Diseño De Huaros.pdf 191o1l

3 DISEÑO DE DETALLE DEL TRANSPORTADOR AÉREO

3.1 INTRODUCCIÓN

El material y las Propiedades Mecánicas 1 para nuestro diseño son (Ver ANEXO 2):

-

Acero ASTM A - 36

-

Esfuerzo de Fluencia y = 250MPa

-

Esfuerzo Ultimo u = 400MPa

3.2 DISEÑO

En el capítulo 2 se analizo varias alternativas de transportadores aéreos y se determino que la mejor opción de diseño es el Teleférico Bicable de Vaivén.

Es el más adecuado a ser implementado por su reducido costo de construcción en comparación con los otros, su sencilla construcción y porque se puede reutilizar 1

BEER, Ferdinand, Mecánica de Materiales, Tercera edición, Editorial MgGraw-Hill, Apendice B, pág. 746

algunos dispositivos ya implementados en el transportador aéreo actual. También este tipo de Teleférico Bicable de Vaivén se usa en tramos menores de 500m

Se utilizara instalaciones de pinza fija, habitáculo de cabina cerrada, con puesto de mando en la estación de salida y llegada, contara además con movimiento de vaivén entre las estaciones. Los pesos a ser considerados son los siguientes:

-

Soportara el peso de 4 personas

-

El peso de la cabina que se la construirá con aceros estructurales

-

Peso propio de los cables carril y motriz

-

Peso de dispositivo de enganche de cabina al cable carril

También se diseñara la estación de llegada empleando una torre de apoyo construida en ángulo estructural. Se analizara la torre ya existente para ser reutilizada o ser rechazarla.

El sistema motriz se analizara a detalle con los debidos factores y dispositivos de seguridad, frenos y equipos de emergencia.

A continuación se presenta un esquema de las dimensiones del terreno en el cual será adecuado el teleférico Bicable de Vaivén.

Fig. 3.1.- Esquema del terreno

3.3 CÁLCULO DEL CABLE CARRIL

El peso a ser transportado por el Teleférico Bicable de vaivén planteado en este proyecto es de 500 Kg de los cuales:

320 Kg se toman del peso de 4 personas a ser transportadas tomando un promedio de 80 Kg por persona

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

Se procede a convertir nuestro peso en Kgf, tomando en cuenta nuestra gravedad de 9.81 m/s2

3.3.1 CALCULO DEL DIÁMETRO DEL CABLE CARRIL

La Resistencia Verdadera se calcula con un factor de seguridad para cables carril de 3.5 (Ver Tabla No 1.)

Luego determinamos el diámetro del cable carril en base de la ecuación de esfuerzo

Por razón comercial (Ver ANEXO 1) tomaremos como 45 mm el diámetro del Cable de Acero Galvanizado. Para el manejo de cables de Acero ver Anexo 14

3.3.2 CALCULO DE LA TENSIÓN O CONTRAPESO DEL CABLE CARRIL

Para realizar el cálculo de tensión o contrapeso para el cable carril realizamos el siguiente ¨Procedimiento de Calculo Para Teleférico Bicable de vaivén¨ 2

En la figura 3.2 se muestran las fuerzas, tensiones y rozamientos que se presentan en un teleférico las cuales se procederán a calcular.

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

Donde

(TE) Tensión en el ramal de retorno en la estación motriz (TS) Tensión en el ramal de subida en la estación motriz (T) Tensión en los dos ramales en la estación de retorno

2

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

298

(C)

Valor del contrapeso

(T peso) peso por metro lineal de cable en cada estado de carga (T roz) Rozamiento en el ramal (

) Variación de la tensión

Para realizar un predimencionado de un teleférico de vaivén en primer lugar se definen las variables de carga como:

3.3.2.1 Peso por metro lineal en vacio

Donde:

( ) peso del cable por metro lineal, diámetro de 45 mm es de 6.72 Kg/m 3 (s) Peso del vehículo (e) Distancia entre vehículos

La distancia entre vehículos (e) se da con:

Duración del servicio

3

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

Donde: (L) Longitud recorrida por el teleférico Bicable de Vaivén. (v) velocidad de la cabina. Tomamos un valor de 2 m/s debido a que tenemos una sola cabina y tenemos una baja demanda de funcionamiento. (Ver Capitulo 2, Tema 2.5.4)

Intervalo entre cabinas

Donde: (N) Numero de personas a ser transportadas (Q)

Número de personas a ser transportadas en una hora durante un día.

Distancia entre cabinas

Debido a que la frecuencia de pasajeros es demasiada baja 0,42 personas/hora, los datos de intervalo entre cabinas y distancia entre cabinas son demasiado altos para la longitud de nuestro Teleférico Bicable de Vaivén, por lo que tomaremos que la distancia entre vehículos e = L longitud de teleférico (360.56 m) y concluimos con la implementación de una sola cabina de 4 pasajeros

3.3.2.2 Peso por metro lineal cargado

Donde:

(q) Carga vertical por pasajero

(N) Numero de pasajeros

3.3.2.3 Peso por metro lineal con un 33% de carga

3.3.2.4 Estudio de las variaciones de tensión

Se realizaran los cálculos itidos en los transportes por cable en general, donde la catenaria (curva que forma una cuerda colgada de dos puntos fijos) se sustituyen por un arco de parábola y se estudian los casos más desfavorables que son:

1. lado de subida cargado y lado de retorno vacio

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

3. lado de subida vacio y lado de retorno vacio

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

3.3.2.4.1 Lado de subida cargado y lado de retorno vacio

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

3.3.2.4.3 Lado de subida vacio y lado de retorno vacio

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

3.3.2.5 Calculo de la Tensión del Cable Carril

Nos damos cuenta que la tensión es mayor en el primer caso ósea en el lado de subida cargado y lado de retorno vacio (Caso 3.3.2.4.1), por lo que tomamos este valor para el cálculo de la tensión del Cable Carril.

El valor de la Tensión del Cable Carril permanece constante en cualquier estado de carga.

3.3.2.6 Tensiones debidas al peso

Las tensiones debidas al peso se calculan con la formula

Donde

Peso por metro lineal cargado = (h) Desnivel entre estación motriz y de retorno

En la figura a continuación se muestra el esquema de fuerzas para el cálculo de Tensiones debidas al peso.

Fig. 3.3.- Esquema de fuerzas

3.3.2.7 Tensiones debidas al rozamiento Los rozamientos se deben de tomar muy en cuenta y se distribuyen linealmente en todo el desnivel de la línea. La carga sobre los apoyos afectada de un coeficiente igual a 0.028 produce unos rozamientos estimados que siguen la siguiente ecuación:

Donde

Peso por metro lineal cargado = ( ) Coeficiente de rozamiento dado por

(L) longitud

3.3.2.8 Incremento de la tensión para el arranque de la instalación

Primero debemos conocer el valor de la masa que se va a poner en movimiento que se determina por medio de la ecuación:

El incremento de la tensión para el arranque de la instalación se da por:

Donde

(a) aceleración que normalmente la instalación se calcula para que arranque en 20 seg

3.3.2.9 Determinación del Diámetro de la Polea para el Cable Carril

Para determinar el diámetro de la polea a usarse en el cable motriz que ira ubicada sobre la torre en la estación de llegada y que servirá para tensar en cable carril, se lo realiza en base de la tabla siguiente: Tabla. 3.1.-Poleas para Cable de Acero

FUENTE: Maquinas Herramientas. Larburu Nicolás. Tabla 4.9. pág. 306

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

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

Difícil construcción de un diámetro tan grande como es 1100mm

-

Factores económicos

-

Poco uso, esta polea se usara solo en el momento de tensar el cable sobre la torre de sustentación y también dará un leve movimiento a causa de las dilataciones que presentara el cable carril

-

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

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

Sufijo Dimensiones

Diámetro exterior

(de)

400 mm

Ancho de polea

(a)

95 mm

Profundidad de canal

(h)

55 mm

Diámetro para el eje

(d1)

100 mm

Cojinete de diámetro ext.

(d2)

115 mm

Diámetro interior

(d1)

100 mm

3.4 DISEÑO DEL SISTEMA MOTRIZ

3.4.1 CALCULO DEL CABLE MOTRIZ

La Resistencia Verdadera se calcula con un factor de seguridad para cables carril de 4.5 (Ver Tabla No 1. Pág. 25)

Para el cálculo del diámetro del cable motriz se realiza en base del siguiente procedimiento de cálculo 4

3.4.2 CALCULO DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD

Según su aplicación, considerando cargas y servicio se dispone:

Grupo I: Cables sometidos a cargas parciales y servicio poco frecuente Grupo II: Cables sometidos a cargas totales y servicio normal Grupo III: Cables sometidos a cargas totales y servicio frecuente

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

Grupo I: s = 6-7 Grupo II: s = 7-8

4

LARBURU, Antonio, Maquinas Prontuario, Editorial Paraninfo 1999, Pag303

Grupo III: s = 8-10

Para nuestro cable carril consideramos como grupo II sometidos a cargas totales y servicio normal por lo que tomamos un coeficiente de seguridad s = 8

3.4.3 CALCULO DE LA CARGA A LA ROTURA (Tr)

Donde: (T) Carga total o Resistencia Verdadera que está sometida el cable (S) Coeficiente de seguridad

3.4.4 CALCULO DEL DIÁMETRO DEL CABLE MOTRIZ

Donde: (K) coeficiente que se dispone de:

0.32-0.34 para grupo I 0.34-0.36 para grupo II 0.36-0.38 para grupo III

A continuación se escoge de la siguiente tabla, en base del diámetro calculado igual a , el Cable de Acero galvanizado con Alma Metálica diámetro 18 mm (cuadro gris en la tabla 3.3), con una carga de rotura mínima de 279.41 KN . Para el manejo de Cables de acero ver Anexo 14.

Tabla. 3.3.-Dimenciones de Cables de Acero

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

3.4.5 CALCULO DEL TAMBOR DE ENROLLAMIENTO DEL CABLE CARRIL

La fatiga por flexión en un cable está íntimamente relacionada con el diámetro del arrollamiento en los tambores y poleas.

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

Relación entre el diámetro de la polea o tambor y el del cable. Relación entre el diámetro de la polea o tambor y el del mayor alambre.

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

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

Escogemos de la siguiente tabla, según el diámetro 19 mm del cable motriz y de la carga T =

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

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

5

LARBURU, Antonio, Maquinas Prontuario, Editorial Paraninfo 1999, Pag303

FUENTE: Maquinas Herramientas. Larburu Nicolás. Tabla 4.9. pág. 306

Tabla. 3.5.-Dimenciones del Tambor de enrollamiento del Cable motriz Denominación Diámetro tambor

Sufijo Dimensiones (dt)

400 mm

(b)

2.5 mm

Paso de ranuras

(p)

22 mm

Radio del canal

(r)

10.6 mm

Espesor pared de tambor

(e)

16 mm

Longitud tambor

(L)

500 mm

Diámetro de tapas

(dt)

700 mm

Distancia centro del cable a filo de ranura del tambor

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

Para las poleas, los fabricantes recomiendan que en la relación entre su diámetro y el del cable, se cumpla D/d ≥ 22. El diámetro de la polea se considera medido desde el fondo de la garganta.

Fig. 3.4.- Disposición del tambor

Es conveniente que los tambores sean de tipo acanalado y tengan la disposición que se refleja en la figura 3.1 El ángulo a de desviación lateral que se produce entre el tambor y el cable debe ser inferior a 1,5º. Para enrollar un cable en un tambor debe tenerse presente el sentido de cableado, procediéndose según se muestra en la figura 3.5

Fig. 3.5.- Sentido de cableado

3.4.6 PESO DEL TAMBOR

Calculamos la masa del material que se construirá el tambor, para lo cual primero determinamos el volumen: Las dimensiones tenemos en Tabla 3.5

La masa es

Finalmente el peso del tambor es:

3.4.7 CÁLCULO Y DISEÑO DEL EJE DEL TAMBOR DE ENROLLAMIENTO DEL CABLE CARRIL.

En el diseño del eje deben considerarse los esfuerzos como las deflexiones, las deflexiones suelen ser el factor crítico, ya que una deflexión excesiva puede causar un desgaste rápido en los cojinetes del eje 6.

Las consideraciones de diseño de ejes son:

El eje debe ser lo más corto posible para minimizar deflexiones y esfuerzos Evitar ejes en voladizo y en lo posible utilizar apoyos en los extremos del eje

Al diseñar el eje del Tambor de enrollamiento del cable motriz es necesario determinar su par de torsión y las cargas.

3.4.7.1 Par de torsión Tm

Determinamos el par de torsión transmitido a partir de la potencia y la velocidad angular dada:

6

ROBERT L. NORTON, Diseño de Máquinas ,Editorial Prentice Hall, Primera edición, pág. 571

Donde: (P) Potencia del motorreductor escogido, 10.7 KN (Ver tema 3.4.8) (w) velocidad angular del Tambor 126 rpm

3.4.7.2 Cargas en el eje El análisis de las cargas se lo realiza para determinar momento máximo en el eje del tambor. El tambor al enrollar el cable motriz produce una fuerza tangencial calculada a continuación:

La tensión del cable motriz cuando es enrollado actúa sobre el tambor con una tensión de entre apoyos 0.60 metros.

. La longitud del tambor es 0.50 metros y la longitud

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

Para obtener la fuerza resultante sobre el eje sumamos la tensión en el cable carril más fuerza tangencial más el peso del tambor (Ver tema 3.4.3):

Una vez determinada la fuerza resultante que actúa en el centro del eje, se determina el valor de las reacciones en cada una de los extremos, a continuación se presenta el diagrama de fuerzas, cortante y momento flector: Fig. 3.7.-Fuerza resultante en el eje

Donde:

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

Donde: Fr

Fuerza resultante aplicada al eje

L

Longitud entre rodamientos

Una vez determinados el momento flector y torsor máximo, procedemos a determinar el diámetro del eje:

El material con el cual se va a construir el eje del tambor es de Alta resistencia y baja aleación Assab 705 Grado 345, debido a que presenta una buena resistencia al desgaste, con las siguientes propiedades mecánicas (ver ANEXO 2):

Sy = Límite de fluencia = 345 MPa. Sut = Límite último de tracción = 450 MPa. Sf’ = Límite de fatiga = 225 MPa. (0.5xSut)

Considerando un factor de corrección para el límite de la fatiga en el eje se tiene 7:

Este valor de resistencia a la fatiga se tiene que reducir, aplicando varios factores, con el fin de tomar en cuenta las diferencias entre la pieza real y los cálculos.

Una vez que se tiene todos los datos se calcula el diámetro a cargas estáticas mediante la siguiente expresión:

Se determina la resistencia a la fatiga corregida.

Donde

7

Se

Límite de resistencia a la fatiga corregida

Ccarga

Factor de carga

Ctamaño

Factor de tamaño

Csuperficie

Factor de superficie

Ctemperatura

Factor de temperatura

Cconfiabilidad

Factor de confiabilidad

Se´

Límite de resistencia a la fatiga

NORTON, Robert, Diseño de Máquinas, Editorial Prentice Hall, Primera edición

Determinamos el valor de cada factor que modifica la resistencia a la fatiga, de acuerdo a los criterios de la teoría de fallas por fatiga:

Ccarga

Factor de carga o de reducción de de resistencia de forma. Para

cargas de flexión el valor de corrección de carga es: 1

Ctamaño

Factor de tamaño de reducción de esfuerzos, al no conocer el

tamaño de la pieza consideramos este factor igual a 1.

Csuperficie

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

turbina.

Csup erficie

A Sut

b

(3.30) si Csup erficie 1.0 Csuperficie 1.0

Los coeficientes para la ecuación anterior son (Ver ANEXO 3). El factor superficial se encuentra en el

Ctemperatura

b

Csup erficie

A S ut

Csup erficie

4.51 860

Csup erficie

0,75

0.265

(3.31)

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

considera de la siguiente manera.

para T

Cconfiabilidad

450 C 840 F :

Ctemp

1

Factor de confiabilidad, (ver ANEXO 4) en esta etapa de diseño

preliminar suponemos una confiabilidad de 50% tenemos Cconfiabilidad = 0,1.

Remplazando valores en la ecuación de resistencia a la fatiga, obtenemos el valor de resistencia a la fatiga corregida.

Se determina el factor de concentración de esfuerzos a fatiga (ver ANEXO 5), una aproximación se realiza con una relación de diámetros

r d

Kt

A

Kt

1.0165

Kt

0.4375

b

1 50

0 , 21548

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

1

q

a r 1 0,093 1

1 q 1 q

0,77

(3.33)

El factor de concentración de esfuerzos a fatiga es:

Kf

1 q Kt

1

Kf

1 0,77 0.4375 1

Kf

0.56

(3.34)

La concentración de esfuerzos para un escalón cargado a torsión es inferior que para la misma cargada a flexión

Kt

Kf

El factor del componente medio del esfuerzo a torsión será:

K fsm

1 q Kt

1

K fsm

1 0,9 0.4375 1

K fsm

0.494

(3.35)

Finalmente realizamos una primera aproximación del diámetro del eje

d eje

d eje d eje

32 N f

32 * 3

kf

Ma se

2

1.98E 3 0.56 * 114.75

2

3 4

2

k fsm

Tm Sy

1 2

1 3

3 810.93 0.494 * 4 345

0.0462mm

2

1 2

1 3

(3.36)

Donde

Nf = Factor de seguridad, para esta aplicación n = 3. Sy = Esfuerzo de fluencia del material M m = Momento flector máximo. Tmáx = Torque máximo. Kf = factor de concentración de esfuerzos a fatiga. Kfsm = Componente medio del esfuerzo a torsión.

El diámetro del Eje según el cálculo es 46 mm, por razones de seguridad tomaremos un valor del diámetro en los apoyos (rodamientos) de 50 mm y de 55 mm en la longitud que ira soldado el tambor.

3.4.8 ELECCIÓN DE CHUMACERAS

Las cargas transversales máximas sobre el eje del tambor para enrollamiento del cable carril son:

Con una fuerza resultante de

El diámetro del Eje del Tambor tanto en Bx como By es de 50 mm, su velocidad es de 126 rpm. Las cargas de empuje en este caso son despreciables.

Del catalogo SKF del ANEXO 7, se escoge una chumacera # UG310D1 con un diámetro interior de 50 mm, extraemos sus datos: carga dinámica C = 35 KN, carga estática Cr = 23.2 KN.

Calculamos la vida proyectada 8 (L) de la chumacera, tomando el valor más alto de las reacciones en los extremos.

8

NORTON, Robert, Diseño de Máquinas, Editorial Prentice Hall, Primera edición

3.4.9 POTENCIA NECESARIA

Para el dimensionamiento de la potencia necesaria se utiliza el caso I (Ver tema 3.3.2.4), que es el más desfavorable, es decir subida cargado y retorno vacio.

Donde

(

) Variación de la tensión (daN)

(v) Velocidad (m/s) (n) rendimiento conjunto motor tomamos 0.95 (

) Potencia Requerida (CV)

Reemplazando

3.4.10

CALCULO

DE

LA

VELOCIDAD

DEL

TAMBOR

DE

ENROLLAMIENTO DEL CABLE CARRIL

Para el cálculo de la velocidad del tambor de enrollamiento del cable determinaremos por la formula9

9

CASILLAS, A.L., Maquinas cálculos de taller, Editorial Hispanoamericana, 23 Edición, pág. 48

Donde n = numero de revoluciones por minuto (rpm) R = radio del tambor un metros D = 400 mm V = velocidad en m/s (cabina)

Despejando la velocidad obtenemos

3.4.11 SELECCIÓN DEL MOTORREDUCTOR

Una vez que ya conocemos la velocidad de salida y la potencia del motorreductor procedemos a elegir en base del CATALOGO ¨REDUCTORES Y MOTORREDUCTORES¨ DE ANGEL LARREYNA S.A. Datos requeridos del motoreductor: Velocidad salida N2 = 100 rpm Potencia P = 11 KW

Selección:

1. Seleccionamos la posición del motorreductor AM P/f1 ya que necesitamos una posición horizontal.

Tabla 3.6.-Posicion del motoreductor

2. Elección de características técnicas: Escogemos el motoreductor número 11.1, que tiene la potencia y revoluciones requeridas.

Tabla 3.7.-Caracteristicas Técnicas del motorreductor

3. Posible acoplamiento con motores

Tabla 3.8.-Acoplamiento con motor

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

Tabla 3.9.-Dimenciones del motorreductor

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

AM

VERSION

SIZE

IR

IEC

Kw

MOTORED

P

80/3

11.1

132B5

10.7

38 B5

Procedemos a verificar que la potencia nominal del motor potencia requerida por la instalación (

)

sea mayor que la

Con lo que se concluye que el motorreductor código AM P 11.1 132B5 10.7KW es el adecuado para la aplicación requerida.

3.5 CALCULO DE LA FLECHA

Para el cálculo de la catenaria (curva que forma una cuerda colgada de dos puntos fijos) se establece la hipótesis simplificada de considerar la curva del cable como parábola para evitar trabajar con funciones hiperbólicas Ecuación de una parábola

Deflexión en metros

3.6 DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA TORRE DE SOPORTE

Para realizar el cálculo estructural de la torre de soporte empezaremos con determinar las tensiones que se producen en la parte superior de la Torre de Soporte debido a la acción del cable Carril.

3.6.1 CALCULO DE TENSIONES EN LA TORRE DE SOPORTE

Para determinar las tensiones que se presentan sobre la Torre de Soporte primeramente calculamos los ángulos que se producen entre la línea del cable y la horizontal del suelo.

Determinamos el ángulo

Fig. 3.8.- Ángulos formados por el cable

En la estación de llegada tenemos el siguiente ángulo

al llegar el cable carril a la

polea que está en la cima de la torre 10 metros

En la estación de salida tenemos:

Al pasar por la polea el cable carril es llevado a un anclaje que se encuentra en el suelo a 7 metros de distancia desde el eje de la polea. Por lo que el ángulo formado por este cable es

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

lo que la denominamos

Fig. 3.9.- Ángulos formados por el cable carril

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

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

Encontramos la componente

Encontramos la componente

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

3.6.2 CALCULO DE TENSIONES EN LA ESTACIÓN DE SALIDA

Este extremo del cable carril va anclado a una cimentación que está en el suelo por lo que no necesitamos de torre en esta parte.

Fig. 3.12.- Tensión resultante en el cable Carril estación de salida

Descomponemos fuerza en X

Descomponemos fuerza en Y

3.6.3 CALCULO DE LAS CARGAS DE VIENTO

En el cálculo de las cargas de viento presentes en la zona que se instalara el teleférico de vaivén se realizan a continuación teniendo en cuenta datos reales.

3.6.3.1 Cargas de Viento

La presión del viento en una estructura puede estimarse con la siguiente expresión10:

Donde: (V) velocidad anual media en la provincia de Zamora Chinchipe es de 12 m/s en la dirección norte-oeste11. Ver ANEXO 3

10

URIBE, Jairo, Análisis de Estructuras, Editorial Escuela de Ingeniería de Colombia, pág. 56 Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología, Anuario Meteorológico # 40, 2006, pág. 115, [email protected] 11

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

12

a la que está ubicada la Provincia de Zamora Chinchipe sumada la altura a la que está ubicada la torre que es 300 m, tenemos 1270 metros, en la tabla 3.5(cuadro color gris) escogemos el factor de 0.83.

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

FUENTE: URIBE, Jairo, Análisis de Estructuras, Editorial Escuela de Ingeniería de Colombia, pág. 663, tabla B.6.4-2

Finalmente multiplicamos dicho valor q por el coeficiente

, (Ver ANEXO 6),

para obtener la presión de viento P, ejercida sobre cualquier punto de la superficie de la estructura.

12

Zamora (ciudad, Ecuador)." Microsoft® Encarta® 2009 [DVD]”. Microsoft Corporación, 2008

Donde: () Coeficiente de valores para superficies verticales. Como la estructura que se diseñara es prismática alargada escogemos de la tabla 3.6 el valor de 1.6

Tabla. 3.11.-Tabla de coeficiente superficies verticales

FUENTE: URIBE, Jairo, Análisis de Estructuras, Editorial Escuela de Ingeniería de Colombia, pág. 663, tabla B.6.4-2

Para determinar la carga puntual de viento sobre cada nodo de la estructura de la torre de soporte necesitamos calcular el área tributaria.

El área tributaria (At) es el área afectada por todas las cargas muertas, vivas, y por el viento que inciden directamente en el nodo. Es la mitad del área que soportara la carga Fig. 3.13.-Area tributaria de la torre de soporte

Donde: (L) Separación entre nodos (s) Separación entre soportes

3.6.3.2 CALCULO DE LA CARGA PUNTUAL DE VIENTO

La carga puntual de viento que actúa sobre los nodos de la torre de soporte se la determina de la siguiente manera:

Donde: (p) Presión de viento ( ) Área tributaria

3.6.4 CALCULO DE LAS CARGAS SISMICAS

Las especificaciones aquí presentadas deben ser consideradas como requisitos mínimos a aplicarse para el cálculo y diseño de una estructura, con el fin de resistir eventos de origen sísmico.

Dichos requisitos se basan principalmente en el comportamiento dinámico de estructuras de edificación. Para el caso de estructuras distintas a las de edificación, tales como reservorios, tanques, silos, puentes, torres de transmisión, muelles, estructuras hidráulicas, presas, tuberías, etc., cuyo comportamiento dinámico es distinto al de las estructuras de edificación, se deberán aplicar consideraciones adicionales especiales que complementen los requisitos mínimos que constan en el presente Código Ecuatoriano de la Construcción.

- Prevenir daños en elementos no estructurales y estructurales, ante terremotos pequeños y frecuentes, que pueden ocurrir durante la vida útil de la estructura.

- Prevenir daños estructurales graves y controlar daños no estructurales, ante terremotos moderados y poco frecuentes, que pueden ocurrir durante la vida útil de la estructura.

- Evitar el colapso ante terremotos severos que pueden ocurrir rara vez durante la vida útil de la estructura, procurando salvaguardar la vida de sus ocupantes.

3.6.4.1 Estructuras Diferentes a las de Edificación.

Las estructuras distintas a las de edificación incluyen todas las estructuras autoportantes que no son edificios, las cuales soportan cargas verticales y deben resistir los efectos sísmicos, tales como reservorios, tanques, silos, puentes, torres de transmisión,

muelles,

estructuras

hidráulicas,

presas,

tuberías,

etc.,

cuyo

comportamiento dinámico es distinto al comportamiento de las estructuras de edificación. Este tipo de estructuras se diseñarán para resistir las fuerzas laterales mínimas especificadas en este numeral, complementadas mediante consideraciones adicionales especiales aplicables a cada tipo de estructura.

El peso W de las estructuras incluirá todas las cargas muertas definidas anteriormente para el caso de edificios. Para propósitos de cálculo de fuerzas laterales

de diseño, W deberá incluir todos los pesos presentes debidos a los contenidos de dichas estructuras, en condiciones de operación máxima que en nuestro caso es la componente total

Para determinar las cargas sísmicas presentes en la zona donde se colocara la torre de soporte se procede a realizar el cálculo 13

3.6.4.2 Período Fundamental de la Estructura T

Se define como periodo de vibración de la estructura, se calculará utilizando métodos reconocidos de la dinámica estructural, tal como el siguiente método:

Donde:

) 10m, altura en metro medida desde la base de la estructura (Ct) Coeficiente que se lo determina en la siguiente tabla y escogemos el valor de 0.09 utilizado para pórticos o estructuras de acero.

Tabla. 3.12.-Tabla de Coeficiente Ct DESCRIPCION

COEFICIENTE Ct 0,09

Para pórticos de acero Para

0,08

pórticos

de

espaciales

de

hormigón armado con muros estructurales

13

espaciales

hormigón armado Para

0,06

pórticos

y

para

otras

URIBE, Jairo, Análisis de Estructuras, Editorial Escuela de Ingeniería de Colombia, pág.46

estructuras FUENTE: URIBE, Jairo, Análisis de Estructuras, Editorial Escuela de Ingeniería de Colombia, pág. 46.

3.6.4.3 Calculo del Cortante Estático

Para el caso de estructuras rígidas (con períodos menores a 0,6 s), éstas se deberán diseñar (incluidos sus anclajes) aplicando la fuerza lateral obtenida mediante la ecuación:

Donde: (Z) Factor en función de la zona sísmica que es la aceleración pico efectiva, En la tabla 3.8 ubicamos la Provincia de Zamora Chinchipe que se encuentra en la Zona sísmica 2 en la cual adopta un valor de Z = 0.25

(I) Coeficiente de importancia, En la tabla 3.14 la Torre de Soporte se ubica en la categoría de Edificaciones Esenciales y se asigna el valor del I = 1.5

Tabla. 3.13.-Tabla de valores del factor Z en función de la zona sísmica

FUENTE: CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN, Peligro Sísmico, Espectros de Diseño y Requisitos Mínimos de Cálculo para Diseño Sismo-Resistente, 2002, pág.22 Tabla. 3.14.-Tabla del factor de importancia I

FUENTE: CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN, Peligro Sísmico, Espectros de Diseño y Requisitos Mínimos de Cálculo para Diseño Sismo-Resistente, 2002, pág.22

3.6.4.4 Calculo de la Fuerza Sísmica Fs

Donde: (V) Cortante Estático (T) Periodo fundamental

3.6.5 CALCULO DE LAS CARGAS MUERTAS

Las cargas muertas son todas las cargas debidas al peso propio de la estructura. Para este caso vamos a suponer el uso de Angulo de 76 x 76 mm x 6mm, el cual tiene una área de A = 9.01 cm2

Calculamos la masa (m) La longitud total de material usado en la torre de soporte es de L = 26.16 m que se la obtiene sumando todas las longitudes presentes en la tabla 3.15

Donde (A) Sección del Angulo (L) Longitud totales

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

Donde:

es la sección de la torre de soporte

Donde (b) base del triangulo (a) Altura (B) Base del rectángulo

Ahora se procede a calcular la carga muerta

Donde:

puntual sobre cada nodo.

Área Tributaria. (Ver tema 3.7.1)

3.6.6 ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LA TORRE DE SOPORTE

3.6.6.1 Dimenciones de la Torre de Soporte

Todas las dimensiones (en metros) de la torre se presentan a continuación para que nos ayuden en el cálculo de las tensiones en cada elemento estructural.

Fig. 3.14.- Dimensiones de la Torre de Soporte

Nota: Dimensiones en centímetros

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

3.6.6.2 Angulos en la Torre de Soporte

Fig. 3.15.- Ángulos de la Torre de Soporte

3.6.6.3 Análisis Estático con Diferentes Cargas

Se procederá a analizar la Torre de Soporte con las diferentes cargas como son muertas, vivas, viento y sísmica.

3.6.6.3.1 Análisis con cargas muertas

Las cargas muertas están en el eje Y, las reacciones: Cargas muertas

Fig. 3.16.- Análisis de Cargas Muertas

Para obtener las reacciones en los apoyos de esta estructura estáticamente indeterminada con la ayuda de un Programa Especializado en Calculo Estructural procedemos a calcular las reacciones en los apoyos A y B (Ver figura 3.14)

Fig. 3.17.-Reacciones con Carga Muerta

Con la ayuda del Método de los nodos procedemos a analizar los esfuerzos en cada barra de la estructura NODO 1

NODO 2

Como nos podemos dar cuenta la estructura de la Torre de Soporte es simétrica en dimensiones y en cargas muertas por lo tanto procedemos a calcular solo los nodos de la parte izquierda y los de la derecha serán iguales.

NODO 3

NODO 5

NODO 7

NODO 9

NODO 13

NODO 11

Tabla. 3.16.-Esfurzos en barras por carga muerta

3.6.6.3.2 Análisis con Cargas de Viento

Las Cargas de viento presentes en cada nodo es Pv =

. Obtenemos las

componentes (Pv x) y (Pv y), tomando en cuenta que las cargas de viento afectan perpendicularmente a superficie de la estructura, como se puede observar en la siguiente figura Fig. 3.18.-Componentes de la Carga de viento

Fig. 3.19.- Análisis de cargas de viento

Para las cargas de viento al igual que en el caso anterior obtenemos las reacciones en los apoyos con un programa especializado.

Fig. 3.20.-Reacciones con carga de Viento

Por el método de Nodos estructura

NODO 1

NODO 2

NODO 3

NODO 4

realizamos el análisis de esfuerzos en cada barra de la

NODO 5

NODO 6

NODO 7

NODO 8

NODO 9

NODO 10

NODO 13

NODO 11

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

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

3.6.6.3.3 Análisis con Cargas de Sismos

Las cargas de sismos se presentan horizontalmente en cada nodo de la superficie de la estructura. El valor de la Carga Sísmica

= 0.315 KN

Calculamos las reacciones en los apoyos con un programa especializado

Fig. 3.21.-Reacciones con carga sísmica

Para el cálculo de las tenciones en cada barra utilizamos el procedimiento de nodos anterior (Ver tema 3.10.3.3), que se utilizo para el análisis de fuerzas por viento, reemplazamos (Pv x) por (Fs.), y la fuerza (Pv y) se anula. Los resultados obtenidos se presentan a continuación:

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

3.6.6.3.4 Análisis con Carga Vivas

Las cargas vivas son las producidas por el uso de las personas en la estructura, en nuestro caso son producidas por el peso de estas al estar suspendidas al cable carril, al ser transportadas en la cabina.

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

;

Fig. 3.22.-Análisis de cargas vivas

Calculamos las reacciones en los apoyos de la Torre con la ayuda de un programa especializado Fig. 3.23.-Reacciones con carga viva

Al igual que en analisis de cargas sismicas (Ver tema 3.10.3.3) vamos a utilizar el procedimiento de calculo en cada nodo para calcular las cargas vivas que en resumen se presentan a continuacion:

Tabla. 3.19.-Esfuerzos en barras por cargas vivas

3.6.7 CALCULO ESTRUCTURAL DE LA TORRE DE SOPORTE

Para simplificar el cálculo y elección de los perfiles más adecuados que se utilizaran en la construcción de la torre o soporte de línea se realizara en el programa Excel el cual facilita las iteraciones.

3.6.7.1 Combinacion de Carga Maxima.

Cuando se diseñan las estructuras de acero con perfiles laminados se deben estudiar las siguientes combinaciones básicas:

Tabla. 3.20.-Combinaciones de carga D D+L D+W D+0.7E D+L+W D+L+0.7E

FUENTE: URIBE, Jairo, Análisis de Estructuras, Editorial Escuela de Ingeniería de Colombia, pág. 49

En donde: D es la carga muerta, L carga viva, W son las cargas de viento, E las causadas por el sismo de diseño.

A continuación se muestran las combinaciones de cargas analizadas que se presenta en el diseño de la Torre de Soporte.

Se escoge la combinación D+L+W por ser la presenta valores más altos de esfuerzos en las barras de la Torre de Soporte

Tabla. 3.21.-Tabla de combinaciones de cargas

Una vez que tenemos la combinación de cargas que tiene valores más elevados procedemos a escoger los perfiles más adecuados para cada barra en base de la carga a la cual está sometida.

Las formulas que se describen a continuación se usan en el Programa de Iteración realizado en Excel (Ver archivo Cd adjunto).

Formulas Utilizadas: En el Área Calculada se utiliza:

Donde

. Esfuerzo isible en tensión según la norma AISC

Fy = 250Mpa o 15000

. Limite de fluencia

Las columnas Perfil Angulo, Área Real e Inercia se las obtienen del catalogo de la Empresa IPAC. Ver ANEXO 10.

El Radio de Giro utilizamos la formula

Donde I = Menor Inercia en X o Y A = Área real.

La relación Cc se obtiene de

Donde E = 200Gpa. Modulo de elasticidad

Fy = Limite de fluencia

La Relación de Esbeltez

Donde K = 0.65 L = Longitud r = Radio de giro

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

Si la barra está sometida a tracción:

Si

se utiliza la formula parabólica

Si

se utiliza la formula de Euler Modificada

Para que la iteración en el programa EXCEL de la conclusión de ACEPTADO tiene que cumplir con la relación

Tabla. 3.22.-Tabla de selección de perfil

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

En el siguiente grafico se muestra los perfiles calculados a utilizarse en la Torre de Soporte en base a los resultados obtenidos de la Tabla 3.22, los cuales están dispuestos de la siguiente manera

Fig. 3.24.-Torre de Soporte con Perfiles calculados

3.6.8 CALCULO DE LA PLACA BASE

La Placa Base va soldada al ángulo inferior de cada pata de la Torre de Soporte, esta Placa base a su vez es anclada a la cimentación por medio de pernos.

Para realizar el cálculo de la Placa Base tomamos

las reacciones en la

articulación de la Torre de Soporte para una combinación de carga (viva + muerta + viento). De las reacciones tomamos la que mayor valor de carga presenta

Por lo tanto los datos a considerar son los siguientes Carga axial 3.07 KN

Deberá soportar un perfil de ángulo 100 x 100 x 18 mm con una longitud de 3.069 m Se usara plancha negra A36 con un esfuerzo de fluencia ultimo Fy = 250 MPa.

Se considera Concreto de resistencia media (Fc) con una resistencia última de 28 MPa. Las dimensiones de la zapata es de 40 x 40 cm

El Área requerida para la placa base se calcula a continuación: Suponiendo que el área del concreto de soporte es mucho más grande que el área de la placa de manera que

El área dos (A2) no debe de ser menor que la profundidad de la columna (bc) multiplicada por el ancho del perfil (d) en este caso el ángulo.

Revisamos

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

Como el valor de A1placa es bastante menor que A1, tomamos el valor de seguir con los cálculos.

Optimizamos las dimensiones de la placa base

Calculamos el largo de la placa (N)

para

Calculamos el ancho de la placa (B)

El valor del ancho B de la placa es muy bajo por lo que imponemos que sea igual al largo N, ósea que las dimensiones de la placa base es de 0.25 x 0.25 m Seguimos con el cálculo del espesor (e) requerido por la placa base

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

3.6.8.1 Pernos de anclaje

Para determinar los pernos que usaremos para empernar la placa a la cimentación usamos el siguiente procedimiento.

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

Donde (Fy) Resistencia mínima de tensión para perno clase 8.8 (carbón medio)

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

Dividimos el área requerida para cuatro pernos que en nuestro caso se implementara y nos da un área para cada perno de 2.13E-6 m2

Usamos cuatro pernos con número de clase igual a 8.8 (carbono medio) de 13 mm de diámetro. Por factores de seguridad adicionales se tomara un diámetro de 1 pulgada para los pernos de anclaje.

3.6.9

ANÁLISIS DE LA TORRE DE SOPORTE EN PROGRAMA

ESPECIALIZADO

Para verificar los resultados se analizo la estructura de la Torre de Soporte en un programa especializado en Calculo Estructural.

Primero analizamos la Torre de Soporte ya esta implementada en la Central Hidroeléctrica para determinar si utilizaremos o no la misma cuando se proceda con el readecuamiento del Teleférico Bicable de Vaivén, las dimensiones se muestran en la tabla 3.15, el perfil con la cual está construida es de ángulo de 76 x 76 x6 mm.

Se realizo el análisis con acero estructural A36, los valores de las cargas muertas, vivas, de viento y sísmicas son las ya calculadas anteriormente (ver tema 3.10).

La combinación de cargas utilizadas es la suma de cargas MUERTA+VIVA+VIENTO, que es la de mayor valor.

Fig. 3.25 Análisis Torre de soporte con ángulo de 76 x 76 x6 mm

Como podemos observar en la figura 3,22 las barras que están de color verde soportan sin problemas los esfuerzos a las que están sometidas. Las barras de color rojo y que se acercan al valor de 1 en la escala de colores son las que colapsan, teniendo en cuenta que para que una barra este bien diseñada debe encontrarse entre los valores de 0.9 y 0.99, razón por la cual desechamos la reutilización de esta Torre de Soporte con los perfiles analizados para el nuevo diseño.

Ahora en el mismo programa procedemos realizar el diseño de la Torre de Soporte con nuevos perfiles y en 3 dimensiones para obtener un análisis más real, que cumplan las solicitaciones de carga a las cuales están sometidas. Se analiza con las mismas cargas y combinación de cargas para el análisis de la anterior figura 3.22.

Fig. 3.26 Diseño de Torre de Soporte

Como se observa en la figura 3.22 todas las barras soportan adecuadamente la combinación de carga MUERTA+VIVA+VIENTO, presentando un color rojizo pero por debajo de la escala 1, lo que significa que los perfiles utilizados en este diseño se deben utilizar para la construcción de la Torre de Soporte. Entonces procedemos a elegir este diseño para su construcción e implementación.

Los perfiles a utilizar se detallan en la figura 3.23, teniendo en cuenta que la barra 1-3 y 2-4 se conforman de dos ángulos de 100x100x9 unidos como se muestra en la figura 3.24, ya que este perfil con estas medidas no se encuentra en el mercado.

Fig. 3.27 Perfiles adecuados para Torre de Soporte

Fig. 3.28 Angulo L100x100x18

A continuación presentamos los diagramas de Esfuerzos Axiales en cada barra de la Torre de Soporte Fig. 3.29 Diagrama de fuerzas axiales de Torre de Soporte

En la figura 3.21 se muestran los diagramas de Esfuerzos de Torsión que se presentan en la Torre de Soporte.

Fig. 3.30 Diagramas de Torsión de Torre de Soporte

3.7 DISEÑO DE CABINA

Para realizar el diseño la cabina se tiene que considerar los siguientes datos (Ver tema 2.5.5):

-

Capacidad para cuatro personas

-

Se considera un peso de 80Kg por persona teniendo un total de 320Kg

-

La superficie en el suelo por viajero es 0.5 m2, para cuatro personas tenemos 1 m2. Con un espacio de salida de 0.90 m

-

La capacidad según la anchura mínima por persona disponible en las sillas es 0.5 m, con lo que tenemos un ancho de la cabina de 1m.

-

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

-

La altura mínima de las ventanas no superará en 0,35 metros la de los asientos, ósea esta altura será de 0.85 m, teniendo asientos de 0.50m Fig. 3.31 Diseño de la Cabina

3.7.1 DIMENSIONES DE LA CABINA

Fig. 3.32 Dimensiones de la Cabina

3.7.2 DISEÑO DEL PISO DE LA CABINA

El piso de la cabina debe soportar el peso de las cuatro personas a ser transportadas que sería la carga viva, además el peso propio de los materiales a ser utilizados (carga muerta).

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

La carga muerta será la suma del peso de la Plancha antideslizante de aluminio para el piso, peso de los perfiles empleados en el piso.

Fig. 3.33 Esquema del piso de la cabina

La carga muerta es

La única Combinación de Cargas en el piso de la cabina es Cm + Cv

Calculamos el área tributaria del piso de la cabina

La carga que soporta cada perfil es

Dividido para la longitud de la cabina

El momento resultante en cada perfil es

Para la mayoría de casos de apoyos lateral se usa la fórmula para la Flexión AISC. Fy = 250Mpa =

,

Donde: (I) inercia (c) Distancia más lejana de la sección. (s) Modulo elástico de la sección

Escogemos un tubo cuadrado de 38 mm (1.5 in) de lado, 2 mm de espesor, la inercia de 5.48 cm4, distancia c que es la mitad del lado del tubo 19 mm. El peso lineal de este tubo es 1.77 Kg/m (Ver anexo 11) Realizamos la comparación:

Como podemos observar el modulo elástico de la sección escogida es mucho mayor a la calculada por lo que estaría sobredimensionada. Pero mantenemos el uso de este perfil por razones estéticas y de seguridad del piso de la cabina, lo cual no daría un factor de seguridad de 11.

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

El peso total del piso de la cabina

3.7.3 CALCULO ESTRUCTURAL DE LA CUBIERTA DE LA CABINA.

La estructura de la cubierta de la cabina soporta la carga viva de las 4 personas que es de 320 Kg. La carga viva por metro cuadrado es:

El área tributaria es es

(Ver pág. 118). La carga puntual producida por carga viva

3.7.3.1 Calculo de la carga muerta para estructura de la cabina

La carga muerta está dada por el Peso del piso más el peso de la cubierta más el peso del vidrio de las ventanas de la cabina más la carga del piso de la cabina

La cubierta de la cabina será de plancha de Aluminio de 2mm su área total es:

Fig. 3.34 Áreas de cubierta de aluminio de cabina

El volumen de la plancha para la cubierta es

Finalmente el peso de la plancha de aluminio

El área del vidrio para ventanas que se utilizara en la cabina se calculas con las siguientes áreas. Fig. 3.35 Áreas de vidrios para ventanas de cabina

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

La densidad del vidrio para ventanas es de 2700 Kg/m3 (Ver anexo 12). El peso del vidrio que se ocupara en las ventanas de la cabina se calcula a continuación:

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

La carga muerta por metro cuadrado es:

El área tributaria es muerta es:

(Ver tema 3.7). La carga puntual producida por carga

La combinación de cargas para la estructura de la cabina está dada por

3.7.3.2 ANÁLISIS DE LA ESTRUCTURA DE LA CABINA

Se analizara la estructura de la cabina en un programa especializado de Calculo Estructural, con un perfil de tubo cuadrado de 38 mm (1.5 in) de lado, 3 mm de espesor.

Como podemos observar en la figura 3.33 el perfil escogido resiste adecuadamente a las cargas aplicadas por la combinación vivas + muertas.

Aunque se encuentre sobredimensionada la estructura escogemos este perfil tubo cuadrado de (38x38x3mm) debido a la estética, seguridad y construcción de la Cabina de pasajeros.

Fig. 3.36.-Analisis de Estructural de la Cabina

El diagrama de Fuerzas Axiales en la Cabina de Pasajeros

Fig. 3.37.- Diagrama de Fuerzas Axiales

Diagrama de Torsión

Fig. 3.38.- Diagrama de Torsión.

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

La longitud total se la emplea sumando todas las longitudes de tubo de la estructura (Ver figura 3.29)

El peso total de la cabina se obtiene sumando el peso del piso más el peso de la estructura más el peso de la cubierta más el peso de los 4 pasajeros que se calculo anteriormente.

3.8 DISEÑO DEL BRAZO DE SUJECIÓN DE LA CABINA

3.8.1 DISEÑO DEL BRAZO

Denominamos como brazo a la parte que sujeta la cabina con el mecanismo de poleas o tren de rodadura. Para su cálculo tomamos una longitud de 0.4 metros y está sujeto al peso que produce la cabina y a cargas repentinas o golpes que pueden producirse en el interior de la cabina.

Fig. 3.39 Esquema del brazo de sujeción de cabina

El peso total de la cabina es 503.38 Kg = 4.938 KN. Para el valor de cargas por cargas repentinas (golpes) tomaremos el 30% del peso de la cabina, ósea que el cálculo de este brazo se realizara con 650 Kg = 6376.5 N

Para calcular el área requerida se utiliza:

Donde

. Esfuerzo isible en tensión según la norma AISC (Fy) 250Mpa o 15000

. Limite de fluencia

Escogemos un perfil de Correas dobles unidas en las aletas con una altura de 60 mm x 60 mm de ancho y 3 mm de espesor de pared del perfil, con una área de 7.22 cm2, que es mayor a la área calculada.

Análisis en programa especializado de Calculo Estructural del Brazo de soporte, vemos que el perfil escogido es el adecuado.

Fig. 3.40.- Análisis del Brazo de sujeción de la Cabina

3.8.2 TREN DE RODADURA

Consiste en un carretón de dos ruedas en cuyo centro va suspendida la cabina. En conjunto consta de dos ruedas montadas sobre rodamientos, en un bastidor muy sencillo que dispone de dos ejes de rodadura.

En dicho bastidor va también dispuesto el mecanismo que acciona la pinza de fijación al cable tractor.

Fig. 3.41.-Tren de rodadura

3.8.3 DIÁMETRO DE LAS POLEAS PARA EL TREN DE RODADURA.

El tren de rodadura tiene que deslizarse en el cable carril y para determinar el diámetro de las poleas se lo realiza en base del diámetro del cable carril que es de 45 mm y se determina las dimensiones normalizadas de poleas (Ver Tabla 3.1)

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

Denominación

Sufijo Dimensiones

Diámetro exterior

(de)

250 mm

Ancho de polea

(a)

95 mm

Profundidad de canal

(h)

55 mm

Diámetro para el eje

(d1)

100 mm

Diámetro interior

(d1)

100 mm

FUENTE: Maquinas Herramientas. Larburu Nicolás. Tabla 4.9. pág. 306

3.8.4 SISTEMA DE FRENO

El sistema de Freno es un dispositivo de seguridad que deben ser implementados en todos los sistemas de transporte aéreo de personas para que actúen en caso de rotura del cable motriz del teleférico. En la actualidad existen gran variedad de sistemas de frenos que se han ido desarrollando tecnológicamente

para su utilización

principalmente en ascensores y grúas.

En nuestro teleférico Bicable de Vaivén implementaremos el mecanismo de freno denominado Zapatas de Rodillo de ejes excéntricos. 14

14

LASHERAS, José M, Ascensores y escaleras mecánicas, Editorial Cedel, primera edición, pág.228

Fig. 3.42.-Zapatas de rodillos excéntricos

El rodillo tiene un eje descentrado (Fig. 3.39) que al girar obligados por el roce con la guía (en este caso cable carril) se encajan entre su propio eje y la guía hasta detener el descenso de la cabina. Este sistema produce un frenado lento y uniforme lo cual es recomendable para evitar golpes en los pasajeros de la cabina.

Cuando el dispositivo haya entrado en acción la cabina se detendrá, una vez colocado nuevamente el cable motriz bastara con retroceder levemente la cabina para que el freno se desenganche y continúen con el normal funcionamiento de la instalación. Fig. 3.43.- Esquema de Sistema Freno de Rodillos

3.9 SISTEMA ELECTRICO

Uno de los problemas del transportador Aéreo que está siendo utilizado en la actualidad es el sistema eléctrico ya que solo cuenta con el sistema de mandos en la estación de llegada y en la estación de llegada no existe ningún mando.

A continuación se presenta un esquema del circuito eléctrico de 2 mandos para inversión de giro del motoreductor, con señalización luminosa y detención automática de la cabina de pasajeros por medio de sensores que estarán en la estación de salida y llegada. Tenemos el diseño de los circuitos de mando y de fuerza.

3.9.1 DESCRIPCIÓN DE FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO DE MANDO

En este circuito tenemos la inversión de giro mediante dos pulsadores, El pulsador de salida se ubicara en la estación de salida del Teleférico Bicable de vaivén y el pulsador de llegada en la estación de llegada. Fig. 3.44.-Circuito eléctrico de mando

Al pulsar el interruptor normalmente abierto P salida se activa la bobina k1, cerrando los ores normalmente abiertos k1 que está conectado en paralelo y abriendo el or normalmente cerrado k1 que está conectado en serie con la bobina

k2, también cierra el or cerrado k1 que está en serie con el foco verde prendiéndolo y a la vez activando el motor en sentido horario produciendo que la cabina suba.

Cuando la cabina está en la estación de llegada activa un fin carrera normalmente cerrado (S llegada) este a su vez desconecta la bobina k1 y desactiva el motor. Cuando activamos el interruptor normalmente abierto (P llegada) se activa la bobina k2 cerrando el or normalmente abierto k2 que está en paralelo y abriendo el or k2 que está conectado en serie con la bobina k1, también cierra el or abierto k2 que está en serie con el foco rojo activándolo y permitiendo la inversión de giro del motor en sentido anti horario produciendo que la cabina realice la bajada.

Lo que hay que recalcar es que mientras se pulsa P salida o P llegada y está funcionando el motor en un sentido, el otro pulsante no se puede activar porque k1o k2 está abierto. También existe Un pulsador de emergencia que corta toda la energía del circuito.

3.9.2 DESCRIPCIÓN DE FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO DE FUERZA

El circuito de fuerza es el que ira conectado al motorreductor, conectamos las fases L, R y S a unos fusibles para la protección del circuito y luego cada fase a ores abiertos k2 y estos conectados en paralelo a los ores normalmente abiertos k1. Los ores k2 están conectados R-U, T-V, Y S-W para el funcionamiento del motor en sentido horario, mientras que los ores k1 están conectados R-U, S-V, y T-W para cambiar el giro del motor a anti horario.

Fig. 3.45.-Circuito eléctrico de fuerza

3.10 CONSIDERACIONES DE MANTENIMIENTO

3.10.1 INTRODUCCIÓN

En el proyecto actual denominado Teleférico Bicable de Vaivén, el Mantenimiento Predictivo de los componentes es esencial para evitar accidentes y fallas en el uso de este medio de transporte

Tanto la instalación propiamente dicha como los elementos y rios se conservarán en perfecto estado de limpieza para facilitar su vigilancia y, en consecuencia, garantizar la seguridad del servicio.

Fig. 3.46.-Teleferico Bicable de Vaivén

También debe existir al menos una persona encargada de la instalación para que realice las tareas de comprobación y mantenimiento de estos equipos, esta persona debe ser calificada y con formación suficiente.

3.10.2 NORMAS GENERALES DE MANTENIMIENTO.15

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

Desconectar el interruptor principal de energía eléctrica, bloquear el a extraños de los mandos

La instalación del teleférico llevara un libro de registro en el que se anoten fechas, revisión y averías

3.10.3 RESUMEN DE PARTICIPACIÓN DEL ENCARGADO

Revisión diaria visual de elementos sometidos a esfuerzo.

15

LASHERAS, José M, Ascensores y escaleras mecánicas, Editorial Cedel, primera edición, pág.664

Comprobación diaria de los frenos.

Observación diaria de carencia de anormalidades en el funcionamiento de la máquina.

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

3.10.4 REVISIÓN DE LAS INSTALACIONES

1. Diarias: Diariamente y antes de iniciarse el servicio, el Encargado, hará un recorrido en la propia instalación para asegurarse de que su funcionamiento es normal, y muy especialmente del correcto estado de línea, frenos, cables, cabina.

Asimismo, cuando las áreas de embarque y desembarque se vean afectadas por fenómenos meteorológicos deberá comprobarse que se cumplen las condiciones mínimas de seguridad en relación con los s de la instalación y, en caso contrario, adoptar las medidas precisas para que se cumplan.

Cuando se hayan producido fenómenos meteorológicos particularmente intensos, como heladas, vientos fuertes, tormentas, etc., estando la instalación fuera de servicio y exista la posibilidad de que haya resultado dañada, el recorrido previo antes citado deberá estar precedido de una inspección completa. Se procederá de la misma forma después de toda interrupción motivada por un accidente que, por su naturaleza, hubiera podido afectar a la instalación.

2. Semanales o mensuales: Además de las revisiones diarias señaladas en el punto anterior, deberán realizarse, con periodicidad semanal y mensual, una de carácter similar pero más detallado y otras complementarias.

3. Anuales: Al menos una vez al año se efectuará un reconocimiento de la instalación del que se levantará el informe o acta correspondiente que será entregada a la istración. El , después de escuchar al Encargado, podrá asesorarse por un técnico o por un organismo.

3.10.5 LIBRO DE REGISTRO En el libro de registro se anotaran todas las incidencias, comentarios, averías, accidentes y mantenimiento realizado en el teleférico.

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

TELEFERICO BICABLE DE VAIVEN Hoja # CENTRAL HIDROELÉCTRICA “ING. CARLOS MORA CARRIÓN”

HOJA DE REVICION

Capacidad (personas)

4

Carga Nominal

500Kg

Velocidad

2 m/s

Recorrido

360 m

Fecha de instalación

Fecha actual

Fecha última revisión

Fecha actual revisión

Nombre del Encargado

#

Elemento

1

Torre de Soporte

Verificar Estado de perfiles Desgaste de polea de cable carril y motriz Apriete de pernos y acoples Pintura

2

Sistema Motriz

Cable enrollado correctamente sobre canales de tambor Funcionamiento del motorreductor Estado del Acople de mandíbula y chumaceras Estado de la estructura del sistema motriz Lubricación y vibración de componentes Pintura

3

Tren de rodadura

Desgaste de las poleas Apriete de pernos y tuercas Estado de Bases Pintura

4

Brazo de Soporte

Estado de perfiles Apriete de pernos y tuercas soldaduras Pintura

5

Cabina de Pasajeros

Estado de perfiles Estado de cubiertas y protectores

Resultado Pos

Neg.

Apriete de pernos y remaches Pintura Estado de las cimentaciones

67

Cimentaciones

8

Cable Carril

Pintura Alambres cortados, quebrándose, desgaste Presencia de corrosión (oxido) Estado de grilletes y anclaje Lubricación

9

Cable Motriz

Alambres cortados, quebrándose, desgaste Presencia de corrosión (oxido) Estado de grilletes y anclaje Lubricación

10

Sistema de freno

Posición del sistema de frenos Desgaste o juegos anormales Apriete de pernos y tuercas

Referencia

Informe relativo a los puntos no satisfactorios Acción Propuesta Reparación - sustitución

Plazo corrección

De acuerdo con el presente reconocimiento Teleférico queda en funcionamiento normal Teleférico queda fuera de servicio Se solicita inspección de Técnico Especializado

Para llevar un registro que muestre las reparaciones, refacciones, tiempos, y repuestos, que se realizaran en la instalación del teleférico se presenta un formato de registro histórico.

TELEFERICO BICABLE DE VAIVEN Hoja # CENTRAL HIDROELÉCTRICA “ING. CARLOS MORA CARRIÓN”

HOJA DE REGISTRO HISTORICO

Capacidad (personas)

4

Carga Nominal

500Kg

Velocidad

2 m/s

Recorrido

360 m

Nombre del Encargado

Fecha

Descripción Medidas

Pos

Horas Prog Real

Referencia comercial

Los formatos de las hojas de revisión y de registro histórico propuestas pueden ser modificados una vez construido el Teleférico, ya que pueden presentarse cambios en la construcción.