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UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2017
PACCHA CHAMBA DANNY JAVIERINGENIERO CIVIL
DETERMINACIÓN DEL RENDIMIENTO DE UN TRACTOR DE ORUGAKOMATSU D85-EX DE 240 HP
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2017
PACCHA CHAMBA DANNY JAVIERINGENIERO CIVIL
DETERMINACIÓN DEL RENDIMIENTO DE UN TRACTOR DEORUGA KOMATSU D85-EX DE 240 HP
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA21 de agosto de 2017
PACCHA CHAMBA DANNY JAVIERINGENIERO CIVIL
DETERMINACIÓN DEL RENDIMIENTO DE UN TRACTOR DE ORUGA KOMATSUD85-EX DE 240 HP
MACHALA, 21 DE AGOSTO DE 2017
TACURI RIVAS MARCO ANTONIO
EXAMEN COMPLEXIVO
Urkund Analysis Result Analysed Document: TRABAJO_DANNY_PACCHA.pdf (D29593930)Submitted: 2017-07-10 17:45:00 Submitted By: [email protected] Significance: 1 %
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PROYECTO DE FTTH.docx (D15244689)
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3
U R K N DU
AGRADECIMIENTO
Le agradezco infinitamente a Dios, por brindarme la fuerza y perseverancia necesaria en los
momentos más complejos de mi carrera.
Eternamente agradecido con mis padres, por su amor, apoyo incondicional y ayuda
desinteresada, aun en las circunstancias más desfavorables debidas a mi conducta.
A mis hermanas por su paciencia, comprensión, sus sanos consejos dirigidos a mi
superación académica.
A mis compañeros y amigos, que año a año luchamos por salir adelante, ante las
adversidades académicas.
Y para finalizar, quiero agradecer a cada uno de los docentes de la UAIC, que ante las
dudas académicas que he tenido, siempre supieron darme la respuesta correcta, y gracias a
aquello, poder formarme profesionalmente.
DETERMINACIÓN DEL RENDIMIENTO DE UN TRACTOR DE ORUGA KOMATSU D85-EX DE 240 HP DE POTENCIA
Autor: Danny Javier Paccha Chamba C.I. 070643378-6
RESUMEN
El presente trabajo está dirigido a la determinación del rendimiento de un tractor Komatsu
D85-EX, para lo cual, se empleó el uso de los manuales de rendimiento del fabricante, y la
aplicación de la hoja electrónica Excel. Los valores de campo fueron obtenidos en la
Cantera El Jobo, sitio San Vicente, cantón Arenillas. Los resultados que se mostrarán,
estarán basados en la producción del tractor en dos tipos de materiales; material en banco,
material suelto (arcilla, finos, grava). El procedimiento llevado a cabo para la disposición de
los resultados se regirán en tres fases; observación directa, fórmulas y reglas, datos del
fabricante. Cada fase tiene su metodología, motivo por el cual los resultados tendrán su
similitud o discrepancia, de acuerdo al tipo de material trabajado. El valor del rendimiento
del tractor de oruga, dependerá de la potencia de la máquina, tipo de terreno, distancia de
acarreo y la eficiencia de trabajo, por ello es relevante que en una obra civil, el ingeniero
tenga en consideración estos factores, caso contrario la producción en obra será menor a la
requerida, generando pérdidas económicas y retrasos en la culminación de las actividades
establecidas en la planificación de la obra. Todo el contexto que se encuentra en el
desarrollo del trabajo fue obtenido de diferentes artículos científicos, para así corroborar con
las exigencias establecidas por el reglamento de la UTMACH.
Palabras claves: rendimiento, observación directa, datos del fabricante, eficiencia de
trabajo, distancia de acarreo.
DETERMINATION OF PERFORMANCE OF A KOMATSU D85-EX TRACTOR 250 HP
Author: Danny Javier Paccha Chamba ID 070643378-6
ABSTRACT
The present work is aimed to the determination of performance's a Komatsu D85-ex tractor.
So that, it was used the manual of performance of the manufacturer; also the application of
the electronic sheet Excel. Field values were obtained at “El Jobo” Quarry, San Vicente site,
Arenillas Country. The results to be shown will be based on the production of the tractor in
two types of materials: material in bank, loose material (clay, loess and gravel). The
procedure carried out for the layout of the result will be managed in three phases; direct
observation, formulas and rules and finally manufacturer’s data. Each phase has its
methodology, for that reason the results will have their similarity or discrepancy, according to
the type of material worked. The value of the performance of the tractor will depend on the
power the machine, type of terrain, carrying distance and working efficiency. Therefore it’s
important that in a civil work, the engineer takes these factors into account, otherwise the
production effort will be less than required, generating economic losses and delays in the
completion of the activities established in the planning of the work. All the context that is
found in the development of this work was obtained from different scientific articles, in order
to corroborate with the requirements established by the UTMACH regulations.
Keywords: performance, direct observation, manufacturer's data, working efficiency,
carrying distance.
INTRODUCCIÓN Las maquinarias empleadas para el movimiento de tierras, como los tractores de oruga, año
tras año vienen evolucionando, tanto en potencia como en capacidad de acarreo, motivo por
el cual su elección para el tipo de trabajo que se vaya a realizar debe ser la idónea, para
lograr obtener la eficiencia y productividad requerida para la obra [1]. Esto conlleva a tener
una precisa idea del rendimiento de la máquina, ya que “en numerosas obras de ingeniería
el capítulo de movimientos de tierras tiene un peso específico muy importante en el
presupuesto de la actuación. Es fundamental llevar un control riguroso de los volúmenes de
tierra en desmonte y terraplén con el fin de evitar conflictos a la hora de valorar el trabajo
realizado [2]”.
“El tractor constituye la unidad básica para la entrega de potencia [3]”, es decir, la facilidad
de acarreo de los diferentes tipos de suelo, pero cabe mencionar que este tipo de tractores
son recomendables para el trabajo en distancias cortas, no mayores a 100m, de no ser así,
la producción reducirá y a la máquina se la estará esforzando mucho [4]. Pero si se
presentan situaciones complejas y no tener la maquinaria idónea, la experiencia tanto del
ingeniero a cargo y del operador será primordiales.
Dentro de la formulación para obtener el valor del rendimiento, existen factores que
dependen de la situación de trabajo, pero también se puede obtener el resultado de la
producción a priori, mediante las tablas del fabricante, pero hay que tener en consideración
que esos valores son calculados con una eficiencia del 100%, con un material fácil de
trabajar y con la labor del operario al máximo, por lo cual este resultado en muchos de los
casos, tendrá un porcentaje muy elevado a la realidad en campo.
Por ello el objetivo de este trabajo práctico, es de calcular el rendimiento de un tractor de
oruga, mediante datos reales obtenido en campo y el empleo de tres procedimientos que
servirán para comparar los resultados, para con ello establecer valores más precisos de la
producción de la maquinaria en periodos de una hora. Los resultados mostrados, están
basados en la observación de campo del tractor en el lapso de una semana, en la cual se
calculó el rendimiento con un material en banco y con un material suelto, a diferentes
distancias, estimando el tiempo de su ciclo y las especificaciones brindadas por el
fabricante.
2.- DESARROLLO
Los datos requeridos para obtener el rendimiento del tractor de oruga, se obtuvieron en la
Cantera el Jobo, sitio San Vicente, cantón Arenillas, lugar donde se encontraba la
maquinaria, modelo KOMATSU D85-EX con una potencia de 240 Hp, además de una
cargadora de ruedas. Ambas son máquinas diseñadas para el trabajo en canteras y
graveras [5]. En el sitio se procedió a medir la distancia y tiempo que emplea el tractor en un
ciclo, además del número de ciclos que se efectuaban en una hora de 60 minutos. Estos
datos eran puestos en cálculo en el sitio, y una vez llevados a oficina eran comparados con
los valores estimados en la tabla del fabricante. Además se realizaron preguntas puntuales
basadas en el funcionamiento y elección de la máquina correcta para cierto tipo de material.
2.1.- Datos generales El tractor de oruga KOMATSU D85-EX, de acuerdo a las tablas de producción que ofrece el
fabricante, en una distancia considerada la máxima para una producción rentable, nos da
que la maquinaria puesta en trabajo en una longitud de 60m con condiciones de trabajo al
100% de eficiencia, es decir, un material suelto fácil de ser removido, ofrece una
producción de 240 m3/h.
2.2.- Movimiento de tierras Son operaciones que se realizan en terrenos naturales con la finalidad de modificar su
forma, y de esta manera aprovechar ese espacio en la ejecución de obras civiles, viales o
industriales [6]. La maquinaria destinada al movimiento de tierras, viene a la par con los
procesos de innovación tecnológica, ya que se tienen máquinas con mayor fuerza y una
mayor facilidad para maniobrar en obra. Existen fabricantes que apuestan en engrandecer
las dimensiones de la maquinaria, quitándole versatilidad pero aumentando su potencia [7].
2.3.- Rendimiento de maquinarias y equipos de construcción. “En la industria mundial, una de las mayores preocupaciones es el desgaste de los equipos,
debido a que es la más frecuente causa de falla de los equipos u parte de ellos,
ocasionando pérdidas por mantenimiento o reposición [8]”
La maquinaria que se emplee en una obra civil, deberá de estar en buenas condiciones,
para que la producción se mantenga de acuerdo a los cálculos establecidos [9]. Para
referenciar el trabajo, se obtuvieron las dimensiones del tractor de acuerdo al manual del
fabricante (ver TABLA 1). En término de ingeniería, la producción o rendimiento son las
unidades de trabajo que logra realizar una maquinaria en una unidad de tiempo,
generalmente una hora [10]. Su expresión es la siguiente:
Producción = unidades de trabajo / hora (1)
La producción en obra, dependerá de la elección correcta de la maquinaria, de otra manera,
el equipo será considerado crítico, es decir, que “su falla va afectar de modo directo la
continuidad del proceso productivo, ya que interrumpe la operación y afecta directamente
los parámetros de productividad [11]”.
Además se deberá de apreciar el desempeño laboral por parte del operador, debido a que si
existiera un tractor de gran potencia y al tener un operador cargado de estrés o problemas
personales, las características de dichas maquinaria serán desaprovechadas por la
condición de su operador [12].
2.4.- Ciclo de trabajo El ciclo de trabajo es la sumatoria del tiempo fijo y tiempo variable, expresado en minutos.
Este tiempo es considerado desde el instante que la maquinaria parte para realizar las
operaciones a las que fue destinada, hasta el momento que regresa a su punto de partida
[13]. Su expresión es la siguiente:
Cm = tf + tv (2)
Donde:
tf = tiempo fijo (min)
tv = tiempo variable (min)
2.4.1.- Tiempo fijo (tf) Es un tiempo constante, en el cual intervienen procesos como carga y descarga de material,
y todas las maniobras fijas que realice la maquinaria, como acelerar, desacelerar y los
cambios de dirección que se necesiten durante el ciclo [14]. Su unidad es expresada en
minutos. El valor del tiempo fijo considerado para el tractor de oruga en estudio, está
basado en la experiencia en obra y movimientos requeridos para realizar el ciclo, su valor
es: tf = 0.13 min (3).
2.4.2.- Tiempo variable (tv) Varían de acuerdo a la distancia de acarreo del material, y de las velocidades tanto de ida
como de vuelta. Siempre el tiempo de retorno es mucho menor que el de acarreo o de ida,
ya que la maquinaria realiza el retorno sin el peso que ejerce a carga y por ello la
aceleración resulta más fácil [14]. Su expresión es la siguiente:
tv = d / vida + d / vretroceso (4)
Donde:
d = distancia de acarreo (m)
Vida = velocidad de ida (m/min)
Vretroceso = velocidad de retroceso (m/min)
Para un material suelto (finos), las velocidades son las siguientes:
Vida = 3.30 km/h = 55 m/min (ver TABLA 2)
Vretroceso = 8.00 km/h = 133.33 m/min (ver TABLA 2)
La distancia (d), es de 53.00 m, reemplazando valores en (4), tendremos:
tv = 1.36 min (5)
Realizando la sumatoria entre (3) y (5), tendremos:
Cm = 1.49 min
Para un material suelto (piedra alterada), las velocidades son las siguientes:
Vida = 6.10 km/h = 101.66 m/min (ver TABLA 2)
Vretroceso = 8.00 km/h = 133.33 m/min (ver TABLA 2)
La distancia (d), es de 80.00 m, reemplazando valores en (4), tendremos:
tv = 1.39 min (6)
Realizando la sumatoria entre (3) y (6) tendremos:
Cm = 1.52 min
2.5.- Factores que intervienen en el rendimiento de maquinarias y equipos de construcción. “La eficiencia de un tractor no depende solamente de su diseño sino de los componentes
del equipo que interaccionan con el suelo y de la forma en que se preparan y usan esos
equipos [3]”.
2.5.1.- Factor de carga
“Es la relación que existe entre la cantidad de material que hay en el receptáculo y la
capacidad real del mismo [15]”. “No existe un método analítico para medir este factor y por
lo tanto, debe ser calificado visualmente durante el muestreo de campo [16]”.
El factor de carga para un material suelto ya sea finos o piedra alterada, que sea de fácil
acarreo, tendrá una valor entre 1.10 – 0.90, y de acuerdo a la facilidad de trabajo visto en
campo, se consideró el factor de carga de 1.10. (Ver TABLA 3) 2.5.2.- Factor de conversión Según [17] el procedimiento de mover suelo quitándole de un sitio a otro, produce una
ruptura en la estructura provocando a la vez un aumento de volumen, este proceso se llama
esponjamiento. Este factor se debe a los cambios que se presentan en la densidad del
suelo al ser excavados, colocados o compactados, motivo por el cual se necesita establecer
si el suelo a trabajar se halla en estado natural (en banco), como material suelto o como
relleno posterior de una compactación. De acuerdo a [6] el factor de conversión para un
material suelto (fino) y un material suelto (roca alterada) es de 0.83 y 0.72 respectivamente.
(Ver TABLA 4)
2.5.3.- Factor de eficiencia horaria La eficiencia del trabajo ira de acorde a la buena disposición de la dirección en el campo, la
dificultad en las labores y las consideraciones que presente el equipo. La eficiencia de la
operación se valora considerando una disminución del número de minutos que en realidad
se trabajó en una hora. El factor de eficiencia es expresado como minutos de trabajo dentro
de un intervalo de tiempo, por ejemplo, horas en las cuales se consideran únicamente 50
minutos de trabajo, dando una eficiencia del 83% [23].
“Este factor depende del número de ciclos teóricos realizados en una hora [18]”. De acuerdo
a [6] el factor de eficiencia para periodos de 60/60 es de 1.00. (Ver TABLA 5)
2.5.4.- Factor de pendiente Este factor irá dependiendo si en el terreno de trabajo existiere una pendiente ya sea
positiva o negativa, que facilite o genere problemas hacia la máquina. (Ver TABLA 6)
2.6.- Técnicas de excavación en tractores de oruga “Se denomina excavación a la separación o extracción de determinadas partes de dicho
volumen, una vez superadas las fuerzas internas que lo mantenían unido: cohesión,
adherencia, capilaridad, etc. [19]”. La mejor técnica de excavación debe ser continua.
2.6.1.- De adelante hacia atrás
Es la técnica de excavación más eficiente, y por ello la más recomendable en procesos de
excavación, el operador comienza en la parte delantera del corte y trabaja hasta la parte
trasera del corte, la distancia de explanación va en aumento con cada pasada a medida que
el tractor trabaja de adelante hacia atrás del corte.
2.6.2.- Pasada desde atrás
En esta técnica el operador empieza cada pasada desde atrás del corte, cada pasada que
realice la maquina es igual a la longitud total del corte con una profundidad uniforme, la
desventaja es la distancia de acarreo, ya que de existir una longitud alta, el rendimiento
reducirá.
2.6.3.- Desde atrás hacia adelante El operador empieza a trabajar desde la parte de atrás del corte, para las pasadas
siguientes el operador avanza desde atrás hacia adelante, la distancia de explanación se
minimiza en cada explanada a la par que el tractor trabaja hacia adelante del corte.
2.6.4.- Utilización del ripper Esta técnica se basa en escarbar el terreno empleando el ripper, para seguidamente el
operario tenga la facilidad de insertar la hoja en el terreno y acarrear el material, la técnica
es recomendable en terrenos rocosos.
2.7.- Recomendaciones generales
En traslados largos se sugiere mover el tractor hacia adelante ya que hacia atrás se
genera más desgaste del tren de rodaje [6].
“Para el trabajo en materiales muy duros, es necesario emplear explosivos o escarificar
antes de la utilización de la hoja empujadora, realizando el tractor un trabajo combinado
de escarificación y empuje [18]”.
Evitar cambios repentinos en la planificación de la obra, es decir, aumentar la cantidad de
producción destinada para el día [20].
2.8.- Metodología para calcular el rendimiento de un tractor de oruga
El rendimiento de un tractor dependerá, además de la eficiencia que tenga el operario en la
actividad que sea asignado, será condicionado por estas actividades que deberá de realizar
para cumplir con los requerimientos preestablecidos en la planificación de la hora [21].
Además se debe de prestar atención en las condiciones que se encuentre los sistemas que
conforman la maquinaria ya “que una falla en ellos trae consecuencias graves a la
producción y cualquier influencia se refleja en elevados costos de operación [22]”. La
fórmula para determinar el rendimiento del tractor de oruga es la siguiente:
R = (Q x fc x fco x fe x fp x 60) / cm
Donde:
Q = capacidad de la cuchara (m3)
fc = factor de carga
fco = factor de conversión por el tipo de material
fe = factor de eficiencia
fp = factor de pendiente
Cm = tiempo del ciclo (min)
2.8.1.- Observación directa Este procedimiento es llevado a cabo en campo, se basa en la medición de los volúmenes
de materiales removidos por la maquinaria, durante la unidad horaria de trabajo. Para el
ejercicio práctico, se empleó este procedimiento para dos tipos de materiales. Así:
Material suelto (finos). El tractor se encontraba realizando la actividad de ensanchamiento de una vía, para poder
obtener el valor de su rendimiento, se procedió a cubicar los volúmenes de terreno que se
encontraban situados en la vía, luego de un periodo horario de 1 hora. Se debe de acotar
que en esta metodología no se emplea ningún tipo de factores, por lo cual el valor estimado,
es un valor a priori. Ver ANEXO 1
Material suelto (roca alterada)
Este material fue tomado de la cantera, que sirvió de base para la vía, se contabilizaron 45
volquetadas de este material c/una de 4m3, dando un cubicaje de 180 m3 de roca alternada
suelta, misma que fue acarreada por el tractor en 1 hora, dando las siguientes medidas que
fueron tomadas para determinar el rendimiento. Ver ANEXO 2
2.8.2.- Reglas y fórmulas Para este procedimiento se requiere la capacidad del cucharón, los valores de velocidad de
ida y retroceso, distancia de acarreo y los factores que se encuentren presentes en la obra.
De igual manera que el procedimiento anterior, se calculó el rendimiento del tractor
actuando bajo dos tipos de material. Ver ANEXO 1 – 2
2.8.3.- Tablas del fabricante “Para el caso de los rendimientos de bulldozer se encontró unas tablas de los diferentes
modelos Ver ANEXO 3, donde se puede estimar la producción en m3 /hora (sistema
métrico) o yardas 3 /hora (sistema inglés), según diferentes distancias de acarreo, estas
mediciones arrojan una capacidad máxima de la máquina para luego ser corregida con otra
tabla que indica los factores que afectan este tipo de medición [15]”.
Estos resultados se basan en las siguientes condiciones:
Los tiempos fijos de la maquinaria es de 0.05 min
La eficiencia de la maquinaria es del 100%
La velocidades de avance es en primera, de acarreo en segunda y la velocidad de
retroceso es en segunda.
El tipo de material es suelto.
3. CONCLUSIONES
El rendimiento del tractor dependerá de los siguientes factores: tipo de trabajo, tipo de
material, eficiencia horaria y la distancia de acarreo, esta última con mayor incidencia
debido a que si existiera una mayor distancia la producción de la maquinaria reduciría,
debido a que este tipo de tractores oruga, son dispuestos para trabajos de distancia corta,
por ello la estimación correcta por parte del contratista deberá ser fundamental y consiente
de acuerdo al trabajo a realizar.
El empleo de la técnica adecuada para el trabajo en un determinado tipo de terreno, influirá
en la afectación que pueda llegar a tener la maquinaria, es decir, la mala disposición por
parte del operario al momento de decidir la técnica para excavar recaerá en el daño de la
maquinaria. Si esto llegara a suceder los gastos mecánicos que se generen reducirán las
ganancias económicas previstas por el contratista, por ello no solo se debe de fiar en la
decisión del operador, sino que tener la experiencia y noción del procedimiento a llevar para
la excavación en el terreno.
Los valores obtenidos del rendimiento del tractor, en un terreno suelto, acarreando material
fino bajo las tres metodologías, dan a conocer que empleando los dos primeros pasos se
obtendrán valores cercanos, ya que empleando el método 1, se obtuvo un rendimiento de
127.20m3/h, mientras que usando el método 2, el rendimiento es de 127.13m3/h, son valores
semejantes por lo cual son resultados aceptables, pero con relación al paso 3, la diferencia
es notoria, dado que en este método las estimaciones son asequibles para que el
rendimiento sea mayor.
Basado en la experiencia obtenida en campo, se puede sugerir, que el procedimiento más
factible para la estimación del rendimiento del tractor oruga, es el de fórmulas y tablas, ya
que en este método requiere de todos los factores que intervienen en la ejecución de la
obra (excavación o acarreo), dando un resultado más llegado a la realidad.
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https://erods.files.wordpress.com/2012/12/rendimiento-tractores.pdf. [Último acceso:
6 Junio 2017].
LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1. Rendimiento de tractor bajo trabajo en material suelto (fino)
Fuente: Elaborada por el autor
ANEXO 1. (Continuación)
Fuente: Elaborada por el autor
ANEXO 2. Rendimiento tractor bajo trabajo en material suelto (piedra alterada)
Fuente: Elaborada por el autor
ANEXO 2. (Continuación)
Fuente: Elaborada por el autor
ANEXO 3. Tabla del fabricante para verificar rendimiento en función de distancia
Fuente: Manual de Rendimiento Kamatsu Edición 30
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Dimensiones de la máquina (Tractor KOMATSU D85- Ex)
Fuente: Manual de Rendimiento Komatsu Edición 30
Tabla 2. Velocidades de avance y retroceso de tractor oruga
Fuente: Manual de Rendimiento Komatsu Edición 30
Tabla 3. Factor de carga
Fuente: Manual de Rendimiento Komatsu Edición 30
Tabla 4. Factor de conversión por el tipo de material
Fuente: B. L. Pedro, Maquinarias de Obras Públicas II, Alicante: Club Universitario, 2009
Tabla 5. Factor de eficiencia horaria
Fuente: Manual de Rendimiento Komatsu Edición 30
Tabla 6. Factor de pendiente
Fuente: Manual de Rendimiento Komatsu Edición 30
