DISEÑO DE UNA MESA DE ALCE CONTINUO PARA UNA ALZADORA DE

CAÑA CONVENCIONAL EN UN INGENIO

1/ JORGE ENRIQUE PRIETO SANDOVAL

ANA SILVIA VELEZ LEON

C.U.A.O BIBLIOTECA

CALI

Universidad ~Ulú¡l()ma de Occidente ~errión ~ib'¡ote(o

159~5~

CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE

DIVISION DE INGENIERIAS

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

1993

•

DISEÑO DE UNA MESA DE ALCE CONTINUO PARA UNA ALZADORA DE

CAÑA CONVENCIONAL EN UN INGENIO

JORGE ENRIQUE PRIETO SANDOVAL V

ANA SILVIA VELEZ LEON

Trabajo de Grado presentado como requisito parcial para optar el titulo de Ingeniero Mecánico.

Director : ADOLFO LEON GOMEZ

CALI

CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE

DIVISION DE INGENIERIAS

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

1993

,

"

el

Nota de Aceptación

eQr.:pbadQ.....Qº.!':. __ ~.L_J;;º.m..~ te de trabaj o ~_§._gr~do __ §!L-cum.Q].J.miento de _Jos re_gy]...§1,. tos ___ ~1!j.Qj..dos por __ ~ a !;;.ºJ:..p-0 r a c i Ó-lJ ______ Un i_ye r s i ta r i a Au tJ¿!!ºmª __ .Q~Pcci den te par a ___ QP.tar. §...LJ;j.j;_(,!lº ___ ~~I!:1gen i §.ro __ MecárU",!;..9..L

Jurado

Jurado

Cali, Octubre de 1993

11

AGRADECIMIENTOS

Lo~ autores e~pre~an sus agradecjmientos~

p, t:1I)OLFC1 L..EON GOI"1EZ Pro"fe,:~~=.or" de 1 Cil Cor-por';:lción Universitaria A0tónoma de Occidente v Director del ,-¡:::'r"oyecto por" ~::·u~" i::lpc,r-t.e-:'s JI cor",ocimiE~nt.os dUi'··i::ir·,t.E~ lCi! etapa de desarrollo del mismo.

p, INGENIO LA CP,BAf.íA Sf':) por- pf.?rmitirnos r-ealizar- este proyecto en sus instalaciones.

A CARLOS ABADIA 1.M., Jefe de taller aqricola del Ingenio L.,~i Ci::d::l¿lñE

•

DEDICATORIA

Todo el esfuerzo y dedicaciÓn conjugado en la realizaciÓn de este provecto lo dedicamos a las personas que siempre estuvieron presente para darnos su apoyo y su confianza en los momentos mas difíciles. a nuestros padres:

ENRIQUE PRIETO MOSQUERA

ADDIS SANDOVAL DE PRIETO

ANTONIO URIEL VELEZ

MARIA EMMA LEON DE VELEZ

Con mucho cari~o v afecto a nuestros hermanos:

CAF:LOS PILBERTO l.U 1 S FEF;:t-IANDO VICTORIA EUGENIA }' GUSTAVO ADOl.FO

CARLOS ARTUF:O NUBlA DEl. PIU~P \" BEATR 1 Z ELENA

A nu.estl'·o~. par-ientes y ami

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1 NTF:ODUCC 1 ON ...••..................•......•.•.•. 1

1. EL ALCE DENTRO DEL PROCESO DE SUMINISTRO DE

CA~A A UN INGENIO AZUCARERO 5

1.1 ORGANIZACION TIPICA DE UN INGENIO .....•.... 7

1.1.1 División de campo ••..•••.••...•.•.••...•.• 7

1.1.2 Div1sión de cosecha 9

1.1. :::: Di\/isión de fabrica . . . . . . . . . . . . . · · .. . · . · · . 9 .1..1. 4 División de elE:~mento humano . . . . . · · . . . · . · · · 9 1.1.~. División de distribución v mercados » ••• · · · 9 1. .1..6 División de servicios oper-a ti \/OS · · . . . · . · · · 9 1.2 PROCEDIMIENTOS DE COSECHA PREVIOS~ PROPIOS y

POSTERIORES AL ALCE ..................•..... 10

1.3 DISCUSION SOBRE LAS TECNOLOGIAS INCORPORADAS

A U:)S M?:IQU H-JAS AL Z ADORAS ..........•........ 11

2. DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS .....••••.......• 12

V

2.1 DESCRIPCION DEL EQUIPO A MODIFICAR - ALZADORA

CAMECO n ...... u " JI .... " .. " ...... " .. ., .... " .. " .. • • • • .. • • • ... 1?

2.2.1 Sistema hidra~lico •••.......•••••••••••..• 17

2.1.2 Estructura~ carrocería y apilador ••.•••.•• 18

,.., '-' .. ~ .. .1:" .. DESCRIPCION DEL EQUIPO REFERENCIA CANE TIGER

PARA LA PROPUESTA DE MODIFICACION - EVALUCION

DE COMPORTAMIENTO •........•.•..•.••..•...•. 19

3. ANALISIS DE ALTERNATIVAS PARA LA PROPUESTA DE

1"1001 F 1 CAC 1 ON ..........••....••••.....•....• 26

4. CALCULO V SELECCION DE PIEZAS ••••••••••.••• 28

4.1 PROGRAMA SAP80 •.•••..••••••..•.•..•..••..•• 28

4.1.1 Alimentación de datos al SAP80 ..•.•.•••••• 31

4.1.2 Resultados arrojados por parte del SAP80 .. 41

4.1.3 Propiedades de las secciones ••.•••..••••.• 48

4.1.:3.1 Perf .1.1 cuadrado de 4 N ..,.. ._' }~ 1/4 (M==1) · · · 49 4.1,,~:::.2 Per·fU de medio circulo radio ,.., 1/2 (M=2) 50 ..::.

4nl .. ~5,,3 Per··fl.l tubular SHC 160 (M==3) . . . . . . . . · · · · 52 4.1.:::'.4 P~?rfil cuadrado de 6 N 3 1/2 >~ 1/4 (M==4) t::--:r ,-'._\

4.1.:3.:=, Perfil cuadrado de t:: " .. ,.

>: 1/4 ( /VI = ::;. ) 55 ~. h ._' · · · 4.1.3.6 Perfil cuadrado de c:: ;.~ 1/4 (M=6) 57 .. ' . . . . · · · · 4.1.::L7 Perfil cuadrado de c:; }~ .'" ;.~ 1/4 ( 1"1==7 ) 58 ~. • .. ;t · · · · 4.1.3.8 Perfil cuadrado de 6 x 3 1/2 x 1/4 (M==8) 59

" ... , J1' n .. ::. CALCULO POR RESISTENCIA

SEGURIDAD

VI

DE FACTORES DE

63

4.2.1 Teoria del esfuerzo cortante máximo ,oS 3

4.2.2 Teoria de la energia de deformaciÓn 64

4 . :::.~ '·"lE¡:;: 1 F 1 CAe 1 m·¡ POR ~-';:ES 1 STENC 1 A DE LOS ELEMENTOS

DE LA ESTRUCTURA 66

i~ u ~3 .. 1 El errsel-t to .L JI ti 11 JI n a fI n lit a .... a ............ n .... n ............ ti 66

4.3.2 Elemento 2.3 70

4.3.3 Elemento 4,5 76

4.3.4 Elemento 6~7 82

4.3.5 Elemento 9,10 ..••.•....•.....•.••....•.•. 88

4.3.6 Elemento 64 94

4.3.7 Elemento 65 100

4.3.8 Elemento 69 106

4.3.9 Elemento 56,57.58 •••.•.•.....•....•.••••• 112

4.3.10 Elemento 21.22,23 .•.•.••..•••••.•••••••. 118

4.3.11 Elemento 27,28~29,30,31 .••...•..•••.••.. 123

.l+ .. ::::~ n l~; El ernerl te, 6*3 .. " .... " a ...................... 11 11 " .. .. .. .. .. .. .. .... 1 ~54

4.·::;:.14 Elemento ~"'; ,,38!1:39 140 0_' .~ .. .. .. .. .. . .. . . . ... . ... . · . · · 4.:::::.1:':, Elemento 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . · . · · 146 4.3.16 Cál culc, del eje de transmisiÓn superior · 150 4.3.17 Cálculo d(~l ejE' de hidro-transmisiÓn · . · · 162 4.4 TRANSMISION POR CADENAS ..•.•..•.•...•••••• 168

4.4.1 Elementos que intervienen en una transmisiÓn

por cadenas •••.•••••.••.....•.•.••••••••. 169

4.4.1.1 P1.ñones

4.4.1.2 Caden¿ls 169

VII

4.4.2 Cálculo selección y diseHos de la transmisión

pCtr c:aderJas .,.,.,,,,,.,.,,,,,,,,,.,,,,,,,,,,,,, If"""" .. """""" 171

4.4.2.1 Cálculo de longitud de la cadena requerida

para una transmisión 179

4.4.3 Selección de la cadena y piHones para las

cadenas de levante .••.•••••••.••••••••••• 180

4.4.3.1 Calculo de longitud de la cadena requerida

levante 180

4 o::; .. ' SISTEMA HIDRAULICO 183 4.5.1 Motor hidraúllco ..•.••••.••••••••••.••..• 183

4.5.1.1 Calculo del torque necesario para el motor

hidr-aú 1 i co ••.•.••....•....••..•••••.••• 187

4.5.1.2 Selección del motor hidraúlico ••...•... 188

4.5.1.3 Caracteristicas del motor hidraúlico

seleccionado y sus componentes .....•••• 191

4.5.2 Cilindro hidraúlico ••••....•.••.••••••••• 203

4.5.2.1 Cálculos del cilindro hidraúlico •.•••• 204

4.5.3. Selección de mangueras 210

4.5.3.1 Cálculos para la selección de manguera. 211

4.5.4. Dimensionamiento del deposito •.••.•••••. 212

4.5.4.1 Cálculos del deposito ••....•....••••••. 212

4.5.4.2 Altura placa deflectora ..•••••.......•• 213

4.6 SELECCION DE LOS RODAMIENTOS ...........•.. 213

4 .. 6 ., 1" Cá 1 Cl.\ 1 (:15 q"" u " " " " " ., " " " " " ., " " " " " " " " " " " " " " "" 214

4.6.1.1 Cálculos para la selección de un soporte

de brida para un eje de 1 1/2 pulgada •• 215

VIII

4.6.1.2 Cálculos pat-a la !'E.elección df:! un soportc'

de brida pCilra un eje df?~ 1 ~~:/ 4 pulgada . . 216 4.6.1.:::;: Cálculos pat-a la selección de un soporte

de br idCiI pCilra Ltn eje dE~ 1 1~:";16 pulgada 218

4.6.1.4 Cálculos para la seleccion del rodamiento

para un eje de 1 1/8 pulgada n # • ,. ,. • ,. • • • • 219

4.7 CHAVETAS 221

4.7.1 Calculo de chaveta para un eje de 1 15/16 221

4.7.2 Calculo de chaveta para un eje de 1 3/4. 224

4.8 CALCULO DE SOLDADURA ...................... 225

4.8.1 Elemento 56,57~58 ....•..•.•••••••••••.•.• 225

4.8.2 Elemerlto 69 " ..... ,. D •• ,. ••• ,.,.,.,." ... ",."."".,.,.,.. 227

4.8.3 Cálculo de la soldadura en el eje .•....•. 228

,,+ " l:t • 4 El emeri to 68 "". 11 • " " •• ,. • " ,. " ,. " " • " •• ,. " •• ,. •• ,.. 23(>

4.9 SELECCION DEL ACOPLE DE CADENAS ....•••••.• 232

4.9.1 Seleccion e ir. s t. a 1 a e i órl ... ,." ... " .... " ... ,.,. 232

4.9.1.1 Selección 232

5. EVALUCION ECONOMICA •••.••••••••••.••••••••• 234

5.1 COSTO DE LOS ELEMENTOS DE CONSTRUCCION ••••• 234

5.1.1 Costo de productos de consumo •••.•••••.•• 234

5.1.2 Costo de producto!'E intermedios .•.••.••.•• 235

5.2 COSTO DE MANO DE OBRA DIRECTA .....••••••.•. 237

5.3 ANALISIS FINANCIERO ..•..•.•.••••..•.•.••••. '1":1""'" ~,_, l

IX

univ.rsi~a~ Aulonomo de Occidente ~ecci6n Biblioteea

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA

ANEXOS

x

TABL?~ 1

TABU~ 2

TABLA 3

TABLA 4

TABLA ::"

TABLA 6

TABLA 7

LISTA DE TABLAS

Pág.

Cuadro Comparativo entre Alzadoras

a Enero de 1992 .........•......... 23

Cuadro Comparativo entre Alzadoras

Febrero 91 vs Febrero 92 24

Analisis de Eficiencia Toneladas

por Hora a Diciembre de 1992 ..... 25

Propiedades de los perfiles en

Acer~o ..... JI ............ u ............................ a 62

Factores para calcular el margen

Compensatorio de Seguridad ••••• 174

Cu~eros estándar proporcionados

según el diámetro del eje y sus

correspondientes prisioneros .•• 178

Valores de K según sea la cantidad

D para la fórmula de calcular la

longitud de la cadena

XI

182

Tf'~BLA 8

TABLA '::;

TABLA 10

Capacidad de carga radial del Motor

Hidr"é\L\lico •••• " •..•..•• 11' ••••••••• 192

Especificaciones Motor hidraúlico 193

Presión vs Caudal ............... 194

XII

LISTA DE FIGURAS

Pág.

FIGURA 1 Estructura de un Ingenio ........• 8

FIGURA 2 Alzadora Cameco.................. 13

FIGURA 7 0 Alzadora Cane.................... 21

FIGURA 4 Nodos de la Estructura .......... 36

FIGURA e 0 Elementos de la Estructura ..•.•• 37

FIGURA 6 Geometria del Elemento 1 ........ 67

FIGURA 7 Circulo de Mohr del Elemento 1.. 69

FIGURA 8 Geometría del Elemento 2~3 ...... 71

FIGURA 9 Circulo de Mohr del Elemento 2~3. 75

FIGURA 10 Geometría del Elemento 4~5 ..•... 77

FIGURA 11 Circulo de Mohr del Elemento 4~5. 81

FIGURA 12 Geometría del Elemento 6~7 ...... 83

FIGURA ]7 .~ Circulo de Mohr del Elemento 6~7. 87

FIGURA 14 Geometría del Elemento 9~10 ...•. 89

FIGURA 15 Circulo de Mohr del Elemento 9~10 93

FIGURA 16 Geometría del Elemento 64 ...•... 95

FIGURA 17 Circulo de Mohr del Elemento 64. 99

FIGURA 18 Geometría del Elemento 65 •...... 101

XIII

FIGUF!A l'7l Circulo de !"lo h r" del Elemento 65 · lO!:, FIGU¡:'-;;P, ::~(} Geometría del E.lemento 69 . . . . . . . 107 FIGUPA 21 Circulo de !"Iohr del Elemento 69 · .1.11 FIGUPA 22 Geometría del Elemento ~16-eI8. 11 .. 11 11 113

FIGURA ",7' 4''':- Circule:. de !"Iohr del Elemento 56-58 1.17

FIGUF!A 24 Geometría del Elemento 21-"2~5 119

FIGURA "'''le ..:.:. --' Circulo de I"lohr del Elemento 21-23 122

FIGUF:A 26 Geometría del Elemento 27-31 124

FIGUF:?) r,-.,- Circulo de !"Iohr del Elemento 27-31 .128 oI~ "

FIGUI:;:A 28 Gec,¡me t ría del Elemento 47-~c5. 11 11 11 11 130

FIGURA 29 Circulo de Mohr del Elemento 47-55 133

FIGURA 3(> Geometr" ía del Elemento 68 11 11 • • • 11 • 135

FIGURA 31 Circulo de l'lohr del Elemento 68 · 139 FIGUF:A ":r"? ,_l": .. Geometl'" ía del Elemento 31-4.1. ••.• 141

FIGUF:A 3~; Circulo de Mohr del Elemento 31-41 14!:<

FIGUI:~A 34 Geomett-:í.a del Elemento 8 11 11 • 11 11 11 • 11 147

FIGUF:{) :::;:5 Circulo de I"lohr del Elemento 8 .. 149 FIGUF:A 36 Eje de tt-ansmisión superior .11.1111 l~H

FIGUF:A :::;:7 Diagrama de cuerpo libre 11 11 11 11 11 11 • 11 153

FIGUF:A 38 Diagr"ama de cuerpo libre según

los planos 11 11 11 11 11 11 11 •••• 11 • 11 11 • " " ••• 11 155

FIGUF:A 39 Diagr"¿lma de cuerpo libre . . . . . . . . 163 F 1 GUFú'') 40 Diagrama de cL.\erpO libre según

los planos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16~, FIGURA 41 'r¡~ansmisión por Cadenas • " • 11 11 • • 11 11 170

FIGUF:A 42 Componentes del motor hidraúlico

XIV

FIGUHA 43

FIGUHA 44

Char Lynn .. o o " •••• " " ••••••••••• o 195

Dimensiones del Motor Hidraúlico 196

Cargas presentadas en chavetas 00 224

xv

LISTA DE ANEXOS

Pág.

ANEXO 1. Tabla de Capacidades ••••.••.••••..•••• 243

ANEXO 2. Tabla de dimens10nes de las manzanas

piñoneria Intermec ...•..•.••••••••••••• 244

ANEXO 3. Tabla de diámetros df? la Piñoneria

Intermec para cadenas de transmisión

de una pulqada de paso único ..•.•.••••. 245

ANEXO 4. Cadenas especiales para cosechadora de

cañ a 11 11 .. a a 11 ... 11 • 11 11 .. 11 11 a .. 11 .. 11 " .. 11 .. 11 11 11 11 a 11 .. 11 11 11 11 246

ANEXO 5. Figura VI-5 Tomo 11 de Accionamientos

Hidráulicos de Danilo Ampudia ••.•••..•• 247

ANEXO 6. Figura VI-19 Tomo 11 de Accionamientos

Hidráulicos de Danilo Ampudia .••••••••• 248

ANEXO 7. Tabla VI-2A Tomo 11 de Accionamientos

H1dráulicos de Danilo Ampudia •••.•...•. 249

ANEXO 8. Figura VI-5 Tomo IV de Accionamientos

Hidráulicos de Danilo Ampudia •••••••••• 250

ANEXO 9. Figura VI-6 Tomo 111 de Accionamientos

XVI

Hidráulicos de Danila Ampudia •••••••.•• 251

ANEXO 10. Figura VI-20 Tomo 111 de Accionamientos

Hidráulicos de Danilo Ampudia ..•••.•••• 252

ANEXO 11. IlustraciÓn con los diferentes tipos de

manguera del Manual de la VICKERS .••••• '"11 c: .. 't' L __ t.':'"

ANEXO 12. Tabla 1718 del Tomo 111 de diseRo de

elementos de Maquinas •.••••••••••••••• 254

ANEXO 13. Tabla Rodamientos Rigidos de Bola SKF •• 255

ANEXO 14. Tabla Soportes de Brida SKF ••.•••.•••.• 256

ANEXO 15. Dimensiones en pulgadas para chavetas

rectangulares .•••••.•••••.•.••••••••.• 257

ANEXO 16. Tabla Rodamientos Rigidos de Bola SKF •• 258

ANEXO 17. Tabla 5 de Soldadura del Libro Desing of

\,lJeldmerlts •• """""""""""""""""""" .. """"""" 259

ANEXO 18. Tabla Acoples de cadena Reynold 260

ANEXO 19. Tabla Acoples de cadena Reynold 261

XVII

RESUMEN

Este proyecto tiene como objetivo la adaptación de un mesa

de a 1 ce continuo a 121S al zadoras tradiciona les de caña,

para lograr un mejor rendimiento de fabrica. Como el

f"f::mdimiento es medido en tonelada de caña recolecta por

tonelada de azúcar producida~ el cual se ve afectado por

las impurezas que se recolecta en el momento del alce.

El diseño de la mesa consta de dos partes, una de selección

y otra de construcción. Por otra parte la mesa consta de

una de cadenas que son movidas por motores

hidraúlicos de modo que la caña al hacer contacto con las

cadena!'.:. forman remol inos y a!'.: . .Í. 1 iberandola de piedras u

objetos extraños.

Todos los elementos que intervieron en la construcción de

este ¡:n-oyecto son cuidadosamente seleccionados, de este

modo el proyecto será mas rentable.

XVIII

INTRODUCCION

En la industr1a azucarera la recolecciÓn de la caAa jueqa

un papel importante en el proceso de producciÓn de azúcar

y sus subproductos~ ya que de ella depende la buena

selección y limpieza de la caAa~ si esta se logra~ los

costos de elaboraciÓn se reducirán notablemente.

En la actualidad los ingenios azucareros cuentan con

maquinaria que se destina solo a el desarrollo de esta

actividad, pero existe el inconveniente de que estos

equipos recogen muchas impurezas y que combinan con la caAa

de azúcar disminuyendo el rendimiento por tonelada

procesada en fabrica.

La finalidad de este proyecto es mejorar la forma de

recolección logrando un mayor rendimiento en fabrica~

mediante el diseAo de una mesa de alce continuo en las

máquinas ya existentes y as! mejorar las condiciones de la

caAa recolectada.

2

El trabajo se realizó en el Ingenio la CabaAa y para el se

llevaron a cabo las siguientes actividades:

1. Revisión del proceso de producción del azúcar ~ y en

especial la recolección y el levante.

2. Determinación y evaluación de alternativas para mejorar

la eficiencia en la recolección y levante.

~.). El diseAo del equipo de acuerdo con la al ternativa

seleccionada.

A partir del 1 de Enero de 1.901 se inicio en el Valle del

Cauca y en Colombia las actividades de la producción de

azúcar centrifugada creando una nueva Industria Colombiana~

la Industria Azucarera.

Esta nueva Industria fue acompaAada de otros hechos

históricos importantes como la separación de Panamá~ la

Primera Guerra Mundial y la terminación del Ferrocarril del

Pacifico en su tramo Buenaventura - Cali, el cual ayudo en

la creación y la mejora de los Ingenios Azucareros.

A finales de la década de los aAos 1950 - 1959 ya existe en

el país cerca de unos 12 Ingenios azucareros~ para ese

entonces la producción de azúcar fue de 276.812 toneladas

3

de azúcar.

La década de 1960 - 1969 es de singular importancia para la

Industria Azucarera~ la producción es casi el triple del

último a~o de la década anterior~ es de 708.673 toneladas

de azúcar. También lo acompaRaron hechos importantes que

vale la pena resaltar como es la participación de Colombia

en un Pacto Mundial y de Convenios Internacionales de

Azúcar. Posteriormente surgió la Revolución Cubana dejando

como consecuencia la exclusión como proveedor de azúcar a

los Estados Unidos. Este factor hizo que Colombia fuera

parte del grupo de los proveedores.

En 1 a década de 1970 1979 se consolido la Industria

Azucarera y el pais llega a tener 22 Ingenios tales como

Manuelita, Pichichi~ Oriente~ Balsilla~ San Carlos~

Papayal, Castilla, El porvenir, La Carmelita, San Fernando,

Tumaco, La Caba~a, Melendez, El Naranjo, El Cauca,

Risaralda, Maria Luisa v , La Industria. En 1.977 se

constituye la comisión Nacional Azucarera, al aRo siguiente

se creo el Fondo Nacional del Azúcar y la Panela

(FONAZUCAR)~ además en este mismo aRo inicio labores el

Centro de Investigación de la Cañ.a de Azúcar (CENICAF:jA) ~

para ese entonces la Industria Azucarera alcanzo una

capacidad de molienda diaria de 48.384 toneladas de caRa y

una producción anual de 1'107.268 toneladas de azúcar.

4

En el transcurso del tiempo la Industria Azucarera fue

estructurandose y creciendo. Este crecimiento llevo a una

mejora en su maquinaria agrícola dejando satisfactorios

resultados, pero la inversión cada día era de mayor

magnitud y la maquinaria iba quedando obsoleta dejando

cierta maquinaria sin cumplir su ciclo de vida útil. Unido

al factor calidad y rendimiento la Industria Azucarera que

pensar en mejorar, adaptar la maquinaria que ya existía, en

una que obtuviera un mejor rendimiento a menor costo. Esto

impulso al sector a elaborar proyectos a corto plazo y de

baja inversión, para lograr sus objetivos.En resumen la

Industria Azucarera tuvo dos grandes etapas. La primera

entre 1901 y 1960, etapa de surgimiento y estructuración de

la mayoría de los ingenios Azucareros, y una segunda etapa

a partir de 1960 de expansión Industrial, adecuación de las

tierras e importancia en inversiones en tecnología. Además

Colombia comenzÓ a comercial izar internacionalmente sus

productos derivados de la CaAa de Azúcar con una excelente

calidad y gran prestigio a nivel mundial.

1. EL ALCE DENTRO DEL PROCESO DE SUMINISTRO DE CAÑA A UN

INGENIO AZUCARERO.

En la industria Azucarera la tecnolog.ia ha sido de qran

beneficio~ generando mejoras en el proceso de obtención de

azúcar~ principalmente en las áreas de campo~ cosecha~

fabrica~ distribución y en la de suministro de la materia

prima~ en nuestro caso la caAa de azúcar.

Cuando los ingenios azucareros empezaron a producir azúcar

centri fugada se vieron en la tarea de generar y mejorar

nuevas formas de suministrar, alzar y transportar la

cantidad suficiente de caAa a la fabrica para cumplir con

el programa de molienda.

A mediados de este siglo se diseAaron las primeras

al zadoras de caAa. 1 as cua les ayudaron a incrementar la

eficiencia en la recolección de la caAa que se empleaba en

el proceso. Estas alzadoras fueron motivo de estudios que

conllevaron a mejorarlas hasta lograr un prototipo parecido

al que existe en la actualidad. En esta clase de industria

6

c::omo en cLla 1 quier otra ~ el rendimiento y 1 a cal idad del

producto final depende de la cal idad, la cantidad y el

tiempo de suministro de la materia prima. El alce como

tal, permite satisfacer a tiempo la demanda que un ingenio

necesita para cumplir con los programas estipulados por la

fabrica, si por ejemplo, se retrasará el alce de caAa por

varios días se verían afectadas las áreas de fabrica,

almacén y también el de venta y despacho, generando como

consecuencia incumplimiento al consumidor.

Aunque en el alce e>:isten otros factores que afectan el

proceso de fabricación de azúcar y sus derivados, hay uno

que determina el rendimiento de la caAa procesada por

hectárea sembrada que podemos llamar DEPURACION DE LA CA~A,

la cual se da en el momento de la recolección y al alce de

la caAa. E)·:iste una buena depuración cuando se logra

obtener la menor cantidad posible de elementos extraAos o

ajenos en la caAa de azúcar, en el momento de la

recolección y el alce en el campo hacia los trenes caAeros.

Además de aumentar el rendimiento de la caAa, también

permite mantener en buen estado las picadoras y molinos al

no encontrar elementos duros que las deformen o 1 as

rompan, de este modo se logra disminuir los costos de

mantenimiento y reparación. Es importante resaltar que la

contaminación de las aguas que participan en la limpieza de

1 a caAa; se ve reducida ya que se necesi tará una menor

7

cantidad de agua para obtener en mejores condiciones la

caAa de azúcar antes que pase a los molinos.

De esta manera el alce es relevante en el suministro de

caAa de un Ingenio azucarero en condiciones adecuadas ya

que disminuye los costos en el proceso de obtención de

azúcar y sus subproductos.

1.1 ORGANIZACION TIPICA DE UN INGENIO

Un ingenio azucarero esta compuesto por las siguientes

divisiones~ ver figura 1.:

División de Campo.

División de Cosecha.

División de Fabrica.

División de Recurso Humano.

División de Distribución y mercados.

División de Servicios operativos.

1.1.1 División de Campo. Es la encargada de la adecuación

y la preparación del terreno para su posterior siembra.

Tiene bajo su responsabilidad la selección de las

variedades de mayor rendimiento y el control biológico de

cada una de ellas.

8

ESTRUCTURA DE UN INGENIO

MERCADOS ELEMENTO HUMANO NACIONAL D1RECCION ADMINISTRACION INTERNACIONAL OPE RAC 10 N

~~~ jAA .------------------------9--------~~-------------.----------------D-I-S-T-R~'IBUCION

--~

CAMPO AOECUACION PAEPARACION SIEMBRA CULTIVO CONTROl. 810LOGICO

MAQUINARIA AGRICOLA

COSECHA CORTE ALCE TRANSPORTE

ALMACENES DE MATERIALES

SERVICIOS OPERATIVOS

FABRICA MOLIENDA GENERACION

Vapor EI.ctrleldod

PROCESAMIENTO EMPACADO ~STILACION

INFRAESTRUCTURA CARRETERAS ACUEDUCTO ENERGlA ALCANTARILLADO VIVIENDA PERSONAL EDUCACION RECREACION SALUD

Figura 1 Estructura de un Ingenio Azucarero • . t-

MlEL-----...

ALCOHOL

~BA'AZO

9

1.1.2 DivisiÓn de Cosecha. A la división de cosecha le

co~~esponde la ta~ea de co~te~ alce y transpo~te de la caña

desde el te~~eno hasta los patios de caña.

1.1.3 División de Fabrica. Es una de las de mayo~

~esponsabilidad~ su función es la molienda de la caña~ el

p~ocesamiento~ la destilación y el empaquetado de los

p~oductos finales. Además se enca~ga de la generación de

vapo~ y elect~icidad pa~a el consumo del ingenio.

1.1.4 División del Elemento Humano. En e 11 a se 11 eva a

cabo las actividades relacionadas con la selección~

inducción~ capacitación~ ent~enamiento~ ~emuneración~ etc~

tanto a nivel di~ectivo como de ope~a~ios y pe~sonal de

campo.

1.1.5 División de DistribuciÓn y Mercados. Es la enca~gada

de dist~ibui~ y comercializa~ los p~oductos~ a nivel

nacional e internacional.

1.1.6 DivisiÓn de Servicios Operativos. Esta compuesta por

dos divisiones, la p~ime~a comp~ende la maquina~ia

ag~.icola~ incluyendo el talle~ y la segunda el

almacenamiento de los mate~iales de consumo. Además se

cuenta con una á~ea que se enca~ga de suministra~~ p~oveer

y mantene~ los dife~entes servicios tales como ca~rete~as~

UniYlrsi4ad Autonomo dI Occidente Secci6n libliotl!ll

10

acueducto~ energia, alcantarillado~ vivienda de personal,

educación~ recreación y salud.

1.2 PROCEDIMIENTOS DE COSECHA PREVIOS, PROPIOS v

POSTERIORES AL ALCE.

Vale la pena hablar sobre los procedimientos de la cosecha

en un ingenio~ especialmente porque en esta industria~ la

materia prima básica (caAa de azúcar) es cultivada,

levantada y manejada por los mismos ingenios dando cierto

grado de independencia con relación a otras industrias.

El primer paso después que la caAa cumple su periodo de

madurez (8 a 12 meses dependiendo de la variedad)~ es el de

1 a quema. este procedimiento se hace para el iminar las

hojas del tallo de la caAa, y asi lograr un mejor manejo y

corte.

Luego se procede al corte de la caAa~ trabajo efectuado por

equipo humano, quienes la amontonan en pilas para luego ser

alzada por la máquina alzadora hacia los trenes caAeros las

cuales la transportan al patio de caAa. Por ultimo la caAa

es levantada por medio de grúas que la depositan en unas

bandas transportadoras hacia la fabrica para su

procesamiento.

11

1 .3 ,D 1 SCUSION SOBRE LAS TECNOLOGI AS 1 NCORPORADAS A LAS

MAQUINAS ALZADORAS.

Con el tiempo la tecnologia ha mejorado las alzadoras de

caña, uno de los últimos cambios sobresalientes fue el

incremento de su capacidad de alce~ logrando levantar hasta

2 toneladas. Asi mismo se implemento la mesa de alce

continuo, dando un mejor rendimiento y limpieza por

tonelada/hora; desde este momento no se ha presentado

ninguna clase de modificación en estos equipos.

En la actualidad se est'n haciendo rediseños a las máquinas

que están en fL\ncionamiento~ cuya antigüedad es de

aproximadamente 4 a 6 años.

De este modo podemos establecer un cuadro comparativo entre

las máquinas alzadoras con las últimas modificaciones

realizadas mayor capacidad y mesa de alce continuo)

contra las alzadoras tradicionales (apilador tradicional).

2. DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS

2.1 DESCRIPCION DEL EQUIPO A MODIFICAR - ALZADORA CAMECO

Lo más notable de la Alzadora de caAa de 4 velocidades SP-

3000~ es su giro de 180 grados, el cual permite el alce a

los trenes caAeros del lado izqLlierdo Ó derecho de la

carga. Bajo condiciones de terreno húmedo, la carga a la

izquierda reduce el barro y otros materiales extraAos en la

caAa~ lo que hace que al girar se elimine el contacto con

1 a caAa. Lo elevado de la cabina del maquinista le

proporciona gran visibilidad en el transporte. Los 4.572

mm de espacio bajo el grab~ le permite ser la alzadora de

mayor altura de todas las unidades de este tipo de

transporte. Ver figura 2.

ESPECIFICACIONES GENERALES

MOTOR

MODELO

Caterpilar DIESEL

3304NA

Caterpillar D3304 4 Cylinder Diesel 100 F!ywheel Horsepower 12-Yolt Eleetrie System Direct Eleetrie Starting-

Glow Plug Assist

DRIYE TRAIN 4 Wheel Drive Planetary Axles

HYDRAULlCS Oouble Pump tor Loader Mech.lsm Oouble Valye fer Independent Swlag & Lift Cushioned Cyl inders

POWER STEERING Rear Ibeel, Hydrostatic

~----------------26/------------~

Figura 2 Alzadora Cameco_

18.4-30. 6 PR Rl

SERVICE CAPACITIES

1 7 '-'

Engine ClOling & GIIs. ( L9 lit. ) Hy.aulies 60 Gals., ( 227 lit. ) Fati 30 Gals. ( 113.5 lit. )

LOADER SPECIFICATIONS Uft Capaelty, 3800 lbs. (1120 Kg.) Grab Capaelty, 2200 lbs. (lIGO Kg.) ¡wing, 1800egrMS Clearanee ander Grab, 15ftet (1311 an) Self.Suppomng ROllerBuring Swlvel Cyele Time, 14 Seconds Mal. Lo.dlng Radius, 141" Min. Llading Radias, 14" Gross Weípt, 14,500 lbs.

OPTIONAL EQWPMENT

Sideboe Ditcbing Anacbment Heavy Daty Piler Ligbting System Signal Hom 23.1-26, 8 PR R1 Tires

• 1/7

FUERZA MOTRIZ

RADIADOR

SISTEMA ELECTRICO

T .... ansmisión

HIDRAULICA

1. CAF:GADOR

14

100 HP @ 2.200 RPM To .... que Má>:.

280 Pie-lb @1.200 .... pm Torque de

salida 171.. equipado con 3

elementos

limpieza

en su sistema de

de ai .... e, as.í.:

P .... elimpiado .... ~ filt .... o p .... ima .... io y

elemento de segu .... idad.

Radiado .... de agua~ de construcción

y t .... abajo pesado.

12 vol tíos que incluye a ........ anque

eléct .... ico di .... ecto, sin escobillas

a 60 Ampe .... ios tipo alte .... nado .... y 2

manivelas de enf .... iamiento

selladas a 1.240 Ampe .... ios con

mantenimiento de bate .... .í.as lib .... es:

Hid .... ostáticamente se maneja a

.... angos de baja t .... ansmisión, dando

Velocidad va .... iable infinitamente

en todos los .... angos.

Doble paleta tipo Bomba de 32 y

21 GPM, 2.200 RPM, sistema de

p .... esión máximo de 1.500 psi.

Doble válvula que hace que las

funciones de gi .... o, doblez y

2. Transmisión

3. DIRECCION

FRENADO

DIRECCION

EJES

. .

15

api 1 ador sean independientes de

las del qrab y. al c:e. La

amortiquación del giro alcanza

presión de 600 PSI.

Bomba de desplazamiento variable

o a 42 GPM~ @ 2.200 RPM Y

desplazamiento del motor estable,

sistema má):imo de presión 4.500

PSI.

Bomba de doble paleta, asi mismo

proporciona válvula de dirección

hidráulica, sistema de

amortiguacion que alcanza

presiones de 100 psi.

: Mecanismo de disco de freno

calibrado para servic:io ó

estacionamiento el cual es

montado en la transmisión.

Transmisión hidrostática que

también tiene carac:teristicas de

frenado dinámico.

Dirección de

hidrostática con oscilación en el

eje trasero.

Delantero y trasero fuera del

planetario de manejo final. Eje

DIMENSIONES

CAPACIDAD DE SERVICIO

PESO

DATOS DE ALCE . .

16

trasero con oscilación.

Distancia entre ejes 2.718 mm

Longitud del terreno 6.629 mm

Carril 1.800 mm

Claridad bajo el grab 4.572 mm

Abertura del grab 1.397 mm

Radio Má>:imo de alce 3.580 mm

Radio Mínimo de alce 2.387 mm

Refriqerante Motor 33L ( 8.7 81)

Refrigerante Hidráulico 336L

(88,7 81). Tanque de combustible

238L ( 62 • 8 G 1 )

6.590 kq (14.498 lb)

Capacidad Alce 1'.720 kg

(3.784 1 b) • Capacidad del grab

1.000 kq (2.200 lb). Ciclo de

tiempo 14 segundos

VELOCIDAD DE RECORRIDO: Máxima velocidad~ llantas de 18,4

>~ 30.

1er Engranaje 3,8 KPH (2,4 MPH)

2do Engranaje 7,0 KPH (4,4 MPH)

3er Engranaje 10~ ~t KPH (6~5 MPH)

4to Engranaje 25,0 KPH (15,5 MPH)

EQUIPO OPCIONAL Cobertizo Superior, Grab

rotatorio, corneta eléctrica,

sistema de pararrayos ~ api lador

•

17

tropical ajustable, aparato de

seguridad para cerrar la máquina~

llantas 23,1 H 26,8PR, R1~

Servicio indicador de limpiador

de aire.

2.1.1 Sistema Hidraúlico. Este sistema consta de dos

partes; la primera de ellas efectúa el movimiento de

traslación~ es decir la hidrotransmisión la cual es

generada por una bomba Sustrand serie 22 que posee las

siguientes caracteristicas de funcionamiento.

Presiones de 4.500 a 5.000 Psi a @ 2.200 rpm

- Carga de Presión de 190 a 210 Psi

Adicionalmente necesita de una bomba de carga que tiene

como función cargar la bomba Sustrand para que no entre

en vacio.

Presión de carcaza de 10 a 15 Psi

Válvula de alivio 5.500 Psi

La otra parte del sistema tiene que ver con los movimientos

de los accesorios, realizados mediante una bomba lateral de

doble cuerpo~ que se describe a continuación:

El primer conjunto es de 17 GPM (galones por minuto ) y

tiene como función el movimiento de la pluma, ya sea para

el levante o descenso de ella; también suministra el caudal

18

para los cilindros que abren y cierran el grabo El segundo

conjunto es de 5 GPM suministra el caudal para los

cilindros hidráulicos que hacen girar la pluma de izquierda

a derecha en un ángulo de 180 grados horizontalmente, el

cilindro que recoge y extiende la pluma, el cilindro que

sube o baja el apilador y los cilindros que hacen doblar

las ruedas traseras hacia el lado izquierdo o derecho.

La adaptación del sistema hidráulico consiste en la

instalación de dos motores hidráulicos y un nuevo cilindro

hidráL\ 1 ico ~ aspectos que se desarroll aran en el pró>:imo

capitulo.

2.1.2. Estructura, carroceria y apilador. La alzadora no

será modificada en su estructura como en SL\ carrocería,

esta consta de las siguientes partes: De un br"azo

hidráulico que conecta el grab con el chasis para hacer la

función del alce de la caAa; una cabina y un tablero de

control~ de donde el operario efectúa las operaciones de

mando; y un Chasis que incluye el sistema de combustión

(motor)~ el sistema eléctrico, el hidráulico, sistema de

dirección y sistema de traslación de la máquina.

El apilador de la alzadora es similar a la cuchilla de una

motoniveladora, se diferencia en que tiene dos aletas que

sobresalen de la estructura, esto con el fin de que las

19

aletas al deteriorarse puedan ser cambiadas sin necesidad

de cambiar todo el apilador. Este apilador será

reemplazado por la mesa de alce.

2.2 DESCRIPCION DEL EQUIPO REFERENCIA CANE TIGER PARA LA

PROPUESTA DE MODIFICACION - EVALUCION DE COMPORTAMIENTO.

Después de varios estudios de diseAo y operación de las

alzadoras que en la actualidad funcionan, otra casa

automotriz desarrollo una nueva alzadora LA CANE.

Esta alzadora con mayor capacidad, rendimiento, mejor

manejo y además mayor productividad en fabrica, presenta un

nuevo sistema de recolección y alce de la caAa el cual

eliminan parcialmente los inconvenientes que se presentan

en las otras alzadoras.

La Cane fue construida por la firma Norteamericana LOUSIANA

CANE MANUFACTURING, INC. y a comienzos de 1.991 se

implemento su uso en Colombia. Los diseAadores de la Cane

tuvieron en cuenta las recomendaciones realizadas por los

Ingenios Colombianos y la experiencia de las demás

alzadoras.

Tienen un sistema de hidrotransmisión que genera una

UIIiw1siftd Autonoma de Occidente Secci6n liblioteea

20

presión de 4.700 PSI a @ 2.200 rpm. Además de la bomba del

sistema de hidrotransmisión con dos bombas auxiliares; la

primera de ell as se encarga de suministrar el caudal

necesario para los movimientos de alce, sistema de

dirección~ giro~ extensión y de la pluma, la segunda

suministra caudal para los motores hidráulicos.

Estructuralmente la Cane es de mayor tama~o; para mejorar

la estabilidad y el momento de inercia se hizo necesario un

aumento en la trocha (distancia de llanta a llanta en cada

ej e) •

Para compensar la inversión se amplio la capacidad del alce

hasta dos toneladas (2.000 kq) en el grab, es decir el

doble de las demás alzadoras~ además presenta el- nuevo

sistema de recolección, que consiste en un sistema de

cadenas cuya funciÓn es la de alzar y limpiar la ca~a. La

ilustración se observa en la figura 3.

En la parte (a) de la figura 3 se presentan las siguientes

actividades; el empuje y amontonamiento por medio de las

punteras~ la ca~a hace su primer contacto con la alzadora

sin que entren a actuar las cadenas.

\3' - \0 [)81]

1-----\6'- 6" ____ -..4

(SJ29]

OIMENSIONS ANO DATA: 'oo'~ -,o _h-.,. 'J __ o ... Lift Capacity 5050 Lbs. (2293 Kgs.) Grab Capacity 3300 Lbs. (1498 Kgs.) Grab Opening 65- (1620 mm) Clearance Under Grab 20' (6096 -Wheel Base ' 9'6.5-,' -~- (2908 C;:hi,n ... i.,,. Weigf t __ , -' -_ 21000 Lbs. o (9525

13'- \0 ml

16'- 6" lml

e

Figura 3 Alzadora Cane.

I

~III (~]

21 •

I I , I I I • 111 ... 1211 • I

[~] OIM8l

e

22

En 1 a parte (b) figura :.:;: se nuestra el fenómeno de 1 a

formación de Remolino de caña~ esto se debe al movimiento

que ejercen las cadenas sobre la caña para depurala sin que

esta caiga al suelo.

En la parte (e) de la figura 3 se ilustra la coordinación

entre la mesa y el grabo En este caso el grab recoge la

caña de la mesa y la traslada hacia los trenes cañeros para

su posterior transporte.

A pesar de las modificaciones que se realizaron en la Cane,

ella presenta ciertos problemas de diseño tales como la

ruptura del brazo que conecta el grab con la estructura de

la máquina~ el sistema de tensión de las cadenas no es lo

suficientemente eficaz, también presenta problemas de

diseño especialmente por la ruptura de soldaduras, desgaste

por mal selección o prevención de las punteras, etc.

Aunque presenta ventajas y desventajas su comportamiento en

comparación a las demás es mucho mejor. Observe las Tablas

1~ 2 Y 3.

23

Tabla 1 Comparativo entre alzadoras a Enero de 1.992

~ _n ... ...-. 1M[., 11( 1._ ¡ ----------¡=:==::==::::::=::::=::::-iicU;;:-;-¡;c;o:¡fti---::======::::::=::::::::::¡ .. ----.. _---... --. -- --¡ •• :.~=:.:*c~n ............... n.n:=._ ....... cS' •• s ......... _ ...... __ .... **_~ ••• ==.&.~ •• s .... HTr=c ... e-~ ....... w~.·=-"',,:·-: ".,",_1 __ I _ti I _ Ir_n I _ I _'M !---~~-----I."ft_I.1 _ !

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• Jl0l111 :(:Il0l(,0 151'-)000: 15 lI11n_.I: 1.nO 1 1."'.0:12: lIZ.'II: 18.01 : ".20 1 1 : Jl0l117 IDlllECO 151'-)000: "' 15anUI[ 1 t •• ,.: •• fa: 1 •• : 1'.15 : 21.50 1 • : )101111 IDIIIE :.-el; )1t alll'_.1 1 27.'" 1 1.101.15S : ' ... 5: ".221 11." : 1 ; ,.0"., :DlllECO :51'-_ I Isr 15afUlIl I U._ 1 1.1)1.117 : 5.2a 1 SS.,.: 25.10 : 1 : ----_ ...... _-------:-----: ----:-------: I----:-----:------..... -:--------:-------~-:

PlllJlDIO ___ I : I I I '."' •• ' I 1._ : ".18 : n.4 1 : !!!!:..---------,---!--=-~l-------!--!!!.".!.i~:!!~l---!-----¡-----! !

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'10171.13 lO.". 31 _.'27 ., lIZ._ f>n.ole. ,.,.~ 1,241.~~ 3101101 11.15' 28.175 2' .", 11'.J25 25.750 1)1.02' no "'.3~~ ,".1,. ,.~ .. a:. )10 m" 1.201 n.~I' 521.,.1 a.tI' ..... to, '".- -.,.., 3101713 ." 11i.771 101."0 15).515 ,. . ." .... S, 1.5n.l78 211.'" 1.'r.. .• ~'5 3101711 111 '.1a2 S,. 2.052.U7 11.122 JO.200 2.'111.128 571.105 ','i"'5.n) )101717 el.Ul 111.'15 •• 015 11._ )(19.~37 1".7" 7tfl.I .... '10171' 20.20' ""5 ".71' 21.'71 "'.5" ,.. .... ar 1'Oe .... .;.:J~ )1017" 171 1'.211 111.'" 11 .... Zt4,072 "".~ 1.0)1' .... ·: -----_ .... ----- ......... ----- ----- --_ .. ... ----_ .. --- - -----_ ... __ .. _- ----_ .. _--- - --------- ---------- . -------- ... - .... _- .... - ---

151,21' 115,41i tn,~ .... ".2'50 1".441 '3S,sa, 730 '.I"',5~' ",va •• , ","),~' ============ :======== ========== :::::====== ========:== =:========: ======== ==~======== ==:======= =~==:=~:':'.

24 • Tabla 2 Comparativo entre alzadoras Feb/91 vs Feb/92

."---'"'-_.""--- ---- .. --- __ .. __ . --_ .. --- --.... -_ •. ---_ .. ------- .. -_ ... _-_ ....... _----- ... ---_ .. -... _---- ... -.. -- .. _------ .. __ .. oo-... _------_ ......... _- ..... ..... I .. ,UIIO ... rUII DIr.,fRlM. DIRlCtlON SIS."I~. Sls.[L[cr. IIIsctLIIIIEO [sraucfllllft ror. R[~S. _r(",o - '''IMI. ---_ .... ---- -- ------ ---- -... ---------- .. -.... -.. -.. --- - ..... ------ -- --_ ....... -----)10170) ;\!:~; 18.5"15 1111.416 418.137 "1.fU '1' 15'.3)) "7.'563 281.8" 1.2l9.4OU "017U4 45.000 32l.1Sl IZ.'" 38.7U 7)(1 45'.130 2)1.257 '~.l87 )101707 39.1'51 of51.'~ ..... 8 ~ ... , ".Ie' 10,000 ~.'75 A7.291 '73.Z'" )10'71) 1.O,..1Zi" 1.1'U'."~ 507.1'toII _.242 551.''10 I.~I 1,10'5,739 A.!>oi7 ...... )2'.)(1(.

"01714 ,,(. ;/O.27Z 120,02) ., • .,4 215.001> 1.IOO.9t9 1."'.005 "01717 ' • .lOO 54} 12.117 '77.572 31.'" 7.'157 "' ...... 4 711.'" "',~20 '101718 )88 7.0'11 12'.',. 2").301 252.2111 1.i'''.~1 2.'-'))."11:1 •• 1."1 ..... :- 1.1.~._1 )1017" ""j 119 ..... ' 21.'9'1 v., .... -"H .. ,. . ......... WlI.' ..... ------- ...... - _. ------- -- -- .. --- .. -_ .. __ o -- .. - .... -.,.se,"'" l.m,.,.II" ~~~~~ft~~= 1."2.158 438 •• ' 1.0114.110 1.,....00.. '.IS1.S_ 4.154.~77 n._.11) -:;~"':_:::::;:: :~:;::-: -;..: :::.:=:::::: :==:=====::: :=::=:.::=== :====::--.:= ==::::=::== ::======== :-::=====:=::

Tabla 3 Análisis de Eficiencia Ton/hr Diciembre 1992

.atIGIAWW \.111

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IWIIIIS

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3. ANALISIS DE ALTERNATIVAS PARA LA PROPUESTA DE

MODIFICACION

Observando las ventajas del nuevo sistema de recolección de

caAa se presentaron algunas alternativas que fueron

analizadas por un grupo de ingenieros y los realizadores de

este proyecto.

La primera alternativa que se planteo fue la sustitución de

la maquinaria e>:istente por nuevas alzadoras; esta

al ternativa fue descartada puesto que el valor de las

máquinas (7 alzadoras) no era suficiente para la

adquisición del equipo necesario.

La sequnda alternativa fue la de rediseAar las alzadoras

corrigiendo las deficiencias de la nueva alzadora para

obtener mejores resultados en recolección y alce. En esta

alternativa se presentaron las siguientes variantes:

Aumento de la capacidad del grab hasta 1~5 toneladas~ fue

descartada debido a que se requería un nuevo brazo

sujetador; aumento de la trocha para poder que el momento

27

de inercia se conserve ~ esto troae como consecuencia un

incremento en los costos, sin ser una buena soluciÓn para

aumentar la capacidad y rendimiento de la máquina

alternativa fue la adaptación de la mesa de álce continuo

en reemplazo del apilador normal~ esta se considero como la

más viable para solucionar el problema, dando que se

obtiene mayor rendimiento y la posibilidad de mejorar las

máquinas ya existentes, sin incluir altos costos.

4. CALCULO Y SELECCION DE PIEZAS

4.1. PROGRAMA SAP80

Para el diseAo y calculo de la estructura de la mesa de

alce se utilizo un programa de estructuras, agilizando los

cálculos de las fuerzas y momentos en cada una de los

elementos de ella. Este programa es el SAP80 que a

continuación se describe.

El SAP80 es un programa de computador de propósito general

para análisis estructural.

Durante los úl timos 15 años los programas de computador

serie SAP~ que operan en computadores de mainframe

(estructura principal), tiene establecida una reputación a

nivel mundial en el área de ingenieria estructural y

mecánica estructural.

Aunque el SAP80 tiene un nombre familiar~ el sistema es una

serie de Software completamente nueva, siendo desarrollada,

29

mantenida y soportada por el desarrollo del programa

original de SAPo

El programa desarrollado esta siendo conducido en el ANSI

FORTRAN-77 subestablecido en el medio, lo cual garantiza la

portabilidad del software desde el nivel del pequeAo

computador personal hasta los super computadores de largas

estructuras principales (mainframe).

Esta versión del programa esta diseAada para ser usada en

computadores bajo sistema MSDOS con 256k de memoria y un

disco duro de 10MB, dando un problema de limitación de

tamaAo de apr"o:o:imadamente 3.000 ecuaciones. Todas las

operaciones numéricas son ejecutadas con un total de 64

bits de precisión. Esta versión del programa posee

opciones para el análisis estático y análisis dinámico.

Todos los datos son ingresados directamente en listados de

formato libre. Generación de estas opciones disponibles de

acuerdo a la conveniencia. Existe la capacidad de dibujar

figuras deformadas y no deformadas para la verificación de

datos del modelo geométrico y para estudiar el

comportamiento estructural del sistema.

Este programa esta construido alrededor de una solución de

ecuaciones de columnas activas sin centro bloqueado con un

IJIMrsi40d Autonomo de (kcident. Sección libliotelO

30

perfil automático de minimización del algoritmo. La

solución al procedimiento sin la parte central LIsa la

repetición de un cambio en el subespacio del algoritmo.

El elemento de biblioteca consiste en la construcción de un

elemento en tercera dimensión y elemento con cobertura en

tercera dimensión. La armadura ~ membrana y 1 amina de

elementos soldados están básicamente subdeterminados de

esos elementos qenerales. Todas las opciones de geometría

y carga necesarias asociadas con los elementos han sido

incorporadcrs. Un elemento limite en forma de soporte de

ballesta, también se incluye.

Las opciones de carga tienen en cuenta la gravedad~

condiciones térmicas y preesfuerzos además del nodo de

carga usual con fuerzas o desplazamientos especificados.

La ca.rga dinámica esta en forma de una aceleración de

respuesta espectral.

En los datos que se requiere para el funcionamiento del

programa fue necesario los siguientes datos:

Peso en kilogramos por centimetro del perfil.

Area en centímetros cuadrados del perfil

Momento de Inercia polar en centímetros a la cuarta

del perfil.

31

!"Iomento de Inercia en cent.í.metros a la cuarta del

perfil.

Modulo de elas.ticidad kilogramos sobre cent.í.metros

cuadrados.

Esto es necesario petra cada una de las secciones de la

estructura, que se describe a continuación. Debido a que

los perfiles son comerciales hay que

construirlos partit- de perfiles comerciales o

est.andarizados. Para la obtención de estos perfiles fue

necesario la unión de dos perfiles en ( L ) estandarizados

de tal modo que formen un cajón, para luego ser soldados en

las aristas comunes entre los perfiles, as.í. obtenemos

perfiles en forma cuadrada. En cambio los perfiles

circulares son comerciales y no presenta ninqún problema de

obtenerlos.

4.1.1 ALIMENTACION DE DATOS AL SAP80. Para la captura de

los datos se crea un archivo sin e>:tensión, ya sea por

medio de un procesador de palabras ó un editor de texto por

ejemplo APILADOR, para su posterior alimentación de datos.

Este elrchivo se divide en seis bloques titulo, sistema,

restricciones, juntas ó uniones, estructura y fuerzas que

a continuación se explican.

En el bloque del titulo como su nombre lo dice va el nombre

del elemento a estudiar, por ejemplo CHEQUEO DEL APILADOR

(MESA DE ALCE CONTINUO).

Para el bloque del sistema se incluyen el numero de nodos

ó juntas y el numero de cargas axiales y se designan con la

letra N Y L respectivamente, para nuestro caso N es 54 y L

es uno.

En el bloque de restricciones se colocan solo los nodos que

necesitan una restricción especial, y está designada con la

letra R donde~ R ::: r1,r2,r3,r4,r5,r6.

r1 - Equivale a la restricción de traslación en el eje ~., . r-2

__ o EqLlivale a la restricción de traslación en el eje y.

r< '-' ::: Equivale a la restricción de traslación en el eje z.

y-4 ::: Equivale a la restricción de rotación para el eje x.

r5 ::: Equivale a la restricción de rotación para el eje y •.

r6 ::: Equivale a la y-es tr i cción de rotación para el eje z.

La restricción esta indicada con el código O Ó 1 que la

inactiva o la activa. Cuando se presenta una restricción

primero se debe inactivar todas las restricciones para

todos los nCldos y luego si van las restricciones para

aquellos nodos que la necesitan, por ejemplo los nodos 25

y 32 presentan esta restricción R::: 1,1,1,1,1,1 y los

nodos ~H Y ~12

En el bloque de juntas ó nodos se capturan las coordenadas

de tridimensionales de los nodos asi ; el nodo uno presenta

en el eje x = O el eje y = 3~81 Y el eje z = o.

En el bloque de estructuras esta el número de secciones que

se emplean y se desiqna con las letras NM~ también el

número de cargas distribuidas y se designa con la letra NL~

la dirección del peso de las secciones y se designa según

la dirección del eje x~y ó z, precedido del signo + Ó -

dependiendo en que parte del plano cartesiano se utilice.

También se capturan las propiedades de las secciones como

el momento de inercia~ área~ momento de inercia polar",

módulo de elasticidad y el peso que se designan con las

1 etras 1, A, J, E Y vI respecti vamen te. El momen to de

inercia presenta la caracteristica de que van en los dos

planos 133 y 122 donde primero va el 133 luego va el 122

separado por una coma. A continuación enunciamos las

propiedades de la sección uno.

1=2. 942E2, 1. 849E2 J=4. 791E2 A=2. 097El E=2.11E6 W=1.60El

donde, 1 esta en cm4 , J en cm4~ A en cm2 , W en kg y E

kg/cm2 •

Luego van las coordenadas donde van aplicadas las cargas

34

dist'r'ibuidas y el valor- de ella, por ejemplo una carga

distribuida de 4,5 kg/cm en el eje y entonces la expresión

queda; 1 WL=O,4.5,O. Lo último que va en este bloque son

los elementos y que nodos los comprenden con sus

respectivas características. Si el elemento uno esta

determinado por el nodo uno hasta el nodo dos y tiene una

sección seis que su eje 33 el paralelo al eje~ además

soporta una carga distribuida la expresión será:

M=6 LP=2,O NSL=1

donde el primer dígito en el número del elemento, el

segundo dígi to el primer nodo y el tercer dígi to es el

sequndo nodo. El M es el número de la sección~ LP es la

condición del eje y NSL es el número de carga distribuida.

LP == 1, ° ; si el eje 33 de la sección es paralelo al eje Z del plano cartesiano.

; si el eje 33 de la sección es paralelo al eje

y del plano cartesiano.

LP == 3,0 ; si el eje 33 de la sección es paralelo al eje

X del plano cartesiano.

Cuando un elemento como tal presenta alguna restricción se

designara con las letras LR donde es igual

r1 es el código de liberación del momento en 3 en i.

35

r"2 es el código de liberación del momento en 3 en j •

r3 es el código de liberación de la fuerza a>:ial.

r4 es el código de liberación del momento en 2 en i.

r5 es el código de liberación del momento en 2 en j .

r6 es el código de liberación del momento torsional.

la restricción esta indicada con el código (1 ó 1 que la

inactiva o la activa.

En el último bloque de fuerzas se colocan el nodo donde se

aplica y en seguida el valor de la fuerza según el plano,

POt- ejemplo 1 F=5(10,O,O L=l

Observemos la figura 4 donde se muestra los diferentes

nodos y la figura 5 donde aparecen los elementos de la

estructura el cual puede ser conformado por 2 ó más modos.

A continuación damos los datos de entrada para el cálculo

de la estructura.

36

.s:el "

",/ 32

~'l_Je ,,/ ... -.. -... -.... -.,-.... -.. -5 t. " I "., .. -- j .--' 1

" ¡ ------__ M .. _ ," ... - , i / 11"" .... -.1.. ~...... l

¡J ,1 ! -........ 53 ........ JI l .' ,1 t .. ~... iI

r' ...... ,-... -. 'la 11 l :!f l l .' ..... ~.. t· .. _- .. 18 J' ......... .

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1/'

Figura-S Nodos de la estructura.

... ... ..

l sa/ ... -.,

l ¡""'oo ....... ,... .. . l

37

';oli_'¡_ / _u ... -. ,.-..... ,1'/ / -----.~t-~!~2 1IZ.I"I.. •• l/··-··· /

... l ... r ~.' • ... l / ,.-,., .' .-.... -l .. P'l ,', ..... -••

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/ Z··-·-·· ;=-~:e r~'" 1 ,,/ ~l ,/ fr V'-'~ .... .J7"-¡1 ; ~/ tlS--li~ " ,1- / ( ..... -.

'-

CHEQUEO APILADOR (MESA DE ALCE CONTINUO) SYSTEM

RESTRAINTS 1.~54,1

51

JOINTS 1 2 3 4 c: ... ' 6 7 8 9 10 11 12 1 ..... ~. 14 1 :':.:. 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 ..,..~

'_",4.

77 .":_0_"1

34 35 36 37 38 39

R=O,O,O,O,O.O R=l,l,l,l,l,l R=l,l,l,O,O,O R=l,l,l,l,l,l R==l,l,l,O,O,O

X=O.OOO Y==3.81 X=12.700 Y=3.81 X=12.700 Y=26.67

·X==12.700 Y=59.69 X=12.700 Y=82.55 X=O.OOO Y=82. ::'.5 X=36. :':':'76 Y=82. ~.5 X=36.576 Y=69.85 X=36.576 Y=~.9. 69 X=36.576 Y=26.67 X=36.576 Y=16.51 X=36.576 Y=~5. 81 X=60.706 Y=3.81 X=60.706 Y=16.51 X=60.706 Y=26.67 X=60.706 Y=59.69 X=60.706 Y=69 .8~. X=60.706 Y=82.5::. X=8~ •• 408 Y=69.85 X=85.408 Y=85.25 X=85.408 Y=59 .8~. X=85.408 Y=34.45 X=85.408 Y=16. ~.1 X=110.808 Y=::.9.85 X=17.4.216 Y=::.9.8::. X=85.408 Y=1::.~5.67 X=85.408 Y=138.27 X=8:: •. 408 Y=163.67 X=85.408 Y=189.07 X=85.408 Y=207.01 X=110.808 Y=163.67 X=174.216 Y=163.67 X=60.706 Y=140.97 X=60.706 Y=153.67 X=60.706 Y=163.83 X=60.706 Y=196.8::. X=60.706 Y=207.01 X=60.706 Y=219.71 X=36.576 Y=219.71

Z==O.OOOO Z=21.996 Z=21.996 Z=21.996 Z=21.996 Z=O.OOOO Z=63. 3~13 Z=63.353 Z=63.353 Z=63.353 Z=63. 3~13 Z=63.353 Z=10~ •• 146 Z=105.146 Z=10~ •• 146 Z=10~ •• 146 Z=105.146 Z=105.146 Z=77.356 Z=77.356 Z=77.356 Z=77.356 Z=77 .3~.6 Z=77.356 Z=77.356 Z=77.356 Z=77 .3~.6 Z=77.356 Z=77.356 Z=77.356 Z=77 .3~.6 Z=77.356 Z=10~ •• 146 Z=105.146 Z=105.146 Z=105.146 Z=105.146 Z=105.146 Z=63. 3~,3

38

39

40 X=36.576 '(=207.01 Z=63.353 41 X=36.576 '(=196.85 Z=6~5. 3!:,3 42 X=36.576 '(=163.83 Z=63.353 4""'" '.-' X=36.576 '(=153.67 Z=63.353 44 X=36.576 '(=140.97 Z=63. 3~,3 45 X=12.70 '(=140.97 Z=21.996 46 X=12.70 '(=163.83 Z=21.996 47 X=12.70 '(=196.85 Z=21.996 48 X=12.70 '(=219.71 Z=21.996 49 X=O.OOO '(=219.71 Z=O.OOOO 50 X=O.OOO '(=140.97 Z=O.OOOO 51 X=149.403 '(=59.8::'. Z = 11 ::, •• 354 ::.2 X=149.403 '(=163.67 Z=11::' •• 354 53 X=11.1.760 '(=163.67 Z=77.356 54 X=111.760 '(=59.8::'. Z=77.3::'.6

FRAME NM=8 NL=2 Z=--l 1 I=2.942E2.1.849E2 J=4.791E2 A=2.097E1 E=2.11E6 W=1.656E-1 2 I=1.982E2~5.254E2 J:::::4.362E2 A=1.194El W=9.430E-2 3 I=2.457E3,2.457E3 J=4.932E3 A=8.603E1 W=6.791E-1 4 I=3.772E2,8.910E2 J=1.268E3 A=2.903E1 W=2.293E-1 5 I=5.105E2,2.244E2 J=7.349E2 A=2.419E1 W=1.911E-1 6 I=5.428E2,3.403El J=5.769E2 A=4.039E1 W=3.190E-1 7 I=5.105E2,2.240E2 J=7.349E2 A=2.419E1 W=1.911E-1 8 I=8.910E2,3.772E2 J=1.268E3 A=2.903E1 W=2.293E-1 1 WL=O, 4 • ::,. , O 2 WL=O,O,4.5 1,1,2 M=6 LP=2,0 NSL=1 2,2,12 M=7 3,12,13-4,~5,10

5,10,15 6,4,9 7,9,16 8,6,::'. M=6 9,5,7 M=7 10,7,18 11 , 50,4::. M=6 12,45,44 M=7

1(~,46,42

15,42,3::'. 16,47,41 17,41,36 18,49,48 M=6 19,48,39 M=7 20,39,38 21~2,3

22,3!f4 23,4, :t

M=2 NSL=2

Uaiversidod Autonomo de Ocdllentl Secci6n BibHotem

24~45,46

2~.~46~47 26,47,48 27,12,11 M=5 28~11,10

29,10,9 30~9,8

31.8,7 32!144, f1-3 33~43~42 ~54,42,41

35,41,40 36,40,39 37,13,14 38,14,15 39,1=.,16 40, 16 ~ 17 41.17,18 42,33,34 43!1 34 !1 35 44,35,36 4~.,36,37

46,37,38 4·7,23,22 48,22,21 49,21,20 50,20,19 =.1,19,26 ~,2!t26!127

:=.3,27,28

M- 7 -~,

54,28,29 5='!l29,3C> =.6,21,24 =.7,24,=.4 58, =.4,2=, =8,28,31 60,31.53 61, ~.3, 32 62 , ~:'4 , ::,'.1 63,53,52 64,11,23 65,8,19 66,43,26 67,40,30 68,14.23 69,17,19 70,34,26 71,37,30 72~22,24

73,27,31 74~20,24

M =:.4

M=8

M=l

M=7

40

NSL=l

LP=3,O NSL=O

LP=l,O

LP=2,O LF

75,29,31

LOADS 1 6 50 49

F=::.OO. (>, (> F=500,O,O F=::.OO, O, O F=500,O,O

L=l L=l L=l L=l

41

4.1.2 RESULTADOS ARROJADOS POR PARTE DEL SAPBO. Luego de

1 a captura Sl-:? procesa 1 a' información dando a' luqar una

serie de cálculos, que origina como resultado la fuerza

axial, fuerza cortante y momento en los dos planos y el

torque en cada uno de los nodos. A continuación se

muestran los resultados entregados por el SAP80.

SYSTEM SAP80 V8:: •• 02

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * F R A M E M E M B E R F O R C E S * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * MEMBERS WITH NUMBERS BETWEEN 1 & 32000

MEM LOAD AXIAL DIST 1-2 PLANE 1-3 PLANE AXIAL # # FORCE I SHEAR MOMENT SHEAR MOMENT TORQUE ~--------------------------------------------------------

1 -246.43 .00 .0 432.98 .34 .00 .00

25.4 551.33 12500.65 .00 .00 ~-------------------------------------------------------

1 -240.90 -988.46 .0 198.32 9421.99 48.66 -673.89

47.8 417.78 24132.64 48.66 1649.75 ~-------------------------------------------------------

1 ·484.57 .0 -714.83 24251.03

48.3 -493.06 -4894.60

-1869.04 -1.49 -861.30 -1.49 -932.97

42

+-------------------------------------------------------1 -166.61 -1411.40

.0 350.40 3058.63 47.8 569.85 25031.49

-29.17 242.60 -29.17 -1150.37

~-------------------------------------------------------1 625.36 53.15

.0 -803.55 26338.92 5.07 604.69 48.3 -581.78 -7088.35 5.07 849.24

~-------------------------------------------------------1 -171.67 1309.93

.0 355.38 3029.92 30.37 -264.69 47.8 574.83 25240.68 30.37 1185.65

~-------------------------------------------------------1 640.41 -331.44

.0 -814.46 26664.03 -4.79 -625.76 48.3 -592.68 -7289.33 -4.79 -856.83

&-------------------------------------------------------1 -246.40 .00

.0 433.02 -.09 .00 .00 25.4 551.36 12501.08 .00 .00

~--------------------------------------------------------1 -238.88 848.41

.0 202.36 9491.26 -49.86 693.29 47.8 421.82 24395.01 -49.86 -1687.73

1~-------------------------------------------------------1 497.91 1704.05

.0 -731.81 24759.32 1.31 882.92 48.3 -510.03 -5205.40 1.31 946.25

1~-------------------------------------------------------1 -246.40 .00

.0 433.02 -.09 .00 .00 25.4 551.36 12501.08 .00 .00

1c-------------------------------------------------------1 -238.88 -848.41

.0 202.36 9491.26 47.8 421.82 24395.01

49.86 49.86

-693.29 1687.73

1~-------------------------------------------------------1 497.91 -1704.05

.0 -731.81 24759.32 -1.31 -882.92 48.3 -510.03 -5205.40 -1.31 -946.25

1+-------------------------------------------------------1 -171.67 -1309.93

.0 355.38 3029.92 -30.37 264.69 47.8 574.83 25240.68 -30.37 -1185.65

1~-------------------------------------------------------1 640.41 331.44

.0 -814.46 26664.03 48.3 -592.68 -7289.33

4.79 4.79

625.76 856.83

43

1&-------------------------------------------------------1 -166.61 1411.40

.0 350.40 3058.63 29.17 -242.60 47.8 569.85 25031.49 29.17 1150.37

1~-------------------------------------------------------1 625.36 -53.15

.0 -803.55 26338.92 -5.07 -604.69 48.3 -581.78 -7088.35 -5.07 -849.24

1&-------------------------------------------------------1 '-246.43

.0 432.98 .34 .00 .00 .00

25.4 551.33 12500.65 .00 .00

1~-------------------------------------------------------1 -240.90 988.46

.0 198.32 9421.99 -48.66 673.89 47.8 417.78 24132.64 -48.66 -1649.75

2~-------------------------------------------------------1 484.57 1869.04

.0 -714.83 24251.03 1.49 861.30 48.3 -493.06 -4894.60 1.49 932.97

2r-------------------------------------------------------1 48.66

.0 -353.05 988.51

.4 -353.07 839.20 22.9 -354.13 -7094.60

-1.87 .00

99.13

3078.93 -673.96 -674.36

437.79 2~-------------------------------------------------------

1 19.49 20.25 .0 -3.74 -5683.10 -71.45 680.37

16.2 -4.50 -5749.70 .00 102.58 33.t) -~f.29 -~.832.19 74.44 729.63

2~-------------------------------------------------------1 49.86 -3009.69

.0 350.08 -7142.13 -101.17 465.06 22.9 349.00 848.41 -.17 -693.31

2+------------------------------------------~------------1 49.86

.0 -349.00 848.41 22.9 -350.08 -7142.13

.17 101.17

3009.69 -693.31 465.06

2~-------------------------------------------------------1 19.49 -20.25

.0 5.29 -=,832.19 -74.44 729.64 16.8 4.50 -5749.70 .00 102.58 33.0 3.74 -5683.10 71.45 680.36

2&-------------------------------------------------------1 ·48.66 -3078.93

.0 354.13 -7094.60 -99.13 437.79 22.4 353. ()7 839.20 .00 -674.36 22.9 3~f3 .t)=. 988.43 1.87 -673.96

44

2~-------------------------------------------------------1 -50.14

.0-1132.65 880.81 12.7-1076.71 -13148.66

-118.44 717.48 -2510.73 715.37 6587.86

2&-------------------------------------------------------1 51.21 1404.21

.0 1244.32 -11256.82 10.2 1289.07 1612.83

-779.05 5130.24 -780.73 -2793.46

2~-------------------------------------------------------1 85.44 96.71

.0 -84.36 148.19 3.27 -1038.53 19.2 .00 -659.71 .10 -1006.28 19.8 2.64 -658.92 .00 -1006.25 33.0 61.07 -236.29 -2.20 -1020.81

3~-------------------------------------------------------1 50.29 -1326.66

.0-1328.16 1404.79 801.98 -2832.55 10.2-1283.41 -11862.02 800.30 5307.05

3~-------------------------------------------------------1 -51.17 364.27

.0 1097.69 -13440.26 -726.69 6671.78 12.7 1153.63 855.62 -728.79 -2570.56

3~-------------------------------------------------------1 -51.17

.0-1153.63 855.62 12.7-1097.69 -13440.26

728.79 726.69

-364.27 -2570.56 6671.78

3~-------------------------------------------------------1 50.29

.0 1283.41 -11862.02 10.2 1328.16 1404.79

1326.66 -800.30 5307.05 -801.98 -2832.55

3~-------------------------------------------------------1 85.44 -96.71

.0 -61.07 -236.27 2.20 -1020.81 13.3 -2.64 -658.92 .00 -1006.25 13.9 .00 -659.71 -.10 -1006.28 33.0 84.36 148.18 -3.27 1--8 5-- u~ .~~

3~-------------------------------------------------------1 51.21

.0-1289.07 1612.83 10.2-1244.32 -11256.82

-1404.21 780.73 -2793.46 779.05 5130.24

3&-------------------------------------------------------1 -50.14 118.44

.0 1076.71 -13148.66 -715.37 6587.86 12.7 1132.65 880.81 -717.48 -2510.73

3~-------------------------------------------------------1 .49 -4894.63

.0 493.12 -1869.38 12.7 549.05 4748.40

-488.58 933.09 -490.68 -5285.17

45

3&-------------------------------------------------------1 79.11

.0 -693.50 5610.76 10.2 -648.75 -1207.88

635.87 -4517.26 634.18 1934.60

3~-------------------------------------------------------1 74.04 146.93

.0 -66.94 -1154.64 4.84 1085.29 15.2 .00 -1663.35 2.32 1139.68 29.2 61.77 -1230.19 .00 1155.96 33.0 78.49 -963.94 -.63 1154.76

4~-------------------------------------------------------1 78.83 -7142.38

.0 671.20 -1295.49 -645.06 2011.74 10.2 715.95 5751.23 -646.74 -4550.60

4~-------------------------------------------------------1 .31 5205.40

.0 -565.97 5128.60 503.99 -5441.01 12.7 -510.04 -1704.08 501.88 946.26

4~-------------------------------------------------------1 .31 -5205.40

.0 510.04 -1704.08 12.7 565.97 5128.60

-501.88 946.26 -503.99 -5441.01

4~-------------------------------------------------------1 78.83 7142.38

.0 -715.95 5751.23 646.74 -4550.60 10.2 -671.20 -1295.49 645.06 2011.74

4~-------------------------------------------------------1 74.04 -146.93

.0 -78.49 -963.92 .63 1154.76 3.8 -61.77 -1230.19 .00 1155.96

17.8 .00 -1663.35 -2.32 1139.68 33.0 66.94 -1154.65 -4.84 1085.29

4~-------------------------------------------------------1 79.11 -7235.27

.0 648.75 -1207.88 -634.18 1934.60 10.2 693.50 5610.76 -635.87 -4517.26

4~-------------------------------------------------------1 .49 4894.63

.0 -549.05 4748.40 490.68 -5285.17 12.7 -493.12 -1869.38 488.58 933.09

4~~------------------------------------------------------1 -178.98 73004.91

.0 -234.61 -41.91 1117.99 -4136.41 17.9 -244.41 -4338.75 1117.99 15920.35

4&-------------------------------------------------------1 888.42

.0 -560.56 10935.29 25.4 -574.43 -3479.08

28194.29 -62.11 15291.21 -62.11 13713.55

46

4~-------------------------------------------------------1 596.39

.0 637.90 -3441.68 25.4 624.03 12584.75

-29505.77 -820.08 15489.79 -820.08 -5340.32

5~-------------------------------------------------------1 -133.76 74988.06

.0 -269.12 -3072.40 -1140.12 4091.20 15.4 -260.71 -7152.06 -1140.12 -13466.58

5~-------------------------------------------------------1 312.73 .00

.0 22.88 -7196.45 .00 18192.92 41.9 .00 -6716.94 .00 18192.92 83.8 -22.88 -7196.44 .00 18192.92

5~-------------------------------------------------------1 -133.76

.0 260.71 -7152.06 15.4 269.12 -3072.40

-74988.06 1140.12 -13466.58 1140.12 4091.20

5~-------------------------------------------------------1 596.39

.0 -624.03 12584.75 25.4 -637.90 -3441.68

29505.77 820.08 -5340.32 820.08 15489.79

5~-------------------------------------------------------1 888.42

.0 574.43 -3479.08 25.4 560.56 10935.29

-28194.29 62.11 13713.55 62.11 15291.21

5~-------------------------------------------------------1 -178.98 -73004.91

.0 244.41 -4338.75 -1117.99 15920.35 17.9 234.61 -41.91 -1117.99 -4136.41

5&-------------------------------------------------------1 -757.97 -37.42

.0 -292.04 1776.23 -1212.31 -57700.01 25.4 -292.04 -5641.51 -1217.49 -88558.48

5~-------------------------------------------------------1 -2258.11

.0 309.45 -11504.84 1.0 309.45 -11210.24

-638.97 -577.92-161973.95 -578.11-162524.22

5&-------------------------------------------------------1 -6461.51 -638.97

.• 0 312.73 -11208.68 3677.17-162515.77 62.5 312.73 8323.32 3664.45 66748.31

5~-------------------------------------------------------1 -757.97 37.42

.0 292.04 -1776.23 -1212.31 -57700.01 25.4 292.04 5641.51 -1217.49 -88558.48

6~-------------------------------------------------------1 -2258.11 638.97

.0 -309.45 11504.84 1.0 -309.45 11210.24

-577.92-161973.95 -578.11-162524.22

47

6~-------------------------------------------------------1 -6461.51 638.97

.0 -312.73 11208.68 62.5 -312.73 -8323.32

3677.17-162515.77 3664.45 66748.31

6~-------------------------------------------------------1 5972.60

.0 -3.84 .02 .00 .00 26.7 .00 -51.28 .00 .00 53.5 3.84 .00 .00 .00

6~-------------------------------------------------------1 5972.60

.0 -3.84 .02 .00 .00 26.7 .00 -51.28 .00 .00 53.5 3.84 .00 .00 .00

64-------------------------------------------------------1 -2686.21 -348.18

.0 631.43 -1522.64 101.35 -2362.69 50.8 639.25 30752.73 101.35 2786.01

6~-------------------------------------------------------1 -2751.35 186.86

.0 652.19 -1690.97 -101.46 2078.06 50.8 660.01 31638.90 -101.46 -3076.05

6~-------------------------------------------------------1 -2751.35 -186.86

.0 652.19 -1690.97 101.46 -2078.06 50.8 660.01 31638.90 101.46 3076.05

6~-------------------------------------------------------1 -2686.21 348.18

.0 631.43 -1522.64 -101.35 2362.69 50.8 639.25 30752.73 -101.35 -2786.01

6&--------------------------------------------------------1 822.00 -456.90

.0 1460.63 -12129.89 77.62 -1060.59 37.2 1464.58 42252.08 77.62 1825.61

6~-------------------------------------------------------1 851.79 649.03

.0 1495.99 -12347.79 -77.52 871.44 37.2 1499.95 43349.16 -77.52 -2010.79

7~-------------------------------------------------------1 851.79 -649.03

.0 1495.99 -12347.79 77.52 -871.44 37.2 1499.95 43349.16 77.52 2010.79

7~-------------------------------------------------------1 822.00 456.90

.0 1460.63 -12129.89 -77.62 1060.59 37.2 1464.58 42252.08 -77.62 -1825.61

7~-------------------------------------------------------1 -1589.23 20885.40

.0 -316.12 42486.26 -79.70 -629.19 35.9 -309.26 31254.12 -79.70 -3492.00

48

7~-------------------------------------------------------1 -553.42 21089.81

.0 -354.87 43231.89 100.83 -1249.12 35.9 -348.01 30607.81 100.83 2372.88

7~-------------------------------------------------------1 -553.42 -21089.81

.0 -354.87 43231.89 -100.83 1249.12 35.9 -348.01 30607.81 -100.83 -2372.88

75--------------------------------------------------------1 -1589.23 -20885.40

.0 -316.12 42486.26 79.70 629.19 35.9 -309.26 31254.12 79.70 3492.00

Donde:

MEN es el número del elemonto.

LOAD es el número de la carQa.

DIST I es la distancia entre nodos.

AXIAL FORCER es la fuerza axial.

SHEAR es la fuerza cortante.

MOMENT es el momento.

TORQUE AXIAL es el torque

1-2 PLANE Ó 1-3 PLANE es el plano donde se presentan las

fuerzas y momentos.

Con estos valores se procede a verificar por resistencia

cada uno de los elementos con su respectivas secciones que

se presentan en la estructura de la mesa.

4.1.3. PROPIEDADES DE LAS SECCIONES. Los elementos

utilizados son perfiles con geometria cuadrada y circular.

Están construidos en acero estructural A36.

4.1.3.1. PERFIL CUADRADO de 4 x 3

Altur-a, Ancho y espesor-

h == 4,00 pg == 10,16 cm

b == 3,00 pq == 7,62 cm

e == 0,25 pg =: 0,64 cm

Momento de iner-cia.

1 >: ' == h * b3 /12

1>: ' =: 10,16 cm * (7,62 cm )3

1 >~ ~ == t-I * b3 /12

1 }.~ ~ =: 8,89 cm * (6!13~. cm)3 /

Iv _. I}{ I - 1>: ' = 122 " 122 = (374,61 - 189,69) cm .... =:

ly' = b * h3 /12

ly' == 7,62 cm * (10,16 cm )3

ly' , = b * h3 /12

Iv' =: 6!, ~5~f cm * (8,89 cm)3 / ly == ly' - ly' == 133

133 == (66~" 97 - 371,79) cm"" =

Momento de iner-cia polar-

J' -- b * h * ( h2 + b2 ) /12 J' = 7,62 * 10,16 * (7,622 + J' = 1.040,58 cm ....

J' , == b' * h'* (h' 2 + b'2 )/12 J' , = 6!'3=. * 8,89 * (6,3=,2 + J' , == 561,48 cm ....

J == J' - J' ,

49

x 1/4 ( M = 1 )

/ 12 = 374,61 cm ....

12 = 189,69 cm""

184,90 cm ....

/ 12 = 665,97 cm ....

12 -- 371,79

294,2 cm ....

10,162 )/12

8,892 )/12

cm ....

lktiWfSidad Autonemo de OtdMalt Stcci6n libliote ..

50

J -.- (1.040~58 - 561~48) cm"'"

J := 479 ~ 10 cm"'"

Area

A := Al - A2

Al := b * 1"'1 Al - 10,16 * 7~62 := 77,42 cm2 A2 := 8~89 * 6,35 := ::.6 ~ 45 cm2 A := 77,42 cm2 - ::.6,45 cm2

A := 20~97 cm2

Peso del perfil

"'.1 := b * h * 0,79/100 ¡'Jt := 1~1 - W2

Wl o:: 101,6 mm * 76,2 mm * 0~79/100 := 61~16 v..q W2 := 88~9 mm * 63!f=t mm * 0,79/100 = 44,60 kg Wt = (61,16 - 44~60) kg

Wt := 16,56 kg

donde un metro pesel 16,56 Ki logramos 6 sea 1 centímetro

pesa 0,1656 kilogramos.

4.1.3.2 PERFIL DE MEDIO CIRCULO RADIO 2 1/2 (M = 2 )

Radio y espesor

R = 2, ::.0 pg := 6, 3~5 cm

1'" := 2,2=r pq = 5,72 cm

e := (> ~ 2::. pg := 0,64 cm

Momento de inercia.

Iy := TI/8 (R"'" - 1"'''''' )

~Il

1y :: Tt/8 [(6~35 cm)4 - (t: ...,.,.., .... (,/4- cm)4]

1y :: 218~11 cm4 :: 122

IN :: [(1/8 * 1 + AD2 ) - (1/8 * 1 + Ad 2 )]

ELEME/'HO X A XA

1 2,70 63,34 171,02

2 2!,43 -51,39 124,88

Total 11,95 46,14

X :: E X*A / :EA

X :: 46,14/11,95 :: 3,86 cm

Xl :: 4R/3Tt == 4 * 6!1 35 / ..,.. ._, * Tt

Xl :: 2,70 cm

X2 == 4r/3Tt -- 4 * 5,72 / -,.. ._' * Tt X2 :: 2!1 43 cm

Areas

Al == TtR2/2 == Tt * 6,352 /2 :: 63,34 cm2

A2 :: Ttr2 /2 :: Tt * 5,722 /2 = 51,39 cm2 Momentos de inercias

11 == 1/8 Tt R4 == 638,49 cm4

12 == 1/8 Tt r 4 :: 420,38 cm4

entonces,

IH}(l =

723,72 cm'"

1 }(H2 =

ahora,

1 >~ >~ ::: 13~5 =

Momento de inercia polar

J

J

J

Area

A

A

A

Peso

vJt

\.-Jt

vIl

W2

vlt

Wt

=

=

==

.-

==

==

==

= .-

=

=

==

n/4 [(6,35 cm)'" - (5,72 cm)"']

436,22 cm'"

n/2 (R2 - r 2 )

n/2 [(6,3~, cm)2 - (5.72 cm)2]

11,94 cm2

D * D * 0.62/200

127 mm * 127 mm * 0~62/200 114,4 mm * 114,4 mm * 0,62/200 (50,00 - 40,57) kg

9,43 kg

= 198,25 cm'"

= 50,00 kq

= 4()!l57 kg

donde un metro pesa 9,43 Kilogramos ósea 1 centímetro pesa

0,0943 kilogramos.

4.1.3.3 PERFIL TUBULAR SCH 160 ( M = 3 )

Radio y espesor

D == 6,625 pg == 16,83 cm

d == 5,189 pq == 13,18 cm

e == 0,720 pg == 1,82 cm

Momento de inercia.

I2 I3 =

53

I2 I3 :: n/64 (16,83 cm)4 - (13~18 cm)4]

I2 :: I3 :: 2.457~02 cm4

Momento de inercia polar

J

J

J

Area

A

A

A

Peso

I"Jt

l.>Jt

va

W2

lAJt

Wt

::

::

::

::

::

::

::

::

::

::

::

n/2 (R4 - r 4 )

n/2 [(8~42 cm)4 - (6~59 cm)4]

4.932~77 cm4

n/4 (D2 - d~ )

n/4 [(16,83 cm)2 - (13~18 cm)2]

86,03 cmZ

W1 - W2

D * D * 0,62/100 168~30 mm * 168~30 mm * 0,62/100 = 175,61 kg 131,80 mm * 131,80 mm * 0,62/100 = 107,70 kg (175,61 - 107~70) kg

67~91 kg

donde un metro pesa 67,91 Kilogramo ósea 1 centimetro pesa

0,6791 kilogramos.

4.1.3.4 PERFIL CUADRADO DE 6 x 3 1/2 x 1/4 ( M = 4 )

Altura, Ancho y espesor

h :: 6,00 pg :: 15~24 cm

b :: 3,50 pg :: 8,89 cm

e = 0,25 pg :: 0,64 cm

Momento de inercia.

1'1 .' ..... h * b 3 /12 1y" :::: 8~89 cm * (15,24 cm )3 / 12 :::: 2.622~26 cm4 1y' , :::: h * b 3 /12 1'1' :::: 7,62 cm * (13,97 cm)3 / 12 :::: 1.731.26 , . cm 4 1'1 :::: 1y' - Iy' :::: I22 122 :::: (2.622!,26 - 1.731,26) cm4 :::: 891 cm4

1 H I :::: b * h3 /12 h:' ::::: 1 ~I, 24 cm * (8,89 cm )3 / 12 :::: 892,30 cm4 1 }.{ , :::: b * h3 /12 1 .... '

" :::: 13,97 cm * (7,62 cm)3 / 12 :::: 515,09 cm4

1 ;.{ :::: 1 }.{ , - I ,. ' " :::: I33

133 = (892, ~50 - 515,09) cm 4 = 377,21 cm4

Momento de inercia polar

J' :::: b * h * ( h2 + b 2 )/12 .J' = 15,24 * 8.89 * (15,242 + 8,892 )/12 J' :::: 3. ~514!, =.=. cm4

J' :::: b' * h'* (h' 2 + b'2 )/12

J' .. - 13,97 * 7,62 * ( 13.972 + 7,622 ) /12 J' , :::: 2.246!'3=. cm4

J :::: J' - J'

J = (3.514.5~1 - 2.246,35)cm4

J :::: 1.268,20 cm4

Area

A ::::: Al - A2

Al :::: b * h Al :::: 8,89 * 1~" 24 :: 13~1,48 cm2

55

?~2 == 7~62 * 13~97 == 106 ~ 4~. cm2 A == 135~48 cm:! - 106~45 cm2

A ::: 29~03 cm2

Peso dQl perfil

W == b * h * 0~79./100 lAJt ::: "'Ji - W2

W1 == 88~9 mm * 152~4 mm * 0~79./100 == 107,03 kg W2 == 139~7 mm * 76~2 mm * O~79/100 == 84~10 kq Wt == (107,03 - 84~10) kg

"'Jt == 22!f93 kg

donde un metro pesa 22,93 Ki logramos ósea 1 cent.í.metro

pesa 0,2293 kilogramos.

4.1.3.5 PERFIL CUADRADO DE 5 x 3 x 1/4 ( M = 5 )

Altura, Ancho y espesor

h ::: 3,00 pg ::: 7,62 cm

b == ::'.,00 pg ::: 12,70 cm

e ::: 0,25 pg == 0,64 cm

Momento de inercia.

1 }{ I == h * b:!1/12 I}-{ I == 12~7 cm * (7,62 cm )3 / 12 == 468~26 cm .... I .... ' , == h * b:!1/12 " I){ I == 11,43 cm * (6,35 cm):!1 ./ 12 == 243,89 cm'"' I }-{ == I>t' - 1 >: '

, == 122

122 == (468,26 - 243~89) cm'"' ::: 224,37 cm ....

Iv' == b * h3 /12

Iy' :::: 7,62 cm * (12.7 cm ) ::!: / 12 :::: 1.300~72 cm4 Iy' -- b * h3 /12 Iy' .- 6,35 cm * (11,43 cm)3 / 12 :::: 790,19 cm 4 Iv :::: Iy' - Iy' == I33 ,

I33 -- (1.300,72 - 790,19) cm4 == 510,53 cm4

Momento de ine~cia pola~

J' :::: b * h * (h2 + b 2 ) / 12 J' ::::

J' == 1.768,98 cm4

J' :::: b' * h' * (h'2 + b'2 )/12 J'

, ==

J' == 1.034~07 cm4

J .- J' -- J"

,J _. (1.768,98 - 1.034,07) cm4

J == 734,90 cm4

A~ea

(', :::: Al - A2

Al = b * h Al = == 96,77 cm2

A2 = == 72,58 cm2

A =

A = 24,19 cm2

Peso del pe~fil

W = b * h * 0,79/100 I,IJt = W1 - I,IJ2

W1 = 76,2 mm * 127 mm * 0,79/100 = 76,45 kg

57

1>,12 63,5 mm * 114,3 mm * 0,79/100 = 57,34 I'-.g

Wt (76,45 - 57,34) kg

Wt 19,11 kg

donde un metr-o peE',a 19,11 Kilogr-amos ósea 1 centímetr-o

pesa 0,1911 kilogr-amos.

4.1.3.6 PERFIL CUADRADO DE 5 x 1/4 ( M = 6 )

Altur-a, Ancho y espesor-

h == 1,25 pg == 3,18 cm

b == 5,00 pe¡ :: 12,70 cm

e :: 1,25 pg == 3,18 cm

Momento de iner-cia.

Iv " == h * b3 /12

1 >~ == 12,7 cm * (3,18 cm pl: / 12 == 34, (l3 cm4 == I22 Iy :: b * h 3 /12 Iy == 3,18 cm * (12,7 cm )3 / 12 :: 542,82 cm4 == 133 Momento de inercia polar

J :: b * h * ( h2 + b 2 )/12 J :: 3,18 * 12,70 * (3,182 + 12,702 )/12 J == 576,85 cm4

Ar-ea •

A == b * h Al :: 12,7 * 3,18 == 40,39 cm:! Peso del perfil

vJ :: b * h * 0,79/100 w 31,8 mm * 127 mm * 0,79/100 :: 31,90 kg

58

donde un metr-o pesa 31 ~ 90 Ki logr-amos ósea 1 c