Análisis de estructura pórtico de maquina rebobinadora

Abstract

El proyecto mantiene como propósito mejorar y aumentar la producción en el área de abastecimientos. Como iniciativa se decidió que la mejora se realizara a la maquina rebobinadora de papel.

La información básica necesaria para realizar cálculos concretos sobre la resistencia expresada en kilogramos de la maquina.

Una vez obtenido los resultados se procederá a la implementación de mejora que ah de realizarse en el área de abastecimientos de la empresa.

Se concluye que la estructura analizada podrá resistir las condiciones a las que será sometida con las 2 toneladas de peso.

Se concluye que con este estudio se logra tomar mejores decisiones en la realización de proyectos en las cuales intervengan sistemas estructurales.

Palabras Clave

Tiene como objetivos utilizar los temas estudiados y analizado para aplicarlos en el análisis de la maquina o sistema de poleas para los cálculos de estos, utilizaremos y analizaremos, la estructura, viga y al tecle, considerando que todos cumplan con los requisitos necesarios, también aplicaremos la reacción del resorte.

Introducción

La investigación se realizó en torno a la estructura del pórtico de la maquina rebobinadora de papel, el tecle dst-2w que actualmente levanta una carga de 1000 kg fue expuesto a rigurosos exámenes estadísticos para establecer como resultante, soporte un peso mayor al actual.

Mediante el método de nodos se calculó el soporte en kilogramos de la estructura, para la viga determinamos el diagrama de momentos y fuerzas cortantes.

El proyecto involucra la recopilación de información básica necesaria para realizar cálculos concretos sobre la resistencia expresada en kilogramos de la maquina rebobinadora de papel.

Inicialmente se plantean distintos exámenes, que se realizaran a la estructura, viga y al tecle, considerando que todos cumplan con los requisitos necesarios.

El resultado que obtendremos será validado mediante las teorías aprendidas en clase.

Para esto utilizaremos el método de nodos, que nos ayudara en la distribución de cargas ubicando con esto la tensión y compresión, se realizara el diagrama de momentos y fuerzas cortantes, también se realizara las dimensiones de la loza y las columnas.

Una vez obtenido los resultados se procederá a la implementación de mejora que ha de realizarse en el área de abastecimientos de la empresa.

Desarrollo del Tema y metodología

En Kimberly-Clark se realizó un estudio de mercados y un análisis en la producción dando como resultados durante los dos primeros trimestres que la demanda de su producto estrella el papel suave ha incrementado en un 10%. Lo cual origina un aumento considerable en la producción.

El análisis primario se realizó en la maquinaria del área de abastecimientos, se ubicó que la maquina rebobinadora de papel estaba causando un retraso en la producción por el primer motivo que resalto fue la carga actual que solo era de 1000 kilogramos, lo cual no compensaba en relación al a producción.

Por consiguiente se realizara una mejora a la maquina rebobinadora de papel.

La máquina consta con una estructura de 4 soportes, las columnas son cuadradas de 6.4 mm de diámetro y una altura de 4 metros de largo y el ancho de la estructura es de 3 metros.

El tecle es el modelo DST-2W con un peso de 69 kilogramos con una capacidad de carga, actual de 1000 kilogramos.

Estática (mecánica)

La estática es la rama de la mecánica clásica que analiza las cargas (fuerza, par / momento) y estudia el equilibrio de fuerzas en los sistemas físicos en equilibrio estático, es decir, en un estado en el que las posiciones relativas de los subsistemas no varían con el tiempo. La primera ley de Newton implica que la red de la fuerza y el par neto (también conocido como momento de fuerza) de cada organismo en el sistema es igual a cero. De esta limitación pueden derivarse cantidades como la carga o la presión. La red de fuerzas de igual a cero se conoce como la primera condición de equilibrio, y el par neto igual a cero se conoce como la segunda condición de equilibrio.

Análisis del equilibrio

Esquema de fuerzas y momentos en una viga en equilibrio.

La estática proporciona, mediante el empleo de la mecánica del sólido rígido, solución a los problemas denominados isostáticos. En estos problemas, es suficiente plantear las condiciones básicas de equilibrio, que son:

• El resultado de la suma de fuerzas es nulo.

• El resultado de la suma de momentos respecto a un punto es nulo.

• Estas dos condiciones, mediante el álgebra vectorial, se convierten en un sistema de ecuaciones; la resolución de este sistema de ecuaciones es la solución de la condición de equilibrio.

• Existen métodos de resolución de este tipo de problemas estáticos mediante gráficos, heredados de los tiempos en que la complejidad de la resolución de sistemas de ecuaciones se evitaba mediante la geometría, si bien actualmente se tiende al cálculo por ordenador.

Sólidos y análisis estructural

La estática se utiliza en el análisis de las estructuras, por ejemplo, en arquitectura e ingeniería estructural y la ingeniería civil. La resistencia de los materiales es un campo relacionado de la mecánica que depende en gran medida de la aplicación del equilibrio estático. Un concepto clave es el centro de gravedad de un cuerpo en reposo, que constituye un punto imaginario en el que reside toda la masa de un cuerpo. La posición del punto relativo a los fundamentos sobre los cuales se encuentra un cuerpo determina su estabilidad a los pequeños movimientos. Si el centro de gravedad se sitúa fuera de las bases y, a continuación, el cuerpo es inestable porque hay un par que actúa: cualquier pequeña perturbación hará caer al cuerpo. Si el centro de gravedad cae dentro de las bases, el cuerpo es estable, ya que no actúa sobre el par neto del cuerpo. Si el centro de gravedad coincide con los fundamentos, entonces el cuerpo se dice que es metaestable.

Para poder saber el esfuerzo interno o la tensión mecánica que están soportando algunas partes de una estructura resistente, pueden usarse frecuentemente dos medios de cálculo:.

Modelo de tecle: DST-2W

Viga "H" alas anchas (WF) standard americano

Es un producto de sección transversal en forma de H, que se obtiene por Laminación de Tochos precalentados hasta una temperatura de 1250ºC. Usos: En estructuras metálicas, puentes, edificios, grúas. * Longitud Standard : 20" y 30"

Las vigas normalmente adoptan una posición horizontal y soportan esfuerzos de flexión

PROPIEDADES MECÁNICAS DIMENSIONES Y PESO UNITARIO NORMA TÉCNICA

ESTRUCTURAS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADAS

Al plantear las condiciones de equilibrio para la barra doblemente empotrada que se muestra en la figura, despreciando su peso, nos queda:

Notemos que las condiciones de estática no son suficientes para resolver este sistema.

Resultados

El objetivo Calcular si la estructura puede soportar un peso referente de 2000 kilogramos o si se tendría que reforzar.

• Calcular el peso de la viga.

• Calcular el peso de los soportes.

Análisis de la estructura metrado de carga

Viga de Desplazamiento del Tecle

SOPORTES DE LA ESTRUCTURA:

ADICIONAL

PESO TOTAL DE LA ESTRUCTURA

Calculo de la dimensión de losas

Peso total de estructura es 3070 / 4 losas = 770 kg

PLANOS

Estructura de maquina rebobinadora de papel

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE PORTICO

119.04-119.04-7.44-7.44

2395.48

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE VIGA DE DESPLAZAMIENTO

Sumatoria de fuerzas en el eje "Y"

2242.52

DIAGRAMA DE MOMENTOS Y FUERZAS CORTANTES

Comprobación por medio de un programa

Sumatoria de fuerzas en el eje "Y":

2242.52

Ubicación del Área:

Ubicación de momentos:

M1 = 0

M2 = 1637.25

M3 = 0

Dimensiones De la Columna

Peso Total = 2243.28 kg

Cada columna va a soportar

Momento de inercia de la sección:

El centroide se encuentra a 4 pulgadas de la base.

Calculo de las áreas por distancia:

• 1. 

• 2. 

• 3. 

TRASLADANDO A METROS

Paso 1: Áreas

• 1. 

• 2. 

• 3. 

Paso 2: Momento de inercia

• 1. 

• 2. 

Ic=0.000007492

• 3. 

Ic =0.000000208

Total Ic =0.0000079084

Paso 3: Área por distancia desde el centro de gravedad

3.5*0.0254

0*0.0254

3.5*0.0254

Total de

Total de Inercia en X:

Deformación del elemento bajo carga axial:

0.000036610cm

0.00036610mm

Esto nos indica que la deformación de nuestra estructura es casi imperceptible, como bien sabemos el acero tiene una baja deformación debida que es un material dúctil el cual puede deformarse, pero tiene la propiedad de regresar a su estado natural sin quebrarse siempre y cuando no pase a un estado plástico.

Esfuerzo del Acero:

La fluencia para vigas de Acero es de 2250 kg/cm2.

Entonces nuestro factor de seguridad será:

FS = 2250 / 183.02 = 12.29

Conclusiones

Se obtiene como resultado que el momento máximo al cual la viga de desplazamiento estará sometido es de 1659.51 kg

Se obtiene el área de sección transversal de la viga H de 6" es de 5.87 in2 que equivale 37.87 cm2 siendo el material acero ASTM A36 cuya fluencia para vigas es de 2250 kg/cm2.

Se considera que por movimientos bruscos y mal manipuleo del tecle el momento máximo puede llegar a cinco veces su valor y aun así de estaría trabajando con un factor de seguridad de 12

FS = 2250 / (183.02*5) = 2.46

Se concluye que la estructura analizada podrá resistir las condiciones a las que será sometida con las 2 toneladas de peso.

Se concluye que con este estudio se logra tomar mejores decisiones en la realización de proyectos en las cuales intervengan sistemas estructurales.

Bibliografia

Empresa Kimberly-Clark Perú. Historia y cultura. Lima-Perú: 2015

http://kimberly-clark.com.pe/

Polipastos. Diseño de tecle modelo DST-2W para maquina, fotos para maquina rebobinadora.

http://www.solutionlift.net/polipastos_6.html

http://www.acerosarequipa.com/fileadmin/templates/AcerosCorporacion/docs/CATALOGO_PRODUCTOS.pdf

http://www.gerdaucorsa.com.mx/articulos/Eleccion_del_Tipo_de_Acero_para_Estructuras.pdf

http://www.metric-conversions.org/es

Calculo de centro de gravedad (centroide). Canal NUDO (youtube) 03/02/2015.

Calculo del momento de inercia. Canal ECUSW. 16/05/2013

Autor

Durand Porras, Juan Carlos [Docente Asesor]

Meza Tornero Yanina

Diaz Quispe Omar

Universidad Privada del Norte (UPN-LIMA), Escuela de Ingeniería Industrial