Puente Grua

PROYECTO INDUSTRIAL PUENTE GRÚA MONORRIEL PARA DESPLAZAMIENTO DE MOTORES EN COLANTA SEDE SAN PEDRO

DISEÑO MECANICO II

GRUPO: 041

FACULTAD DE INGENIERIA

EDWIN MUÑOZ MEJIA JUAN ESTEBAN LEZCANO VALENCIA JUAN FERNANDO ALVAREZ PINEDA MAYO 21 DEL 2015

Contenido Planteamiento del problema............................................................................................................. 2 Justificación ....................................................................................................................................... 3 Objetivos ............................................................................................................................................ 4 Mercado ............................................................................................................................................. 5 Marco teórico..................................................................................................................................... 6 Variables ............................................................................................................................................ 8 Selección de Vigas ............................................................................................................................. 8 Elementos que componen el montaje .............................................................................................. 9 Descripción de los componentes del montaje.................................................................................. 9 Descripción de los pasos en el análisis de las vigas....................................................................... 12 Cronograma..................................................................................................................................... 29 Conclusiones .................................................................................................................................... 30 Bibliografía ...................................................................................................................................... 31

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Planteamiento del problema Queriendo cumplir con el trabajo exigido por una empresa nacional, exportadora y altamente reconocida en el país, para el desarrollo del mantenimiento en las diferentes secciones de su planta; la Cooperativa Lechera Colanta Ltda. Sede San Pedro de los Milagros; necesita la movilización de motores, equipos e insumos para producción de leche y derivados de la misma; desde un piso superior ubicado en la planta hasta un piso inferior; donde se encuentra el área de mantenimiento, pues en la actualidad cuando los operarios y mecánicos encargados llevan a cabo dicha movilización se les dificulta el desplazamiento de los motores a través de escalas y un largo trayecto, dichos motores tienen un peso aproximado de 120 Kilogramos cada uno y podrían llegar a provocar un accidente de trabajo y desgaste físico en los trabajadores.

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Justificación De las necesidades industriales que se presentan en fábricas; ya sean micro o estas macroempresas; las más comunes son de tipo mecánico. Estas necesidades o vacíos en los procesos mecánicos se ven reflejadas en la producción, ganancia y rendimiento tanto de tiempo como de materiales o suministros. Por lo que se requiere la ayuda de un grupo de especialistas para suplir estas necesidades; personal capacitado en la resolución de problemas y que tengan excelentes bases para diseñar e innovar tecnología que cumpla con una serie de requisitos matemáticos, legales y ambientales. Nosotros como grupo ingenieril buscamos con este proyecto aplicar los conocimientos obtenidos durante el transcurso de nuestra carrera, específicamente realizar un diseño de un puente grúa que facilite una labor en el área de mantenimiento de dicha empresa, como Proyecto Industrial de la asignatura Diseño Mecánico II. En el transcurso del proyecto se debe desarrollar la solución al problema expuesto, desde el punto de vista de la Ingeniería Mecánica, la falencia en el proceso o actividad que se desarrolla, expresado en un conjunto de datos, memorias de cálculo y registros fotográficos a lo largo de todo el estudio y presentación del mismo.

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Objetivos General:  Diseñar un dispositivo capaz de realizar el trabajo de movilización de los motores a una planta inferior y que permita luego volver a llevarlos a sus puestos de producción o de almacenamiento dado el caso, desde los conceptos mecánicos y teniendo en cuenta las variables presentes en la planta física de la empresa. Específicos:  Disminuir el alto índice de accidentalidad que se produce al momento de manipular los equipos y desplazarlos, con un sistema de carga o grúa.  Aumentar el rendimiento del tiempo transcurrido en el desplazamiento de los equipos.  Garantizar una inversión a largo plazo con la mejora mecánica en las instalaciones.  Proyectar mejoras en la planta de trabajo y proporcionar a la empresa nueva tecnología y mayor seguridad industrial.

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Mercado Está enfocando a las instalaciones de la planta lácteos San Pedro lugar donde la necesidad es el desplazamiento de equipos, sistemas pesados y de difícil movilidad a lo largo de todo un recinto y entre dos plantas, de esta forma facilitar su ubicación, teniendo en cuenta que se aminora la accidentalidad y el desgaste físico de los operarios. Se cuenta con la autorización directa de la empresa Es ideal para todo tipo de empresa que posea una amplia zona de almacenamiento y bodegaje, teniendo en cuenta los posibles cambios y modificaciones para el área física de la planta.

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Marco teórico El número de tipos de dispositivos para el manejo de cargas con el que contamos actualmente es demasiado grande para poder describirlos a todos detalladamente, aquí algunos de ellos:     

Grúas Transportadores Ductos Carretillas y apiladoras Entre otros

Grúas: Son máquinas cuya principal función es levantar mecánicamente determinadas cargas, se dice que las grúas manejan las cargas en el aire con el fin de dejar el piso libre para otras actividades o dispositivos que sean importantes, esta máquina está equipada con montacargas, cables, haces y un brazo ubicado sobre un eje giratorio acompañado de poleas que cargan y trasladan de un lugar a otro, los objetos pesados y problemáticos son el objetivo principal para las grúas que se encuentran en ventaja por no requerir de espacios en el suelo o en planta. Hay gran variedad de grúas, una para cada una de las necesidades o acciones que se quieren desempeñar, desde tipo demolición, móvil, básicas, pórtico, polipasto, camión, todo terreno, navales, etcétera.

PUENTE GRUA:

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PORTICO:

Transportadores: Aparatos fijos para mover materiales, tienen la forma de bandas o rodillos móviles con entrada de energía o por medio de gravedad. Está formado por dos poleas, en la actualidad son muy usados en el área de materiales agrícolas e industriales. Existe gran variedad de transportadores según su modo de funcionamiento, dirección y carga. El fin de estos transportadores es llevar o distribuir grandes volúmenes rápidamente y evitar apresamiento reduciendo espacio de almacenaje. Carretillas y Apiladoras: Las carretillas transportan a ras de piso grandes cargas, son equipos diseñados para el movimiento, abastecimiento y apoyo a otros cargadores como elevadores y apiladoras. Existen diversos tipos de carretillas: -

Manuales hidráulicas: utilizadas en trayectos cortos, arrastradas manualmente Eléctricas: utilizada para largos recorridos con baterías recargables Mixtas: el operador puede montarse para desplazarse y realiza el montaje. Todo terreno: para pisos disparejos o de tierra, tienen ruedas de gran tamaño. Tipo zorra: menor distancia al suelo doble carga. Tipo zorra con balanza: pesa las cargas con exactitud. Inclinadoras: se inclinan a diversas posiciones ergonómicas. Porta bobinas: transporta bobinas o rollos de grandes diámetros.

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Variables Se elige diseñar un puente grúa monorraíl constituida por estructura tipo viga simple o combinada por el que se desplazara el elemento de elevación (polipasto) y que se traslada por un riel que se deslizara a través de dos vigas fijadas a la estructura de la edificación. Este tipo de grúa es la más utilizada para el movimiento de cargas dentro de talleres u empresas, debido a las siguientes causas:     

Mayor aprovechamiento de la superficie, al no ocupar la zona de trabajo con columnas o patas. Mayor aprovechamiento en altura, debido a que el elemento de elevación está situado en la parte superior de la estructura de la grúa Capacidad para el movimiento de grandes cargas. Gran capacidad de movilidad y regulación de velocidades. Posibilidad de instalar varias grúas en el mismo recinto para realizar trabajos simultáneos.

De las dimensiones de la estructura física de la planta tendremos en cuenta la diferencial de la altura 9 metros, la luz o longitud horizontal 7.50 metros, longitud transversal 1.50 metros; estas medidas delimitaran y serán valores constantes para todos los demás cálculos a realizarse. Selección de Vigas Se tiene como referencia un perfil en S, uno de los más utilizados en esta aplicación de grúas y como material un acero estructural ASTM A36. Para llegar a garantizar la resistencia del diseño a proponer, debemos estudiar los esfuerzos puntuales a los cuales se encontrara expuesta. El primer elemento para analizar es la carga que estará definida por el peso de los elementos que serán transportados por el dispositivo y la adición del peso del polipasto y la misma viga, la cual influirá en el tipo de mecanismo a elegir. Suponemos que la carga está ubicada en medio de la luz de la viga, como posible modificación el diagrama debe realizarse variando la ubicación de la carga a los puntos que se consideren críticos. La carga con la que deben realizarse los cálculos es de 4410 N para el caso de la carga puntual y una distribuida de 112.7 N/m la cual simulara el peso de la misma viga. Muchas veces el peso no es el problema, también el volumen o tamaño quien puede impedir la manipulación o dificultar el agarre. Luego se analiza el recorrido que debe hacer la carga de 9 m de altura y se tiene que analizar la distancia horizontal 7.50 m que será reducida a 4 m estructurales y transversal 1.5 m del camino, ultima variante que permanecerá igual para apoyos del sistema en las vigas ya existentes de la planta. Por último la elección de estos dispositivos mecánicos conlleva a la prevención de riesgos laborales, por lo cual se debe considerar todo tipo de accidente que este pueda originar, del mismo modo se tienen en cuenta las necesidades de mantenimiento y reparación que un trabajador capacitado realizara. 8

Elementos que componen el montaje

1. Polipasto Eléctrico 2. Viga Tipo S 3. Viga Tipo C

Descripción de los componentes del montaje 1. Polipasto Eléctrico

Descripción Polipasto eléctrico de cadena modelo CPV con asa de suspensión o con carro integrado

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Capacidades 250 - 2.000 kg. El polipasto eléctrico de cadena modelo CPV combina un diseño moderno e sus innovaciones técnicas. Su robusta construcción hace de esta serie de polipastos una herramienta versátil para aplicaciones profesionales. El interruptor limitador integrado desconecta el polipasto en el punto límite recorrido del gancho (subida y bajada) y prolonga de manera considerable la vida útil del embrague, motor y engranaje.

Características • Clasificación: 1 Am/M4 (estándar), resp 1 Bm/M3 (para 230 V, monofásico, 50 Hz). Si es necesario (con los cambios apropiados en la capacidad de elevación con respecto al factor de servicio) el modelo CPV puede ser reclasificado hasta 3m/M6. • Interruptor principal como estándar, para aumentar la seguridad. • Seguridad de funcionamiento incrementada gracias a su mando de baja tensión de 42 V y botonera colgante encapsulada según IP 65. • Factor de servicio del 50 % para el polipasto de una velocidad. • El freno electromagnético mantiene la carga de forma segura también en caso de fallo de la corriente. • Voltaje estándar: Voltaje europea 400 V, trifásico, 50 Hz, de forma alternativa disponible en 460 V, trifásico, 60 Hz. Los motores de una velocidad se pueden conectar a 230 V, trifásico, 50 Hz. • Motores conforme a la norma VDE 0530 con protección IP 55, contra la entrada de polvo y de horro de agua. • El embrague de deslizamiento regulable desde el exterior está diseñado para garantizar una conexión permanente entre la carga y el freno. • El engranaje está lubricado con baño de aceite y lleva ruedas dentadas helicoidales para un funcionamiento suave y una larga vida útil. • El asa de suspensión reduce la altura perdida y facilita su montaje. Polipasto Seleccionado Referencia Comercial: Modelo CPVF 2-8

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Vigas Para los análisis de las vigas que se usaran para la construcción del puente grúa monorriel, se ha tomado como referencia y apoyo para los adecuados cálculos, el software de simulación MD Solid que facilita en gran medida el análisis de la estructura por componentes. Tipo de Material: Acero Estructural (ASTM-A36)

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Apéndice B: Ferdinand P. Beer - E. Russell Jhonston, Jr. Mecánica de Materiales. Quinta Edición. Mc Graw Hill

MD Solids Es un software para los temas que se enseñan en la Mecánica específicamente para cursos llamados comúnmente como Resistencia de Materiales o Mecánica de Sólidos deformables. MD Solids consiste en rutinas para vigas, columnas, recipientes a presión, y miembros sometidos a esfuerzos de flexión, torsión y axial, teniendo en cuenta las propiedades de sección, análisis en el círculo de Mohr y muchos más temas. Durante más de una década, MD Solids ha estado resolviendo las necesidades de los estudiantes y profesionales de la ingeniería. (Jr, Tercera Edicion)

Descripción de los pasos en el análisis de las vigas Viga Tipo S Magnitud de la Carga sobre la viga: 4410N (M*3*g), donde M es la máxima masa (150 kg. Determinada por el usuario), 3 es un factor multiplicativo de seguridad y g es la aceleración de la gravedad (9,8 / ) Referencia Estándar: S100X11,5 Referencia Comercial: S4X7,7 Factor de Servicio: Tensión Material/Esfuerzo Normal = 250 MPa/ 93,441 MPa =2,67

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Luz: 4m Se usara una viga de referencia estándar para interactuar con el software, de igual forma las medidas representadas por ésta son equivalentes a la referencia comercial de la viga que se cotizará.

Apéndice B: Ferdinand P. Beer - E. Russell Jhonston, Jr. Mecánica de Materiales. Quinta Edición. Mc Graw Hill

MD Solid

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Interfaz de Usuario

Seleccionar "Determinar Vigas"

Posición de las vigas

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Selección de viga apoyada en dos puntos

Se determina la longitud de la viga, las unidades y la ubicación de los apoyos

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Se ubica una carga puntual en la mitad de la viga, que es el punto más lejano para ambos extremos

Comportamiento de la viga en los diagramas de flexión y momento con una carga puntual

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Carga Distribuida aportada por el peso de la viga Magnitud de la carga: 11,7 Kg/m * 9,8 / : 112,7 N/m Peso de la viga por metro*Aceleración de la gravedad

Comportamiento de la viga en los diagramas de flexión y momento con una carga puntual y una carga distribuida 17

Pasos para la selección del perfil de la viga

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Propiedades de la sección de la viga

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Pasos para determinar los esfuerzos en la viga

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Esfuerzo normal: 93,441 MPa

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Esfuerzo Cortante: 5,579 MPa 22

Isométrico de la viga con la orientación de las cargas

(Education Software)

Viga Tipo C Magnitud de la Carga sobre la viga: 7173,6N (( + + )*3*g), donde M es la masa sobre la viga (Sumatoria de la viga tipo S, el Polipasto y la máxima masa), 3 es un factor multiplicativo de seguridad y g es la aceleración de la gravedad (9,8 / ) Referencia Estándar: C100X10,8 Referencia Comercial: UPE120 El criterio de selección está respaldado por la geometría de la viga y la facilidad de acoplamiento con la viga tipo S Factor de Servicio: Tensión Material/Esfuerzo Normal = 250 MPa/ 72,625MPa =3,4 Luz: 1,5m

Se usara una viga de referencia estándar para interactuar con el software, de igual forma las medidas representadas por ésta son equivalentes a la referencia comercial de la viga que se cotizará.

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Apéndice B: Ferdinand P. Beer - E. Russell Jhonston, Jr. Mecánica de Materiales. Quinta Edición. Mc Graw Hill

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Con el motivo de no repetir la misma secuencia de imágenes que se realizó en la descripción del análisis para la viga tipo S, se omitirán algunos pasos y solos se resaltaran los aspectos más relevantes

Carga puntual y carga distribuida en los diagramas de flexión y momento

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Geometría de la viga

Propiedades de la sección de la viga

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Esfuerzo Normal: 72,625 MPa

Esfuerzo Cortante mínimo, así que se desprecia 27

Isométrico de la viga con las cargas Observación: Las vigas serán soldadas con Soldadura: E60 - E70

Equivalencias de la ruptura por tensión o a la tracción E60: 60000 / - 413,840 MPa E70: 70000 / – 482,487 MPa (Robert L. Mott, 2006)

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Cronograma

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Conclusiones Al realizar un estudio detallado del problema planteado por Colanta y las posibles soluciones al mismo, entre ellas el diseño de un puente grúa con movimiento en los ejes x (transversal), y (vertical) y z (horizontal), se seleccionó un montaje simple que cumpliera con las especificaciones de la empresa, llegando al diseño final de un monorriel de dos direcciones z, y el cual cumpliría con el trabajo a realizarse y las exigencias de la planta física y operarios. Apoyándose de los distintos softwares y programas de diseño, se acelera el proceso de cálculo y selección de materiales para la construcción de sistemas o elementos de máquinas. Para finalizar con el diseño, seleccionar materiales e insumos de fácil compra y que garanticen propiedades o especificaciones. Los materiales deben estar en el mercado cercano para evitar aranceles o fletes de transporte. Preferiblemente diseñar con catálogos comerciales de los materiales que puedan llegar a utilizar.

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Bibliografía Costas, P. C. (2004). Montaje E Instalacion De Gruas: Manual de Procedimientos para el Instalador de Maquinas y Equipos Industriales. Ideaspropias Editorial S.L. Cuevas, O. M. (2002). Análisis estructural. Editorial Limusa. Education Software. (s.f.). MDSOLIDS. Mechanics of Materials. Jr, R. R. (Tercera Edicion). Mechanics of Maerials. Luis María Azcuénaga Linaza, L. M. (2007). Manejo de cargas: riesgos y medidas preventivas. FC Editorial. Robert L. Mott, P. (2006). Diseño de Elementos de maquinas. Mexico: Pearson Educacion. William F. Riley, L. D. (1996). Ingeniería mecánica: estática. Reverte.

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