable Carril del cable d = 45 mm se determina lasdimensiones normalizadas de poleas (cuadro amarillo en la tabla 3.1).


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El dimetro exterior se impone en un valor de 400 mm debido a las siguientes razones

- Difcil construccin de un dimetro tan grande como es 1100mm- Factores econmicos- Poco uso, esta polea se usara solo en el momento de tensar el cable sobre la

torre de sustentacin y tambin dar un leve movimiento a causa de las

dilataciones que presentara el cable carril

- Por ltimo y principalmente porque el cable no se envuelve totalmente en lapolea sino que pasa por un tramo pequeo de la polea para ser tensado.

Tabla. 3.2.-Dimenciones de las Poleas para Cable de Acero

Denominacin Sufijo Dimensiones

Dimetro exterior (de) 400 mm

Ancho de polea (a) 95 mm

Profundidad de canal (h) 55 mm

Dimetro para el eje (d1) 100 mm

Cojinete de dimetro ext. (d2) 115 mmDimetro interior (d1) 100 mm

3.4 DISEO DEL SISTEMA MOTRIZ

3.4.1 CALCULO DEL CABLE MOTRIZ


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La Resistencia Verdadera se calcula con un factor de seguridad para cables carril de 4.5

(Ver Tabla No 1. Pg. 25)

Para el clculo del dimetro del cable motriz se realiza en base del siguiente

procedimiento de clculo4

3.4.2 CALCULO DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD

Segn su aplicacin, considerando cargas y servicio se dispone:

Grupo I: Cables sometidos a cargas parciales y servicio poco frecuente

Grupo II: Cables sometidos a cargas totales y servicio normal

Grupo III: Cables sometidos a cargas totales y servicio frecuente

El coeficiente de seguridad (s) a la rotura de los cables, se establece

Grupo I: s = 6-7

Grupo II: s = 7-8



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Grupo III: s = 8-10

Para nuestro cable carril consideramos como grupo II sometidos a cargas totales y

servicio normal por lo que tomamos un coeficiente de seguridad s = 8

3.4.3 CALCULO DE LACARGA A LA ROTURA (Tr)

Donde: (T) Carga total o Resistencia Verdadera que est sometida el cable

(S) Coeficiente de seguridad

3.4.4 CALCULO DEL DIMETRO DEL CABLE MOTRIZ

Donde: (K) coeficiente que se dispone de:

0.32-0.34 para grupo I

0.34-0.36 para grupo II

0.36-0.38 para grupo III


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A continuacin se escoge de la siguiente tabla, en base del dimetro calculado igual a

, el Cable de Acero galvanizado con Alma Metlica dimetro 18 mm

(cuadro gris en la tabla 3.3), con una carga de rotura mnima de 279.41 KN .

Para el manejo de Cables de acero ver Anexo 14.

Tabla. 3.3.-Dimenciones de Cables de Acero

FUENTE: Catalogo SERCABLES. S.A. pg. 25.

3.4.5 CALCULO DEL TAMBOR DE ENROLLAMIENTO DEL CABLE

CARRIL

La fatiga por flexin en un cable est ntimamente relacionada con el dimetro

del arrollamiento en los tambores y poleas.


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Para evitar que estos valores sean excesivos es conveniente tener en cuenta dos

mnimos:

Relacin entre el dimetro de la polea o tambor y el del cable.

Relacin entre el dimetro de la polea o tambor y el del mayor alambre.

Procedemos a calcular el dimetro (D) del tambor de enrollamiento del cable motriz.5

Donde: (s) Coeficiente de seguridad igual a 8 (Ver tema 3.4.1 Calculo del

Coeficiente de Seguridad)

Escogemos de la siguiente tabla, segn el dimetro 19 mm del cable motriz y de la

carga T = , se escoge las dimensiones del tambor (cuadro gris en la tabla 3.4)

Tabla. 3.4.-Dimenciones de Tambores para Cables de Acero



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Tabla. 3.5.-Dimenciones del Tambor de enrollamiento del Cable motriz


Dimetro tambor (dt) 400 mm

Distancia centro del cable a filo

de ranura del tambor(b) 2.5 mm

Paso de ranuras (p) 22 mm

Radio del canal (r) 10.6 mm

Espesor pared de tambor (e) 16 mm

Longitud tambor (L) 500 mm

Dimetro de tapas (dt) 700 mm

Se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones al trabajar con cables

estructurales:


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Para las poleas, los fabricantes recomiendan que en la relacin entre su dimetroy el del cable, se cumpla D/d 22. El dimetro de la polea se considera medido

desde el fondo de la garganta.

Fig. 3.4.- Disposicin del tambor

Es conveniente que los tambores sean de tipo acanalado y tengan la disposicin

que se refleja en la figura 3.1

El ngulo a de desviacin lateral que se produce entre el tambor y el cable debe

ser inferior a 1,5.

Para enrollar un cable en un tambor debe tenerse presente el sentido de cableado,

procedindose segn se muestra en la figura 3.5

Fig. 3.5.- Sentido de cableado


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3.4.6 PESO DEL TAMBOR

Calculamos la masa del material que se construir el tambor, para lo cual primero

determinamos el volumen:

Las dimensiones tenemos en Tabla 3.5

La masa es

Finalmente el peso del tambor es:


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3.4.7 CLCULO Y DISEO DEL EJE DEL TAMBOR DE ENROLLAMIENTO

DEL CABLE CARRIL.

En el diseo del eje deben considerarse los esfuerzos como las deflexiones, las

deflexiones suelen ser el factor crtico, ya que una deflexin excesiva puede causar un

desgaste rpido en los cojinetes del eje6.

Las consideraciones de diseo de ejes son:

El eje debe ser lo ms corto posible para minimizar deflexiones y esfuerzos

Evitar ejes en voladizo y en lo posible utilizar apoyos en los extremos del eje

Al disear el eje del Tambor de enrollamiento del cable motriz es necesario determinar

su par de torsin y las cargas.

3.4.7.1 Par de torsin Tm

Determinamos el par de torsin transmitido a partir de la potencia y la velocidad

angular dada:

6ROBERT L. NORTON, Diseo de Mquinas,Editorial Prentice Hall, Primera edicin, pg. 571


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Donde: (P) Potencia del motorreductor escogido, 10.7 KN (Ver tema 3.4.8)

(w) velocidad angular del Tambor 126 rpm

3.4.7.2 Cargas en el eje

El anlisis de las cargas se lo realiza para determinar momento mximo en el eje del

tambor. El tambor al enrollar el cable motriz produce una fuerza tangencial calculada a

continuacin:

La tensin del cable motriz cuando es enrollado acta sobre el tambor con una tensin

de . La longitud del tambor es 0.50 metros y la longitud

entre apoyos 0.60 metros.


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Fig. 3.6.-Esquema de fuerzas en el eje del rodete

Para obtener la fuerza resultante sobre el eje sumamos la tensin en el cable

carril ms fuerza tangencial ms el peso del tambor (Ver tema 3.4.3):

Una vez determinada la fuerza resultante que acta en el centro del eje, se

determina el valor de las reacciones en cada una de los extremos, a continuacin se

presenta el diagrama de fuerzas, cortante y momento flector:

Fig. 3.7.-Fuerza resultante en el eje

Donde:


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Determinamos el momento flector mximo que se presenta en el eje.

Donde:

Fr Fuerza resultante aplicada al eje

L Longitud entre rodamientos

Una vez determinados el momento flector y torsor mximo, procedemos a

determinar el dimetro del eje:

El material con el cual se va a construir el eje del tambor es de Alta resistencia y

baja aleacin Assab 705 Grado 345, debido a que presenta una buena resistencia al

desgaste, con las siguientes propiedades mecnicas (ver ANEXO 2):

Sy= Lmite de fluencia = 345MPa.

Sut= Lmite ltimo de traccin = 450MPa.

Sf= Lmite de fatiga = 225MPa. (0.5xSut)


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Considerando un factor de correccin para el lmite de la fatiga en el eje se tiene 7:

Este valor de resistencia a la fatiga se tiene que reducir, aplicando varios factores, con el

fin de tomar en cuenta las diferencias entre la pieza real y los clculos.

Una vez que se tiene todos los datos se calcula el dimetro a cargas estticas mediante la

siguiente expresin:

Se determina la resistencia a la fatiga corregida.

Donde

Se Lmite de resistencia a la fatiga corregida

Ccarga Factor de carga

Ctamao Factor de tamao

Csuperficie Factor de superficie

Ctemperatura Factor de temperatura

Cconfiabilidad Factor de confiabilidad

Se Lmite de resistencia a la fatiga

7NORTON, Robert, Diseo de Mquinas,Editorial Prentice Hall, Primera edicin


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Determinamos el valor de cada factor que modifica la resistencia a la fatiga, de

acuerdo a los criterios de la teora de fallas por fatiga:

Ccarga Factor de carga o de reduccin de de resistencia de forma. Para

cargas de flexin el valor de correccin de carga es: 1

Ctamao Factor de tamao de reduccin de esfuerzos, al no conocer el

tamao de la pieza consideramos este factor igual a 1.

Csuperficie Factor de superficie, se relaciona con la aspereza superficial de la

turbina.

0.10.1)30.3( supsupsup erficieerficie

b

uterficie CCsiSAC

Los coeficientes para la ecuacin anterior son (Ver ANEXO 3).

El factor superficial se encuentra en el

75,0

86051.4

sup

265.0

sup

sup

erficie

erficie

b

uterficie

C

C

S

AC

(3.31)

Ctemperatura Factor de temperatura, para el caso el factor de temperatura se

considera de la siguiente manera.


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1C:F840C450Tpara temp

Cconfiabilidad Factor de confiabilidad, (ver ANEXO 4) en esta etapa de diseopreliminar suponemos una confiabilidad de 50% tenemos Cconfiabilidad= 0,1.

Remplazando valores en la ecuacin de resistencia a la fatiga, obtenemos el

valor de resistencia a la fatiga corregida.

Se determina el factor de concentracin de esfuerzos a fatiga (verANEXO 5), una aproximacin se realiza con una relacin de dimetros

4375.0

50

1

0165.1

21548,0

t

t

b

t

K

K

d

rAK

Se procede a determinar el valor de la sensibilidad a las muescas (q), (ver anexo 9).


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77,0

1093,01

1

1

1

q

q

r

aq

(3.33)

El factor de concentracin de esfuerzos a fatiga es:

56.0

14375.

077,01

11

f

f

tf

K

K

K

qK

(3.34)

La concentracin de esfuerzos para un escaln cargado a torsin es

inferior que para la misma cargada a flexin

ft KK

El factor del componente medio del esfuerzo a torsin ser:

494.0

14375.

09,01

11

fsm

fsm

tfsm

K

K

K

qK

(3.35)

Finalmente realizamos una primera aproximacin del dimetro del eje


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mmd

Ed

S

Tk

s

Mk

Nd

eje

eje

y

mfsm

e

af

f

eje

0462.0

345

93.810*494.0

4

3

75.114

398.1*56.0

3*32

4

332

3

1

2

122

3

1

2

1

22

(3.36)

Donde

Nf= Factor de seguridad, para esta aplicacin n = 3.

Sy= Esfuerzo de fluencia del material

Mm= Momento flector mximo.

Tmx= Torque mximo.

Kf = factor de concentracin de esfuerzos a fatiga.

Kfsm = Componente medio del esfuerzo a torsin.

El dimetro del Eje segn el clculo es 46 mm, por razones de seguridad

tomaremos un valor del dimetro en los apoyos (rodamientos) de 50 mm y de 55 mm en

la longitud que ira soldado el tambor.


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3.4.8 ELECCIN DE CHUMACERAS

Las cargas transversales mximas sobre el eje del tambor para enrollamiento delcable carril son:

Con una fuerza resultante de

El dimetro del Eje del Tambor tanto en Bx como By es de 50 mm, su velocidad

es de 126 rpm. Las cargas de empuje en este caso son despreciables.

Del catalogo SKF del ANEXO 7, se escoge una chumacera # UCPG310D1 con

un dimetro interior de 50 mm, extraemos sus datos: carga dinmica C = 35 KN, carga

esttica Cr = 23.2 KN.

Calculamos la vida proyectada8(L) de la chumacera, tomando el valor ms alto

de las reacciones en los extremos.

8NORTON, Robert, Diseo de Mquinas,Editorial Prentice Hall, Primera edicin


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3.4.9 POTENCIA NECESARIA

Para el dimensionamiento de la potencia necesaria se utiliza el caso I (Ver tema 3.3.2.4),

que es el ms desfavorable, es decir subida cargado y retorno vacio.

Donde ( ) Variacin de la tensin (daN)

(v) Velocidad (m/s)

(n) rendimiento conjunto motor tomamos 0.95

( ) Potencia Requerida (CV)

Reemplazando

3.4.10 CALCULO DE LA VELOCIDAD DEL TAMBOR DE

ENROLLAMIENTO DEL CABLE CARRIL

Para el clculo de la velocidad del tambor de enrollamiento del cable determinaremos

por la formula9

9CASILLAS, A.L., Maquinas clculos de taller, Editorial Hispanoamericana, 23 Edicin, pg. 48


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Donde n = numero de revoluciones por minuto (rpm)

R = radio del tambor un metros D = 400 mm

V = velocidad en m/s (cabina)

Despejando la velocidad obtenemos

3.4.11 SELECCIN DEL MOTORREDUCTOR

Una vez que ya conocemos la velocidad de salida y la potencia del

motorreductor procedemos a elegir en base del CATALOGO REDUCTORES Y

MOTORREDUCTORES DE ANGEL LARREYNA S.A.

Datos requeridos del motoreductor:

Velocidad salida N2 = 100 rpm

Potencia P = 11 KW

Seleccin:


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1. Seleccionamos la posicin del motorreductor AM P/f1 ya que necesitamosuna posicin horizontal.

Tabla 3.6.-Posicion del motoreductor

2. Eleccin de caractersticas tcnicas: Escogemos el motoreductor nmero11.1, que tiene la potencia y revoluciones requeridas.

Tabla 3.7.-Caracteristicas Tcnicas del motorreductor


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3. Posible acoplamiento con motores

Tabla 3.8.-Acoplamiento con motor

4. Dimensiones: buscamos las dimensiones de todo el motorreductor por elcdigo de letras antes hallado AM 80/2 38/300 (B5)

Tabla 3.9.-Dimenciones del motorreductor


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5. El cdigo para el motorreductor elegido es: AM P 11.1 132B5 10.7KW

VERSION SIZE IR IEC Kw MOTORED

AM P 80/3 11.1 132B5 10.7 38 B5

Procedemos a verificar que la potencia nominal del motor sea mayor que la

potencia requerida por la instalacin ( )


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Con lo que se concluye que el motorreductor cdigo AM P 11.1 132B5 10.7KW es el

adecuado para la aplicacin requerida.

3.5 CALCULO DE LA FLECHA

Para el clculo de la catenaria (curva que forma una cuerda colgada de dos puntos fijos)

se establece la hiptesis simplificada de considerar la curva del cable como parbola

para evitar trabajar con funciones hiperblicas

Ecuacin de una parbola

Deflexin en metros


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3.6 DISEO ESTRUCTURAL DE LA TORRE DE SOPORTE

Para realizar el clculo estructural de la torre de soporte empezaremos con

determinar las tensiones que se producen en la parte superior de la Torre de Soporte

debido a la accin del cable Carril.

3.6.1 CALCULO DE TENSIONES EN LA TORRE DE SOPORTE

Para determinar las tensiones que se presentan sobre la Torre de Soporte

primeramente calculamos los ngulos que se producen entre la lnea del cable y la

horizontal del suelo.

Determinamos el ngulo

Fig. 3.8.- ngulos formados por el cable


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En la estacin de llegada tenemos el siguiente ngulo al llegar el cable carril a la

polea que est en la cima de la torre 10 metros

En la estacin de salida tenemos:

Al pasar por la polea el cable carril es llevado a un anclaje que se encuentra en el suelo

a 7 metros de distancia desde el eje de la polea. Por lo que el ngulo formado por este

cable es . Cabe destacar que las tensiones van a ser las mismas por

lo que la denominamos

Fig. 3.9.- ngulos formados por el cable carril

Ahora descomponemos cada tensin para obtener las resultantes en X y Y.


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Fig. 3.10.- Componentes de las tensiones en el cable carril

Encontramos la componente

Encontramos la componente


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Fig. 3.11.- Tensiones totales resultantes en el cable carril

3.6.2 CALCULO DE TENSIONES EN LA ESTACIN DE SALIDA

Este extremo del cable carril va anclado a una cimentacin que est en el suelo

por lo que no necesitamos de torre en esta parte.

Fig. 3.12.- Tensin resultante en el cable

Carril estacin de salida

Descomponemos fuerza en X

Descomponemos fuerza en Y


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3.6.3 CALCULO DE LAS CARGAS DE VIENTO

En el clculo de las cargas de viento presentes en la zona que se instalara el telefrico de

vaivn se realizan a continuacin teniendo en cuenta datos reales.

3.6.3.1 Cargas de Viento

La presin del viento en una estructura puede estimarse con la siguiente expresin10:

Donde: (V) velocidad anual media en la provincia de Zamora Chinchipe es de

12 m/s en la direccin norte-oeste11. Ver ANEXO 3

10

URIBE, Jairo, Anlisis de Estructuras, Editorial Escuela de Ingeniera de Colombia, pg. 5611

Instituto Nacional de Meteorologa e Hidrologa, Anuario Meteorolgico # 40, 2006, pg. 115,

[email protected]


43/108

Coeficiente de influencia de la altitud. Para una altitud de 970 m 12

a la que est ubicada la Provincia de Zamora Chinchipe sumada la altura

a la que est ubicada la torre que es 300 m, tenemos 1270 metros, en la

tabla 3.5(cuadro color gris) escogemos el factor de 0.83.

Tabla. 3.10.-Tabla de Coeficiente de influencia de la altitud

FUENTE: URIBE, Jairo, Anlisis de Estructuras, Editorial

Escuela de Ingeniera de Colombia, pg. 663, tabla B.6.4-2

Finalmente multiplicamos dicho valor q por el coeficiente , (Ver ANEXO 6),

para obtener la presin de viento P, ejercida sobre cualquier punto de la superficie de la

estructura.

12

Zamora (ciudad, Ecuador)." Microsoft Encarta 2009 [DVD]. Microsoft Corporacin, 2008


44/108

Donde: (Cp) Coeficiente de valores para superficies verticales. Como la

estructura que se diseara es prismtica alargada escogemos de la tabla 3.6 el

valor de 1.6

Tabla. 3.11.-Tabla de coeficiente superficies verticales


Escuela de Ingeniera de Colombia, pg. 663, tabla B.6.4-2

Para determinar la carga puntual de viento sobre cada nodo de la estructura de la

torre de soporte necesitamos calcular el rea tributaria.

El rea tributaria (At) es el rea afectada por todas las cargas muertas, vivas, y por el

viento que inciden directamente en el nodo. Es la mitad del rea que soportara la carga

Fig. 3.13.-Area tributaria de la torre de soporte


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Donde: (L) Separacin entre nodos

(s) Separacin entre soportes

3.6.3.2 CALCULO DE LA CARGA PUNTUAL DE VIENTO

La carga puntual de viento que acta sobre los nodos de la torre de soporte se la

determina de la siguiente manera:

Donde: (p) Presin de viento

( ) rea tributaria

3.6.4 CALCULO DE LAS CARGAS SISMICAS

Las especificaciones aqu presentadas deben ser consideradas como requisitos

mnimos a aplicarse para el clculo y diseo de una estructura, con el fin de resistir

eventos de origen ssmico.


46/108

Dichos requisitos se basan principalmente en el comportamiento dinmico de

estructuras de edificacin. Para el caso de estructuras distintas a las de edificacin, tales

como reservorios, tanques, silos, puentes, torres de transmisin, muelles, estructuras

hidrulicas, presas, tuberas, etc., cuyo comportamiento dinmico es distinto al de las

estructuras de edificacin, se debern aplicar consideraciones adicionales especiales que

complementen los requisitos mnimos que constan en el presente Cdigo Ecuatoriano de

la Construccin.

- Prevenir daos en elementos no estructurales y estructurales, ante terremotos

pequeos y frecuentes, que pueden ocurrir durante la vida til de la estructura.

- Prevenir daos estructurales graves y controlar daos no estructurales, ante

terremotos moderados y poco frecuentes, que pueden ocurrir durante la vida til

de la estructura.

- Evitar el colapso ante terremotos severos que pueden ocurrir rara vez durante la

vida til de la estructura, procurando salvaguardar la vida de sus ocupantes.

3.6.4.1 Estructuras Diferentes a las de Edificacin.

Las estructuras distintas a las de edificacin incluyen todas las estructuras

autoportantes que no son edificios, las cuales soportan cargas verticales y deben resistir

los efectos ssmicos, tales como reservorios, tanques, silos, puentes, torres de

transmisin, muelles, estructuras hidrulicas, presas, tuberas, etc., cuyo

comportamiento dinmico es distinto al comportamiento de las estructuras de

edificacin. Este tipo de estructuras se disearn para resistir las fuerzas laterales

mnimas especificadas en este numeral, complementadas mediante consideraciones

adicionales especiales aplicables a cada tipo de estructura.

El peso W de las estructuras incluir todas las cargas muertas definidas

anteriormente para el caso de edificios. Para propsitos de clculo de fuerzas laterales


47/108

de diseo, W deber incluir todos los pesos presentes debidos a los contenidos de dichas

estructuras, en condiciones de operacin mxima que en nuestro caso es la componente

total

Para determinar las cargas ssmicas presentes en la zona donde se colocara la

torre de soporte se procede a realizar el clculo 13

3.6.4.2 Perodo Fundamental de la Estructura T

Se define como periodo de vibracin de la estructura, se calcular utilizando mtodos

reconocidos de la dinmica estructural, tal como el siguiente mtodo:

Donde: ) 10m, altura en metro medida desde la base de la estructura

(Ct) Coeficiente que se lo determina en la siguiente tabla y escogemos el

valor de 0.09 utilizado para prticos o estructuras de acero.

Tabla. 3.12.-Tabla de Coeficiente Ct

COEFICIENTE Ct DESCRIPCION

0,09 Para prticos de acero

0,08Para prticos espaciales de

hormign armado

0,06

Para prticos espaciales de

hormign armado con muros

estructurales y para otras

13URIBE, Jairo, Anlisis de Estructuras, Editorial Escuela de Ingeniera de Colombia, pg.46


48/108

estructuras


Escuela de Ingeniera de Colombia, pg. 46.

3.6.4.3 Calculo del Cortante Esttico

Para el caso de estructuras rgidas (con perodos menores a 0,6 s), stas se

debern disear (incluidos sus anclajes) aplicando la fuerza lateral obtenida mediante la

ecuacin:

Donde: (Z) Factor en funcin de la zona ssmica que es la aceleracin

pico efectiva, En la tabla 3.8 ubicamos la Provincia de Zamora Chinchipe

que se encuentra en la Zona ssmica 2 en la cual adopta un valor de Z =

0.25

(I) Coeficiente de importancia, En la tabla 3.14 la Torre de Soporte se

ubica en la categora de Edificaciones Esenciales y se asigna el valor del

I = 1.5


49/108

Tabla. 3.13.-Tabla de valores del factor Z en funcin de la zona ssmica

FUENTE: CDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIN, Peligro Ssmico,

Espectros de Diseo y Requisitos Mnimos de Clculo para Diseo Sismo-Resistente,2002, pg.22

Tabla. 3.14.-Tabla del factor de importancia I

FUENTE: CDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIN, Peligro Ssmico,

Espectros de Diseo y Requisitos Mnimos de Clculo para Diseo Sismo-Resistente,

2002, pg.22


50/108

3.6.4.4 Calculo de la Fuerza Ssmica Fs

Donde: (V) Cortante Esttico

(T) Periodo fundamental

3.6.5 CALCULO DE LAS CARGAS MUERTAS

Las cargas muertas son todas las cargas debidas al peso propio de la estructura.Para este caso vamos a suponer el uso de Angulo de 76 x 76 mm x 6mm, el cual tiene

una rea de A = 9.01 cm2

Calculamos la masa (m)

La longitud total de material usado en la torre de soporte es de L = 26.16 m que se la

obtiene sumando todas las longitudes presentes en la tabla 3.15

Donde (A) Seccin del Angulo

(L) Longitud totales


51/108

El peso que existe por metro cuadrado de la Torre de soporte es:

Donde: es la seccin de la torre de soporte

Donde (b) base del triangulo

(a)Altura(B) Base del rectngulo

Ahora se procede a calcular la carga muerta puntual sobre cada nodo.

Donde: rea Tributaria. (Ver tema 3.7.1)


52/108

3.6.6 ANLISIS ESTRUCTURAL DE LA TORRE DE SOPORTE

3.6.6.1 Dimenciones de la Torre de Soporte

Todas las dimensiones (en metros) de la torre se presentan a continuacin para

que nos ayuden en el clculo de las tensiones en cada elemento estructural.

Fig. 3.14.- Dimensiones de la Torre de Soporte

Nota: Dimensiones en centmetros


53/108

Tabla. 3.15.-Tabla de dimensiones de la Torre de Soporte

3.6.6.2 Angulos en la Torre de Soporte

Fig. 3.15.- ngulos de la Torre de Soporte


54/108

3.6.6.3 Anlisis Esttico con Diferentes Cargas

Se proceder a analizar la Torre de Soporte con las diferentes cargas como son

muertas, vivas, viento y ssmica.

3.6.6.3.1 Anlisis con cargas muertas

Las cargas muertas estn en el eje Y, las reacciones:

Cargas muertas

Fig. 3.16.- Anlisis de Cargas Muertas

Para obtener las reacciones en los apoyos de esta estructura estticamente

indeterminada con la ayuda de un Programa Especializado en Calculo Estructural

procedemos a calcular las reacciones en los apoyos A y B (Ver figura 3.14)


55/108

Fig. 3.17.-Reacciones con Carga Muerta

Con la ayuda del Mtodo de los nodos procedemos a analizar los esfuerzos en cada

barra de la estructura

NODO 1

NODO 2

Como nos podemos dar cuenta la estructura de la Torre de Soporte es simtrica

en dimensiones y en cargas muertas por lo tanto procedemos a calcular solo los nodos

de la parte izquierda y los de la derecha sern iguales.


56/108

NODO 3

NODO 5

NODO 7

NODO 9


57/108

NODO 13

NODO 11

Tabla. 3.16.-Esfurzos en barras por carga muerta


58/108

3.6.6.3.2 Anlisis con Cargas de Viento

Las Cargas de viento presentes en cada nodo es Pv = . Obtenemos las

componentes (Pv x) y (Pv y), tomando en cuenta que las cargas de viento afectan

perpendicularmente a superficie de la estructura, como se puede observar en la siguiente

figura

Fig. 3.18.-Componentes de la Carga de viento


59/108

Fig. 3.19.- Anlisis de cargas de viento

Para las cargas de viento al igual que en el caso anterior obtenemos las reacciones en los

apoyos con un programa especializado.

Fig. 3.20.-Reacciones con carga de Viento


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Por el mtodo de Nodos realizamos el anlisis de esfuerzos en cada barra de la

estructura

NODO 1

NODO 2

NODO 3

NODO 4


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NODO 5

NODO 6

NODO 7

NODO 8


62/108

NODO 9

NODO 10

NODO 13

NODO 11


63/108

En el siguiente cuadro se muestran las cargas en cada barra producidas por la carga de

viento.

Tabla. 3.17.-Esfuerzos en barras por cargas de viento

3.6.6.3.3 Anlisis con Cargas de Sismos

Las cargas de sismos se presentan horizontalmente en cada nodo de la superficie de la

estructura. El valor de la Carga Ssmica = 0.315 KN

Calculamos las reacciones en los apoyos con un programa especializado

Fig. 3.21.-Reacciones con carga ssmica


64/108

Para el clculo de las tenciones en cada barra utilizamos el procedimiento de

nodos anterior (Ver tema 3.10.3.3), que se utilizo para el anlisis de fuerzas por viento,

reemplazamos (Pv x) por (Fs.), y la fuerza (Pv y) se anula. Los resultados obtenidos se

presentan a continuacin:

Tabla. 3.18.- Esfuerzos en barras por cargas de sismos


65/108

3.6.6.3.4 Anlisis con Carga Vivas

Las cargas vivas son las producidas por el uso de las personas en la estructura,

en nuestro caso son producidas por el peso de estas al estar suspendidas al cable carril,

al ser transportadas en la cabina.

Las componentes de las fuerzas que actan sobre la torre son:

;


66/108

Fig. 3.22.-Anlisis de cargas vivas

Calculamos las reacciones en los apoyos de la Torre con la ayuda de un programa

especializado

Fig. 3.23.-Reacciones con carga viva


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Al igual que en analisis de cargas sismicas (Ver tema 3.10.3.3) vamos a utilizar el

procedimiento de calculo en cada nodo para calcular las cargas vivas que en resumen se

presentan a continuacion:

Tabla. 3.19.-Esfuerzos en barras por cargas vivas

3.6.7 CALCULO ESTRUCTURAL DE LA TORRE DE SOPORTE

Para simplificar el clculo y eleccin de los perfiles ms adecuados que se

utilizaran en la construccin de la torre o soporte de lnea se realizara en el programa

Excel el cual facilita las iteraciones.

3.6.7.1 Combinacion de Carga Maxima.

Cuando se disean las estructuras de acero con perfiles laminados se deben estudiar las

siguientes combinaciones bsicas:


68/108

Tabla. 3.20.-Combinaciones de carga

D

D+L

D+W

D+0.7E

D+L+W

D+L+0.7E


Escuela de Ingeniera de Colombia, pg. 49

En donde: D es la carga muerta, L carga viva, W son las cargas de viento, E las

causadas por el sismo de diseo.

A continuacin se muestran las combinaciones de cargas analizadas que se

presenta en el diseo de la Torre de Soporte.

Se escoge la combinacin D+L+W por ser la presenta valores ms altos de

esfuerzos en las barras de la Torre de Soporte


69/108

Tabla. 3.21.-Tabla de combinaciones de cargas

Una vez que tenemos la combinacin de cargas que tiene valores ms elevados

procedemos a escoger los perfiles ms adecuados para cada barra en base de la carga ala cual est sometida.

Las formulas que se describen a continuacin se usan en el Programa de

Iteracin realizado en Excel (Ver archivo Cd adjunto).

Formulas Utilizadas:

En el rea Calculada se utiliza:


70/108

Donde . Esfuerzo admisible en tensin segn la norma AISC

Fy = 250Mpa o 15000 . Limite de fluencia

Las columnas Perfil Angulo, rea Real e Inercia se las obtienen del catalogo de

la Empresa IPAC. Ver ANEXO 10.

El Radio de Giro utilizamos la formula

Donde I = Menor Inercia en X o Y

A = rea real.

La relacin Cc se obtiene de

Donde E = 200Gpa. Modulo de elasticidad


71/108

Fy = Limite de fluencia

La Relacin de Esbeltez

Donde K = 0.65

L = Longitud

r = Radio de giro

Para el clculo de la Carga Real se toman las siguientes consideraciones:

Si la barra est sometida a traccin:

Si se utiliza la formula parablica

Si se utiliza la formula de Euler Modificada


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Para que la iteracin en el programa EXCEL de la conclusin de ACEPTADO tiene que

cumplir con la relacin

Tabla. 3.22.-Tabla de seleccin de perfil

FUENTE: El autor (Ver archivo Iteraciones en CD adjunto)

En el siguiente grafico se muestra los perfiles calculados a utilizarse en la Torre

de Soporte en base a los resultados obtenidos de la Tabla 3.22, los cuales estn

dispuestos de la siguiente manera


73/108

Fig. 3.24.-Torre de Soporte con Perfiles calculados

3.6.8 CALCULO DE LA PLACA BASE

La Placa Base va soldada al ngulo inferior de cada pata de la Torre de Soporte,

esta Placa base a su vez es anclada a la cimentacin por medio de pernos.

Para realizar el clculo de la Placa Base tomamos las reacciones en la

articulacin de la Torre de Soporte para una combinacin de carga (viva + muerta +

viento). De las reacciones tomamos la que mayor valor de carga presenta


74/108

Por lo tanto los datos a considerar son los siguientes

Carga axial 3.07 KN

Deber soportar un perfil de ngulo 100 x 100 x 18 mm con una longitud de 3.069 m

Se usara plancha negra A36 con un esfuerzo de fluencia ultimo Fy = 250 MPa.

Se considera Concreto de resistencia media (Fc) con una resistencia ltima de 28 MPa.

Las dimensiones de la zapata es de 40 x 40 cm

El rea requerida para la placa base se calcula a continuacin:

Suponiendo que el rea del concreto de soporte es mucho ms grande que el rea de la

placa de manera que

El rea dos (A2) no debe de ser menor que la profundidad de la columna (bc)

multiplicada por el ancho del perfil (d) en este caso el ngulo.


75/108

Revisamos

La placa base debe ser por lo menos tan grande como la columna

Como el valor de A1placaes bastante menor que A1, tomamos el valor de paraseguir con los clculos.

Optimizamos las dimensiones de la placa base

Calculamos el largo de la placa (N)


76/108

Calculamos el ancho de la placa (B)

El valor del ancho B de la placa es muy bajo por lo que imponemos que sea

igual al largo N, sea que las dimensiones de la placa base es de 0.25 x 0.25 m

Seguimos con el clculo del espesor (e) requerido por la placa base

El valor del espesor de la placa base lo tomamos de 12.7 mm (1/2 in) porrazones comerciales. La placa base a utilizar es de 250 x 250 x 12.7 mm

3.6.8.1 Pernos de anclaje

Para determinar los pernos que usaremos para empernar la placa a la cimentacin

usamos el siguiente procedimiento.


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El rea requerida para el perno de anclaje se determina por el siguiente procedimiento

Donde (Fy) Resistencia mnima de tensin para perno clase 8.8 (carbn medio)

Donde (P) Es la mayor carga por reaccin en uno de los perfiles

Dividimos el rea requerida para cuatro pernos que en nuestro caso se

implementara y nos da un rea para cada perno de 2.13E-6 m2

Usamos cuatro pernos con nmero de clase igual a 8.8 (carbono medio) de 13 mm de

dimetro.

Por factores de seguridad adicionales se tomara un dimetro de 1 pulgada para los

pernos de anclaje.

3.6.9 ANLISIS DE LA TORRE DE SOPORTE EN PROGRAMAESPECIALIZADO


78/108

Para verificar los resultados se analizo la estructura de la Torre de Soporte en un

programa especializado en Calculo Estructural.

Primero analizamos la Torre de Soporte ya esta implementada en la Central

Hidroelctrica para determinar si utilizaremos o no la misma cuando se proceda con el

readecuamiento del Telefrico Bicable de Vaivn, las dimensiones se muestran en la

tabla 3.15, el perfil con la cual est construida es de ngulo de 76 x 76 x6 mm.

Se realizo el anlisis con acero estructural A36, los valores de las cargas

muertas, vivas, de viento y ssmicas son las ya calculadas anteriormente (ver tema 3.10).

La combinacin de cargas utilizadas es la suma de cargas MUERTA+VIVA+VIENTO,

que es la de mayor valor.

Fig. 3.25 Anlisis Torre de soporte conngulo de 76 x 76 x6 mm


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Como podemos observar en la figura 3,22 las barras que estn de color verdesoportan sin problemas los esfuerzos a las que estn sometidas. Las barras de color rojo

y que se acercan al valor de 1 en la escala de colores son las que colapsan, teniendo en

cuenta que para que una barra este bien diseada debe encontrarse entre los valores de

0.9 y 0.99, razn por la cual desechamos la reutilizacinde esta Torre de Soporte con

los perfiles analizados para el nuevo diseo.

Ahora en el mismo programa procedemos realizar el diseo de la Torre de

Soporte con nuevos perfiles y en 3 dimensiones para obtener un anlisis ms real, que

cumplan las solicitaciones de carga a las cuales estn sometidas. Se analiza con las

mismas cargas y combinacin de cargas para el anlisis de la anterior figura 3.22.

Fig. 3.26 Diseo de Torre de Soporte


80/108

Como se observa en la figura 3.22 todas las barras soportan adecuadamente la

combinacin de carga MUERTA+VIVA+VIENTO, presentando un color rojizo pero

por debajo de la escala 1, lo que significa que los perfiles utilizados en este diseo se

deben utilizar para la construccin de la Torre de Soporte. Entonces procedemos a

elegir este diseopara su construccin e implementacin.

Los perfiles a utilizar se detallan en la figura 3.23, teniendo en cuenta que la

barra 1-3 y 2-4 se conforman de dos ngulos de 100x100x9 unidos como se muestra en

la figura 3.24, ya que este perfil con estas medidas no se encuentra en el mercado.

Fig. 3.27 Perfiles adecuados para Torre de Soporte


81/108

Fig. 3.28 Angulo L100x100x18

A continuacin presentamos los diagramas de Esfuerzos Axiales en cada barra de la

Torre de Soporte

Fig. 3.29 Diagrama de fuerzas axiales de Torre de Soporte


82/108

En la figura 3.21 se muestran los diagramas de Esfuerzos de Torsin que se presentan

en la Torre de Soporte.

Fig. 3.30 Diagramas de Torsin de Torre de Soporte


83/108

3.7 DISEO DE CABINA

Para realizar el diseo la cabina se tiene que considerar los siguientes datos (Ver tema

2.5.5):

- Capacidad para cuatro personas

- Se considera un peso de 80Kg por persona teniendo un total de 320Kg- La superficie en el suelo por viajero es 0.5 m2, para cuatro personas tenemos

1 m2. Con un espacio de salida de 0.90 m

- La capacidad segn la anchura mnima por persona disponible en las sillas es0.5 m, con lo que tenemos un ancho de la cabina de 1m.

-

La altura de la cabina en base de que no se transportaran personas paradas seestablece en 1.70 m.

- La altura mnima de las ventanas no superar en 0,35 metros la de losasientos, sea esta altura ser de 0.85 m, teniendo asientos de 0.50m

Fig. 3.31 Diseo de la Cabina

3.7.1 DIMENSIONES DE LA CABINA


84/108

Fig. 3.32 Dimensiones de la Cabina

3.7.2 DISEO DEL PISO DE LA CABINA

El piso de la cabina debe soportar el peso de las cuatro personas a ser transportadas que

sera la carga viva, adems el peso propio de los materiales a ser utilizados (carga

muerta).

La carga viva es de 320 Kg, con un peso de cada persona de 80Kg, por lo tanto la carga

La carga muerta ser la suma del peso de la Plancha antideslizante de aluminio para el

piso, peso de los perfiles empleados en el piso.


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Fig. 3.33 Esquema del piso de la cabina

La carga muerta es

La nica Combinacin de Cargas en el piso de la cabina es Cm + Cv


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Calculamos el rea tributaria del piso de la cabina

La carga que soporta cada perfil es

Dividido para la longitud de la cabina

El momento resultante en cada perfil es


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Para la mayora de casos de apoyos lateral se usa la frmula para la Flexin AISC. Fy =

250Mpa = ,

Donde: (I) inercia

(c) Distancia ms lejana de la seccin.

(s) Modulo elstico de la seccin

Escogemos un tubo cuadrado de 38 mm (1.5 in) de lado, 2 mm de espesor, la inerciade 5.48 cm4, distancia c que es la mitad del lado del tubo 19 mm. El peso lineal de este

tubo es 1.77 Kg/m (Ver anexo 11)

Realizamos la comparacin:

Como podemos observar el modulo elstico de la seccin escogida es mucho mayor a

la calculada por lo que estara sobredimensionada. Pero mantenemos el uso de este

perfil por razones estticas y de seguridad del piso de la cabina, lo cual no dara un

factor de seguridad de 11.


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El peso de la estructura para el piso de cabina es:

El peso total del piso de la cabina

3.7.3 CALCULO ESTRUCTURAL DE LA CUBIERTA DE LA CABINA.

La estructura de la cubierta de la cabina soporta la carga viva de las 4 personas que es

de 320 Kg. La carga viva por metro cuadrado es:

El rea tributaria es (Ver pg. 118). La carga puntual producida por carga viva

es


89/108

3.7.3.1 Calculo de la carga muerta para estructura de la cabina

La carga muerta est dada por el Peso del piso ms el peso de la cubierta ms el peso

del vidrio de las ventanas de la cabina ms la carga del piso de la cabina

La cubierta de la cabina ser de plancha de Aluminio de 2mm su rea total es:

Fig. 3.34 reas de cubierta de aluminio de cabina

El volumen de la plancha para la cubierta es


90/108

Finalmente el peso de la plancha de aluminio

El rea del vidrio para ventanas que se utilizara en la cabina se calculas con las

siguientes reas.

Fig. 3.35 reas de vidrios para ventanas de cabina

El volumen del vidrio se calcula a continuacin con un espesor de 3 mm.


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La densidad del vidrio para ventanas es de 2700 Kg/m3 (Ver anexo 12). El peso del

vidrio que se ocupara en las ventanas de la cabina se calcula a continuacin:

La Suma de los pesos antes mencionados para luego calcular la carga muerta

La carga muerta por metro cuadrado es:

El rea tributaria es (Ver tema 3.7). La carga puntual producida por carga

muerta es:


92/108

La combinacin de cargas para la estructura de la cabina est dada por

3.7.3.2 ANLISIS DE LA ESTRUCTURA DE LA CABINA

Se analizara la estructura de la cabina en un programa especializado de Calculo

Estructural, con un perfil de tubo cuadrado de 38 mm (1.5 in) de lado, 3 mm de

espesor.

Como podemos observar en la figura 3.33 el perfil escogido resiste adecuadamente a las

cargas aplicadas por la combinacin vivas + muertas.

Aunque se encuentre sobredimensionada la estructura escogemos este perfil tubo

cuadrado de (38x38x3mm) debido a la esttica, seguridad y construccin de la Cabina

de pasajeros.

Fig. 3.36.-Analisis de Estructural de la Cabina


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El diagrama de Fuerzas Axiales en la Cabina de Pasajeros

Fig. 3.37.- Diagrama de Fuerzas Axiales

Diagrama de Torsin

Fig. 3.38.- Diagrama de Torsin.


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El peso de la estructura empleando tubo cuadrado de (38x38x2mm) con un peso linealde tubo 3.3 Kg/m (Ver anexo 11) se da a continuacin.

La longitud total se la emplea sumando todas las longitudes de tubo de la estructura

(Ver figura 3.29)

El peso total de la cabina se obtiene sumando el peso del piso ms el peso de la

estructura ms el peso de la cubierta ms el peso de los 4 pasajeros que se calculo

anteriormente.


95/108

3.8 DISEO DEL BRAZO DE SUJECIN DE LA CABINA

3.8.1 DISEO DEL BRAZO

Denominamos como brazo a la parte que sujeta la cabina con el mecanismo de poleas o

tren de rodadura. Para su clculo tomamos una longitud de 0.4 metros y est sujeto al

peso que produce la cabina y a cargas repentinas o golpes que pueden producirse en el

interior de la cabina.

Fig. 3.39 Esquema del brazo de sujecin de cabina

El peso total de la cabina es 503.38 Kg = 4.938 KN.

Para el valor de cargas por cargas repentinas (golpes) tomaremos el 30% del peso de lacabina, sea que el clculo de este brazo se realizara con 650 Kg = 6376.5 N


96/108

Para calcular el rea requerida se utiliza:

Donde . Esfuerzo admisible en tensin segn la norma AISC

(Fy) 250Mpa o 15000 . Limite de fluencia

Escogemos un perfil de Correas dobles unidas en las aletas con una altura de 60 mm x

60 mm de ancho y 3 mm de espesor de pared del perfil, con una rea de 7.22 cm2, que

es mayor a la rea calculada.

Anlisis en programa especializado de Calculo Estructural del Brazo de soporte, vemos

que el perfil escogido es el adecuado.

Fig. 3.40.- Anlisis del Brazo de sujecin de la Cabina


97/108

3.8.2 TREN DE RODADURA

Consiste en un carretn de dos ruedas en cuyo centro va suspendida la cabina. En

conjunto consta de dos ruedas montadas sobre rodamientos, en un bastidor muy sencillo

que dispone de dos ejes de rodadura.

En dicho bastidor va tambin dispuesto el mecanismo que acciona la pinza de fijacin alcable tractor.

Fig. 3.41.-Tren de rodadura

3.8.3 DIMETRO DE LAS POLEAS PARA EL TREN DE RODADURA.


98/108

El tren de rodadura tiene que deslizarse en el cable carril y para determinar el dimetro

de las poleas se lo realiza en base del dimetro del cable carril que es de 45 mm y se

determina las dimensiones normalizadas de poleas (Ver Tabla 3.1)

Tabla. 3.23.-Dimenciones de las Poleas para Cable de Acero


Dimetro exterior (de) 250 mm

Ancho de polea (a) 95 mm

Profundidad de canal (h) 55 mm

Dimetro para el eje (d1) 100 mm

Dimetro interior (d1) 100 mm


3.8.4 SISTEMA DE FRENO

El sistema de Freno es un dispositivo de seguridad que deben ser implementados

en todos los sistemas de transporte areo de personas para que acten en caso de rotura

del cable motriz del telefrico. En la actualidad existen gran variedad de sistemas defrenos que se han ido desarrollando tecnolgicamente para su utilizacin

principalmente en ascensores y gras.

En nuestro telefrico Bicable de Vaivn implementaremos el mecanismo de

freno denominado Zapatas de Rodillo de ejes excntricos.14

14LASHERAS, Jos M, Ascensores y escaleras mecnicas, Editorial Cedel, primera edicin, pg.228


99/108

Fig. 3.42.-Zapatas de rodillos excntricos

El rodillo tiene un eje descentrado (Fig. 3.39) que al girar obligados por el rocecon la gua (en este caso cable carril) se encajan entre su propio eje y la gua hasta

detener el descenso de la cabina. Este sistema produce un frenado lento y uniforme lo

cual es recomendable para evitar golpes en los pasajeros de la cabina.

Cuando el dispositivo haya entrado en accin la cabina se detendr, una vez

colocado nuevamente el cable motriz bastara con retroceder levemente la cabina para

que el freno se desenganche y continen con el normal funcionamiento de la instalacin.

Fig. 3.43.- Esquema de Sistema Freno de Rodillos

3.9 SISTEMA ELECTRICO


100/108

Uno de los problemas del transportador Areo que est siendo utilizado en la

actualidad es el sistema elctrico ya que solo cuenta con el sistema de mandos en la

estacin de llegada y en la estacin de llegada no existe ningn mando.

A continuacin se presenta un esquema del circuito elctrico de 2 mandos para

inversin de giro del motoreductor, con sealizacin luminosa y detencin automtica

de la cabina de pasajeros por medio de sensores que estarn en la estacin de salida y

llegada. Tenemos el diseo de los circuitos de mando y de fuerza.

3.9.1 DESCRIPCIN DE FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO DE MANDO

En este circuito tenemos la inversin de giro mediante dos pulsadores, El pulsador de

salida se ubicara en la estacin de salida del Telefrico Bicable de vaivn y el pulsador

de llegada en la estacin de llegada.

Fig. 3.44.-Circuito elctrico de mando

Al pulsar el interruptor normalmente abierto P salida se activa la bobina k1,

cerrando los contactores normalmente abiertos k1 que est conectado en paralelo yabriendo el contactor normalmente cerrado k1 que est conectado en serie con la bobina


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k2, tambin cierra el contactor cerrado k1 que est en serie con el foco verde

prendindolo y a la vez activando el motor en sentido horario produciendo que la cabina

suba.

Cuando la cabina est en la estacin de llegada activa un fin carrera

normalmente cerrado (S llegada) este a su vez desconecta la bobina k1 y desactiva el

motor. Cuando activamos el interruptor normalmente abierto (P llegada) se activa la

bobina k2 cerrando el contactor normalmente abierto k2 que est en paralelo y abriendo

el contactor k2 que est conectado en serie con la bobina k1, tambin cierra el contactor

abierto k2 que est en serie con el foco rojo activndolo y permitiendo la inversin de

giro del motor en sentido anti horario produciendo que la cabina realice la bajada.

Lo que hay que recalcar es que mientras se pulsa P salida o P llegada y est

funcionando el motor en un sentido, el otro pulsante no se puede activar porque k1o k2

est abierto. Tambin existe Un pulsador de emergencia que corta toda la energa del

circuito.

3.9.2 DESCRIPCIN DE FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO DE FUERZA

Elcircuito de fuerza es el que ira conectado al motorreductor, conectamos las fases L, R

y S a unos fusibles para la proteccin del circuito y luego cada fase a contactores

abiertos k2 y estos conectados en paralelo a los contactores normalmente abiertos k1.Los contactores k2 estn conectados R-U, T-V, Y S-W para el funcionamiento del

motor en sentido horario, mientras que los contactores k1 estn conectados R-U, S-V, y

T-W para cambiar el giro del motor a anti horario.

Fig. 3.45.-Circuito elctrico de fuerza


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3.10 CONSIDERACIONES DE MANTENIMIENTO

3.10.1 INTRODUCCIN

En el proyecto actual denominado Telefrico Bicable de Vaivn, el MantenimientoPredictivo de los componentes es esencial para evitar accidentes y fallas en el uso deeste medio de transporte

Tanto la instalacin propiamente dicha como los elementos y accesorios seconservarn en perfecto estado de limpieza para facilitar su vigilancia y, enconsecuencia, garantizar la seguridad del servicio.

Fig. 3.46.-Teleferico Bicable de Vaivn


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Tambin debe existir al menos una persona encargada de la instalacin para que

realice las tareas de comprobacin ymantenimientode estos equipos, esta persona debeser calificada y con formacin suficiente.

3.10.2 NORMAS GENERALES DE MANTENIMIENTO.15

Aislar las instalaciones y zona de trabajo del resto de personal, tanto conmediosde sealizacin como con letreros.

Desconectar el interruptor principal de energa elctrica, bloquear el acceso a

extraos de los mandos

La instalacin del telefrico llevara un libro de registro en el que se anoten

fechas, revisin y averas

3.10.3 RESUMEN DE PARTICIPACIN DEL ENCARGADO

Revisin diaria visual de elementos sometidos a esfuerzo.

15LASHERAS, Jos M, Ascensores y escaleras mecnicas, Editorial Cedel, primera edicin, pg.664
http://www.monografias.com/trabajos15/mantenimiento-industrial/mantenimiento-industrial.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/mantenimiento-industrial/mantenimiento-industrial.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/mantenimiento-industrial/mantenimiento-industrial.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/medios-comunicacion/medios-comunicacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/medios-comunicacion/medios-comunicacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/medios-comunicacion/medios-comunicacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/librylec/librylec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/librylec/librylec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/regi/regi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/regi/regi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/regi/regi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/librylec/librylec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/medios-comunicacion/medios-comunicacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/mantenimiento-industrial/mantenimiento-industrial.shtml


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Comprobacin diaria de los frenos.

Observacin diaria de carencia de anormalidades en el funcionamiento de la

mquina.

Deber vigilar que no exista exceso de pasajeros o carga en la cabina de

pasajeros.

3.10.4 REVISIN DE LAS INSTALACIONES

1. Diarias: Diariamente y antes de iniciarse el servicio, el Encargado, har un

recorrido en la propia instalacin para asegurarse de que su funcionamiento es normal, y

muy especialmente del correcto estado de lnea, frenos, cables, cabina.

Asimismo, cuando las reas de embarque y desembarque se vean afectadas por

fenmenos meteorolgicos deber comprobarse que se cumplen las condiciones

mnimas de seguridad en relacin con los usuarios de la instalacin y, en caso contrario,

adoptar las medidas precisas para que se cumplan.

Cuando se hayan producido fenmenos meteorolgicos particularmente

intensos, como heladas, vientos fuertes, tormentas, etc., estando la instalacin fuera de

servicio y exista la posibilidad de que haya resultado daada, el recorrido previo antes

citado deber estar precedido de una inspeccin completa. Se proceder de la misma

forma despus de toda interrupcin motivada por un accidente que, por su naturaleza,

hubiera podido afectar a la instalacin.

2. Semanales o mensuales: Adems de las revisiones diarias sealadas en el

punto anterior, debern realizarse, con periodicidad semanal y mensual, una de carctersimilar pero ms detallado y otras complementarias.


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3. Anuales: Al menos una vez al ao se efectuar un reconocimiento de la

instalacin del que se levantar el informe o acta correspondiente que ser entregada a

la Administracin. El Administrador, despus de escuchar al Encargado, podr

asesorarse por un tcnico o por un organismo.

3.10.5 LIBRO DE REGISTRO

En el libro de registro se anotaran todas las incidencias, comentarios, averas,accidentes y mantenimiento realizado en el telefrico.

A continuacin se muestra el formato de la hoja de revisiones de lainstalacin, en la cual la persona encargada debe llenar para tener un registro.


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TELEFERICO BICABLE DE VAIVEN

CENTRAL HIDROELCTRICA ING. CARLOS MORACARRIN

HOJA DE REVICION

Hoja #

Capacidad (personas) 4 Carga Nominal 500Kg

Velocidad 2 m/s Recorrido 360 m

Fecha de instalacin Fecha actual

Fecha ltima revisin Fecha actual revisin

Nombre del Encargado

# Elemento Verificar ResultadoPos Neg.

1 Torre de Soporte Estado de perfiles

Desgaste de polea de cable carril y motriz

Apriete de pernos y acoples

Pintura

2 Sistema MotrizCable enrollado correctamente sobre canales de

tamborFuncionamiento del motorreductor

Estado del Acople de mandbula y chumaceras

Estado de la estructura del sistema motriz

Lubricacin y vibracin de componentes

Pintura

3 Tren de rodadura Desgaste de las poleas

Apriete de pernos y tuercas

Estado de Bases

Pintura

4 Brazo de Soporte Estado de perfiles


soldaduras

Pintura

5Cabina dePasajeros

Estado de perfiles

Estado de cubiertas y protectores


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Apriete de pernos y remaches

Pintura

6-7

CimentacionesEstado de las cimentaciones

Pintura8 Cable Carril Alambres cortados, quebrndose, desgaste

Presencia de corrosin (oxido)

Estado de grilletes y anclaje

Lubricacin

9 Cable Motriz Alambres cortados, quebrndose, desgaste

Presencia de corrosin (oxido)

Estado de grilletes y anclaje

Lubricacin

10 Sistema de freno Posicin del sistema de frenos

Desgaste o juegos anormales


Informe relativo a los puntos no satisfactorios

ReferenciaAccin Propuesta

Reparacin - sustitucin

Plazo

correccin

De acuerdo con el presente reconocimiento

Telefrico queda en funcionamiento normal

Telefrico queda fuera de servicio

Se solicita inspeccin de Tcnico Especializado

Para llevar un registro que muestre las reparaciones, refacciones, tiempos, y

repuestos, que se realizaran en la instalacin del telefrico se presenta un formato de

registro histrico.


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TELEFERICO BICABLE DE VAIVEN

CENTRAL HIDROELCTRICA ING. CARLOS MORA

CARRIN

HOJA DE REGISTRO HISTORICO

Hoja #

Capacidad (personas) 4 Carga Nominal 500Kg

Velocidad 2 m/s Recorrido 360 m

Nombre del Encargado

Fecha DescripcinMedidas

Pos Horas ReferenciacomercialProg Real

Los formatos de las hojas de revisin y de registro histrico propuestas pueden ser

modificados una vez construido el Telefrico, ya que pueden presentarse cambios en la

construccin.

Documents

DISEÑO DE HUAROS.pdf