Diseño de una planta movil de trituración de caliza para una capacidad de 50 TN/H (página 2)

• Trituradora de Mandíbulas

Las trituradoras de mandíbulas son uno de los equipos de trituración más utilizados en la producción minera, es adecuada para triturar piedras y minerales de alta dureza, dureza media y suave, tales como escoria, mármol, etc. Cuya fuerza de resistencia a la presión es menor a 320 MPa. Se utiliza ampliamente en industrias de minería, metalurgia, construcción, hidráulica y química, etc. Este tipo de trituradoras son muy susceptibles la humedad, así cuando se las alimenta con materiales húmedos o con cierta plasticidad (pegajosos) pueden formarse atascos, especialmente si la alimentación tiene una elevada proporción de finos, por ello no son apropiadas para ese tipo de materiales. En nuestro caso no tendremos problema por ser la caliza un material de dureza media y no ser pegajoso.

• Parámetros de Selección

Para la selección de la trituradora de mandíbula debemos considerar los siguientes parámetros:

• La capacidad debe ser mayor a 50 toneladas por hora debido a que es el primer equipo y en el transcurso de la operación de la planta móvil habrán pérdidas y debemos cumplir con la capacidad.

• La restricción del tamaño de entrada de la caliza a la trituradora de mandíbulas la pone el fabricante, normalmente es un porcentaje del tamaño de la boca de entrada, se mostrará en la selección.

• El tamaño de salida de la caliza debe ser el más pequeño posible que estos equipos puedan proporcionar, dato que previamente se revisó para poder afirmar que la reducción de tamaño al tamaño requerido necesita de dos etapas de reducción.

• Selección

En la selección de la trituradora de mandíbula se utilizó un catálogo de la empresa ATHEGSUR PERU E.I.R.L. empresa comercializadora de productos de trituración, alimentación y cribado. Esta empresa importa trituradoras de mandíbulas de la serie PE y PEX de la marca SANME de procedencia china y que se utilizan bastante en el sector minero y de construcción del Perú.

Teniendo en cuenta los parámetros de selección se entra a la tabla 2.1 y se selecciona la trituradora de mandíbulas PE1624.

Tabla 2.1: Especificaciones Técnicas de las Trituradoras de Mandíbula

Como se observa en la tabla 2.1 el tamaño de entrada es de 340 milímetros, recomendación que se puede asegurar teniendo cuidado a la hora de la alimentación poniendo como restricción ese tamaño; además se utilizará una especie de malla en la apertura para evitar que entren trozos más grandes y se produzcan atascos en la trituradora de mandíbulas. El tamaño de salida es información importante para la selección de la zaranda vibratoria y de la trituradora secundaria.[5]

Figura 2.1: Trituradora de Mandíbula

• Dimensiones de la Trituradora de Mandíbula

Las dimensiones de la trituradora de mandíbula también se encuentran en el catálogo que mencionamos anteriormente, esta información es importante para la ubicación del equipo en la planta móvil. Las dimensiones se muestran en la figura 2.2 y en la tabla 2.2.

Figura 2.2: Dimensiones de la Trituradora de Mandíbula

Tabla 2.2: Especificaciones de Tamaño de las Trituradoras de Mandíbula

Las dimensiones de la tabla 2.2 se encuentran en milímetros. Estas dimensiones servirán para poder hacer el esquema representativo de la trituradora para estimar el espacio total que ubicara en la estructura de la planta móvil. Además servirá para diseñar su estructura soporte.

• Accionamiento y Transmisión

La transmisión de las trituradoras de mandíbulas se hace mediante fajas trapezoidales de varias correas con accionamiento de un motor eléctrico. La potencia del motor eléctrico recomendado por el fabricante se muestra en la Tabla 2.1. La velocidad recomendada por el fabricante en la volante de la trituradora es de 275 rpm. La transmisión y el accionamiento se muestran en la figura 2.3.

Figura 2.3: Accionamiento y Transmisión de la Trituradora de Mandíbula

• Anclaje

El anclaje de la trituradora de mandíbulas se hace por medio de uniones atornilladas a una estructura como se puede observar en la figura 2.3, en este caso la trituradora posee 2 tornillos. Nuestra trituradora de mandíbula PE1624 presenta 3 agujeros a cada lado para los tornillos por lo que se necesitaran 6 tornillos en total para anclarla.

Figura 2.4: Anclaje de la Trituradora de Mandíbula

• Trituradora Cónica

Las trituradoras de cónicas son muy utilizadas por su amplio rango de aplicación en industrias de metalurgia, construcción, transporte, hidroelectricidad, química y materiales de construcción. Es adecuada para triturar materiales duros y semiduros; poseen una reducción de tamaño más fina que las trituradoras de mandíbulas, lo cual las hace muy versátiles para cumplir el papel de trituradoras primarias, secundarias y hasta terciarias. El tamaño del grano de producto es relativamente uniforme, de forma cubica, en comparación con las trituradoras de mandíbula; casi nunca aparecen trozos planos y alargados.

• Parámetros de Selección

Para la selección de la trituradora cónica debemos considerar los siguientes parámetros:

• La capacidad debe ser mayor a 50 toneladas por hora debido a que es el segundo equipo y en el transcurso de la operación de la planta móvil pueden haber pérdidas como por ejemplo en transporte.

• La restricción del tamaño de entrada de la caliza a la trituradora cónica la pone el fabricante y se mostrara en la selección. Este parámetro es importante debido a que de esto dependerá el uso o no de una zaranda de clasificación antes de la boca de entrada.

• El tamaño de salida de la caliza debe ser menor a 25 milímetros, granulometría que se explicó en el capítulo anterior como requerimiento del presente proyecto; para el posible uso de la planta móvil en la industria cementera.

• Selección

En la selección de la trituradora de mandíbula se utilizó un catálogo de la empresa TELSMITH empresa fabricante de productos de trituración, alimentación, cribado y otros. Esta empresa fabrica trituradoras cónicas de la serie S y FC. Es de procedencia americana y sus productos se utilizan bastante en el sector minero y de construcción del Perú. Esta empresa comercializa dos tipos de trituradoras cónicas: trituradora de cono S similar al tipo symons estándar y trituradoras de cono FC similar al tipo symons de cabeza corta, cuya diferencia radica en que las de cabeza corta posee menores caudales y menores granulometrías. Es decir tienen una trituración más fina.

Teniendo en cuenta los parámetros de selección entramos a la tabla 2.3 y con ayuda de la figura 2.5 se selecciona la trituradora cónica 245 S (2 ft).

Figura 2.3: Diagrama de Alimentación y Descarga de las Trituradoras Cónicas Telsmith S

Tabla 2.3: Especificaciones Técnicas de las Trituradoras Cónicas Telsmith S

En la figura 2.3 se observa las principales aberturas que posee una trituradora cónica: las aberturas de alimentación, del lado abierto A y del lado cerrado B; y la abertura de descarga C. Las aberturas de alimentación (A y B) decidirán el tamaño de grano que es posible que esta trituradora reciba y por ende la utilización o no de una clasificación previa. Debido a que ya hemos seleccionado la trituradora previa que sería la trituradora de mandíbula cuyo tamaño máximo de salida es de 100 milímetros podemos entrar a la tabla 2.3 observando la parte de las aberturas de alimentación (Feed Opening). Observamos que hay una trituradora cónica que recibe tamaños más grandes que 100 milímetros, es decir que recibe el total de la descargar de la trituradora de mandíbulas en su lado cerrado, en este caso desde la trituradora 245 S

(2 Ft) hacia adelante. Luego procedemos a evaluar si el tamaño de descarga y el caudal coinciden con lo requerido; en la parte derecha de la tabla 2.3 se encuentran las relaciones entre caudal con su respectivo tamaño máximo de descarga en la vertical. Debido a que necesitamos un caudal mayor a 50 toneladas por hora buscamos en la trituradora que nos cumple con la alimentación mencionada anteriormente y observamos que existe una de 53 toneladas por hora. Luego verificamos si el tamaño de salida es el adecuado y observamos que el tamaño de salida es mayor a 25 milímetros, es decir no cumple. Entonces procedemos a buscar una trituradora que nos cumple los 2 parámetros simultáneamente, el caudal y el tamaño de salida. Seleccionamos la trituradora cónica marca TELSMITH 36 S (3 Ft) la cual posee los parámetros mostrados en la tabla 2.4 en unidades del SI.

Tabla 2.3: Especificaciones Técnicas TELSMITH 36 S (3 Ft) en unidades del SI.

Figura 2.4: Trituradora Cónica

• Dimensiones de la Trituradora Cónica

Las dimensiones de la trituradora cónica TELSMITH 36 S (3 Ft) también se encuentran en el catálogo que mencionamos anteriormente, esta información es importante para la ubicación del equipo en la planta móvil. Las dimensiones se muestran en la figura 2.5 y en la tabla 2.4.

Figura 2.5: Dimensiones de la Trituradoras Cónicas

Tabla 2.4: Especificaciones de Tamaño de las Trituradoras Cónicas

• Accionamiento y Transmisión

La transmisión de las trituradoras cónicas se hace mediante fajas trapezoidales de varias correas con accionamiento de un motor eléctrico. La potencia del motor eléctrico recomendado por el fabricante se muestra en la tabla 2.5 y es de 60 a 75 HP.

La velocidad recomendada por el fabricante en la volante de la trituradora es de 775 rpm.

Tabla 2.5: Especificaciones Adicionales de las Trituradoras Cónicas

• Anclaje

El anclaje de la trituradora cónica se hace por medio de uniones atornilladas a una estructura. Como se observa en la figura 2.6 la parte inferior de le trituradora tiene un especie de base cuadrada que en cada vértice posee un tornillo de anclaje, es decir en total las trituradoras cónicas posee 4 tornillos de anclaje hacia la estructura que los soporta. [6]

Figura 2.6: Anclaje de la Trituradora de Mandíbula

• Alimentador Vibratorio

El alimentador vibratorio es un equipo que se utiliza para transferir materiales, los cuales pueden ser de gran tamaño o granulares, desde una tolva de alimentación hacia algún equipo receptor de manera uniforme, regular y continua. No solo es adecuada para enviar materiales de forma continua y uniformemente, también tiene la función de cribar los finos para aumentar la capacidad de trituración. Se utilizan ampliamente en la industria minera, metalúrgica, química, materiales de construcción y en las plantas de trituración y cribado.

• Parámetros de Selección

Para la selección del alimentador vibratorio debemos considerar los siguientes parámetros:

• La capacidad debe ser mayor a 50 toneladas por hora debido a que es el equipo que alimenta la trituradora de mandíbulas, es decir uno de los primeros y en el transcurso de la operación de la planta móvil habrán pérdidas y es necesario cumplir con la capacidad.

• La restricción del tamaño de entrada de la caliza al alimentador vibratorio hasta ahora es 340 milímetros, restricción de tamaño de alimentación que exige la trituradora de mandíbulas. Pero el alimentador vibratorio tiene su propia restricción de tamaño, en caso de ser menor a 340 milímetros ésta será la nueva restricción total de entrada para la planta móvil; en caso de ser mayor a 340 milímetros, la restricción total de la planta móvil se mantiene.

• Selección

En la selección del alimentador vibratorio se utilizó un catálogo de la empresa ATHEGSUR PERU E.I.R.L. empresa comercializadora de productos de trituración, alimentación y cribado. Esta empresa importa alimentadores vibratorios de la serie GZD y ZSW de la marca SANME de procedencia china y que se utilizan bastante en las plantas de trituración y cribado del Perú.

Teniendo en cuenta los parámetros de selección se entra a la tabla 2.6 y se selecciona el alimentador vibratorio GZD-180×80.

Tabla 2.6: Especificaciones Técnicas de los Alimentadores Vibratorios

Como se observa en al tabla 2.6 el tamaño máximo de entrada al alimentador vibratorio es de 300 milímetros, esto quiere decir que el requerimiento de tamaño total de entrada a la planta móvil se ha visto reducido a 300 milímetros como máximo. La tabla 2.6 también nos recomienda que para asegurar un buen funcionamiento del alimentador vibratorio debemos inclinarlo de 0 a 10 grados. También se observa que el rango de la capacidad en toneladas por hora está dentro del rango deseado para la planta móvil. El alimentador vibratorio se muestra en la figura 2.7.

Figura 2.7: Alimentador Vibratorio

• Dimensiones del Alimentador Vibratorio

Las dimensiones del alimentador vibratorio GZD-180×80 también se encuentran en el catálogo que mencionamos anteriormente, esta información es importante para la ubicación del equipo en la planta móvil. Las dimensiones se muestran en la figura 2.8 y en la tabla 2.7.

Figura 2.8: Dimensiones de los Alimentadores Vibratorios Tabla 2.7: Especificaciones de Tamaño los Alimentadores Vibratorios

• Accionamiento y Transmisión

La transmisión de los alimentadores vibratorios se hace mediante fajas trapezoidales de varias correas con accionamiento de un motor eléctrico. La potencia del motor eléctrico recomendado se muestra en la tabla 2.7 y es de 1.5 Kilowatts y de 4 polos. En la figura 2.9 se muestra un alimentador vibratorio accionado por un motor eléctrico mediante faja trapezoidal. La velocidad recomendada por el fabricante en la volante del alimentadora vibratorio es de 500 rpm.

• Anclaje

Figura 2.9: Transmisión del Alimentador Vibratorio

El anclaje de los alimentadores vibratorios se realiza apoyando todas las partes de este que presente resortes para que la vibración se pueda hacer libremente como se muestra en la figura 2.10. [7]

Figura 2.10: Anclaje del Alimentador Vibratorio

• Selección Faja Transportadora

Para la selección de la faja transportadora se consideran los siguientes parámetros como punto de partida para la selección:

• Transportar 50 Tn/h de piedra caliza.

• Material sin clasificar, el cual debe descargarse a una distancia de 7.5 metros del punto de carga a una altura de 3 metros.

Con la información anterior se procede a seguir el proceso de selección aprendido en las clases.

• Sistematización de Datos e Inclinación Permisible

Las características del material de pueden observar en la tabla 1 del anexo 01:

• Peso específico promedio ?=88 lbs/pie3

• Angulo de sobrecarga ?sobrecarga = 25°

• Inclinación recomendada ?inclinación recomendada = 22°

Otras características del material se pueden observar en la tabla 2 del anexo 01:

• Peso específico ?=85-90 lbs/pie3

• Clase D27

• D: grumoso, contiene fragmentos sobre 1/2 pulgada

• 2: Flujo libre, ?reposo 30 – 45°

• 7:Medianamente abrasivo

Con los datos de la inclinación recomendada y los parámetros de selección se procede a dimensionar la faja transportadora como se muestra en la figura 2.11. [8]

Figura 2.11: Dimensiones faja transportadora

• Ancho de Faja

El ancho de faja depende de los siguientes parámetros: la velocidad de faja, capacidad de la faja, clase de carga y peso específico del material. Para la selección del ancho de faja utilizaremos las recomendaciones del catálogo 1050 de LINK-BELT. [8]

Según la Tabla 2 del anexo 01 se obtiene la máxima velocidad recomendad para la caliza (sin clasificar y medianamente abrasiva) se tiene los anchos de faja "B" comerciales:

Según la Tabla 3 del anexo 01 para determinar la clase de carga se asume que se utilizara necesariamente una faja plana con un ángulo de sobrecarga de 20°. Por lo tanto la clase de carga seria "B". [8]

Según la Tabla 4 del anexo 01 la capacidad de la faja depende del peso específico del material ?, del ancho de faja B y de la velocidad de la faja V. Como el peso específico del material es ?=88 lbs/pie3 en la tabla se asume el más cercano, el cual es 100 lbs/pie3 y con una clase de carga B para una faja de ancho B estándar se tiene:

Ejemplo de cálculo del Área de la sección transversal para B = 14":

Evaluando las velocidades se observa que ningún ancho se descarta por velocidad en comparación con las velocidades máximas. Ahora se procede a calcular la velocidad con la capacidad requerida y el peso específico real y el área de la sección:

Para B = 14"

Para B = 16"

Para B = 18"

Se observa que para los tres anchos estándar cumplen con los requerimientos de velocidad, por ello se procede a elegir el mayor por un tema de configuración de la faja en la planta móvil y de posibles aumentos de producción. Se procede a calcular el peso de la faja por unidad de longitud:

Tabla 2.8: Cuadro resumen de selección de faja.

• Selección de Rodillos / Espaciamientos

La tabla 6 del anexo 01 nos proporciona los valores máximos de terrones recomendados que podría soportar nuestra faja transportadora. Para un material de Clase B, sin clasificar, B = 18", entonces el máximo tamaño que podría soportar sería de 4". Lo que es suficiente debido a que la salida de nuestra trituradora cónica nos da material menor a 1 pulgada. [8]

La tabla 7 del anexo 01 nos proporciona los valores máximos de terrones recomendados que podría soportar nuestra faja transportadora según la serie de la

faja. Para una faja plana de 20° de sobrecarga, ? = 100 lb/pie3, B = 18" se escoge la serie 5000 debido a que la faja no trabaja en condiciones muy desfavorables y son más económicas. Esta serie nos da un tamaño máximo de terrón recomendado de 4". Lo que es suficiente debido a que la salida de nuestra trituradora cónica nos da material menor a 1 pulgada.

La tabla 8 del anexo 01 nos proporciona la distancia recomendada entre rodillos tensores. Para una faja plana con 20° de sobrecarga, B = 18", ? = 100 lb/pie3, serie 5000, se tiene un espaciamiento entre rodillos tensores de 4 1/2 pies o 1.371 metros.

La tabla 9 del anexo 01 nos muestra distintos tipos de polines tanto de carga como de retorno para la serie 5000. También se observa que el diámetro de los polines para la serie 5000 de polines de carga y de retorno es de 4 pulgadas. La distancia recomendada para los polines de retorno de serie 5000 es de 10" o 3.048 metros. [8]

La tabla 10 del anexo 01 nos proporciona el peso de los polines estándar para las distintas series. Para una serie 5000 y un ancho de 18 pulgadas se tiene:

Antes de esquematizar la solución y encontrar las cargas específicas de los polines de carga y de retorno se procede a definir la distancia máxima entre rodillos o polines y poleas terminales según la siguiente recomendación:

Tabla 2.9: Distancia mínima entre poleas terminales y polines.

Para nuestra faja plana tenemos:

Esquematizando se tiene:

Figura 2.12: Esquematización de la ubicación de los polines en la faja transportadora.

Contando el número total de polines:

Tabla 2.10: Numero de polines totales.

Calculamos los pesos específicos de los polines:

• Selección de la Faja

La forma de selección consiste en asumir un tipo de faja y luego verificarlo mediante las tensiones permisibles. De la información que la faja plana y carga sobre dos tercios de su capacidad se infiere que los rodillos son de tipo B. De la tabla 2 del anexo 01 se obtiene el número mínimo de pliegues, para lo cual se asume un grupo de fabricación con un número siendo el uno el más barato y débil, y el número siete el más caro y resistente. Para ? = 75 – 100 lb/pie3, B = 18", rodillos de tipo B, se tiene grupos de fabricación del 1 al 3 (1-2-3). Escogemos el grupo de fabricación 1 que corresponde a un 28 HDNF que según la tabla 1 del anexo 01 sus tensiones permisibles dependen si las uniones son atornilladas o vulcanizadas. Donde se tiene:

Además de la tabla 2 del anexo 01 para ? = 75 – 100 lb/pie3, B = 18", rodillos de tipo B se tiene el que número mínimo de pliegues es 3. De la tabla 3 del anexo 01 para una faja plana, B = 18", grupo de fabricación 1, se tiene que el número máximo de pliegues es 4. [9]

La tabla 5 del anexo 01 nos proporciona el tamaño de los tambores. Se tiene para 4 pliegues y una tensión máxima de hasta 40%, un diámetro de tambor (Øt) de 14 pulgadas. También se tiene para 3 pliegues y una tensión máxima de hasta 40%, un diámetro de tambor (Øt) de 10 pulgadas. Por lo tanto se asumen 4 pliegues y un diámetro de tambor Øt = 14". [9]

La tabla 7 del anexo 01 nos proporciona el peso aproximado y los espesores de las fajas según el grupo de fabricación y el material que puede ser neopreno o caucho. Para un grupo de fabricación 1 o 28 HDNF y un material neofreno se tiene un peso aproximado de 0.0204 lb/pliegue/Pulg.Ancho/pie.Long. Entonces se tiene un peso específico de:

La tabla 4 del anexo 01 nos proporciona el espesor de cubierta. Asumiendo espesores iguales se evalúa el tiempo de ciclo según L que es la distancia entre centros de tambores en pies y S que es la velocidad de la faja en pies por minuto:

La calidad de cubierta se asume estilo S, abrasivo debido a que la caliza es medianamente abrasiva, de tiempo de ciclo hasta 0.5 y de tamaño hasta 1". Entonces de la tabla 4 del anexo 01 se obtiene un espesor de cubierta entre 3/32 y 7/32. Se

asume que el espesor es 5/32. Luego calculamos el peso específico de cubierta sabiendo que el peso aproximado de cubierta de estilo S es de 0.0160 lb//Pulg.Ancho/pie.Long/1/32. [9]

Finalmente el peso específico de la faja es:

• Análisis de Tensiones

En esta sección se hará el análisis de las tensiones principalmente la tensión de avance, tensión de retorno, tensión de catenaria de avance y de retorno. Para el caso de los apoyos de la faja se asumen apoyos convencionales, es decir rodamientos rígidos de bolas y la información recopilada hasta ahora y que será usada en el cálculo de las tensiones se muestra en la tabla 2.11:

Tabla 2.11: Tabla resumen de valores que serán utilizados en el análisis de tensiones.

Con los datos de la tabla 2.11 hallamos las tensiones anteriormente mencionadas:

• a) Tensión de avance

Dónde el signo más corresponde a una carga ascendente, mientras que el signo menos corresponde a una carga descendente.

• b) Tensión de retorno

Dónde el signo menos corresponde a una carga ascendente, mientras que el signo más corresponde a una carga descendente.

Analizando este resultado debido a que es negativo no se considerara en el cálculo, se considerará como 0 la tensión de retorno. Luego se calculan las tensiones de catenaria que son las tensiones que se produce entre rodillos e fruto del peso propio de la faja. La tensión de catenaria es igual en toda la faja, por ello de los análisis de avance y retorno se considerará el mayor.

• c) Tensión de catenaria de avance

• d) Tensión de catenaria de retorno

Observando los resultados, como se mencionó anteriormente tomamos en cuenta el resultado mayor, es decir la tensión de catenaria de avance. Con los valores de las tensiones anteriormente calculadas, tensión de avance, de retorno, de catenaria de avance y de retorno, se procede a calcular las tensiones mayor y menor de la faja.T1 y T2. Como se muestran en la figura XX. [10]

Figura 2.13: Tensión mayor y menor de la faja.

• e) Tensión mayor

• f) Tensión menor

• Verificaciones

• a) Resistencia

La tensión mayor debe ser menor o igual a la tensión admisible de la faja, en caso contrario la faja fallaría. La tensión admisible de la faja que se calcula de la siguiente manera:

Se debe cumplir:

Se cumple la condición, por lo tanto la faja no falla.

• b) Resbalamiento

Se observa que la expresión anterior no se cumple, lo que significa que la faja resbala. Entonces el sistema de templado debe proporcionar una tensión adicional para que le sistema funcione. Se tiene entonces que cumplir la siguiente expresión:

Por lo tanto se asume que es igual a 97.35 libras. Luego se procede a verificar la nueva tensión don la tensión admisible de la faja.

Se observa que la expresión anterior cumple con el nuevo requerimiento. [10]

• Calculo de la Potencia

Para el cálculo de la potencia se utilizan los siguientes parámetros que se deben convertir en unidades del SI: [10]

Tabla 2.12: Tabla de conversión de valores utilizados para calcular la potencia.

La potencia en HP se calcula con la siguiente expresión:

Luego verificamos la potencia con el arranque del equipo. En el arranque debe cumplirse:

Donde y son las tensiones mayor y menor en el arranque. Para calcularlas se utilizan las siguientes expresiones: y , X depende del tipo de motor. En este caso el motor utiliza anillos colectores con regulador de arranque por lo que X = 1.25. Además se debe verificar que:

Entonces:

Y.

Entonces tenemos 2 ecuaciones con 2 incógnitas:

Resolviendo:

Verificando la faja:

Hallamos la potencia de arranque:

• Estructura de la Faja Transportadora

Existen dos tipos de estructuras metálicas ya definidas en su forma para el soporte de fajas transportadoras, una es el de celosía de perfiles angulares (tipo galería) y la otra como largueros de canal perfilado tipo vigueta. Para nuestro caso decidimos utilizar el de tipo viguetas y utilizar los canales ya calculados en secciones anteriores por un tema de ahorro y de estandarización de perfiles utilizados en la estructura de la planta móvil. Los soportes que tendrá la estructura de la faja transportadora será cada metro y medio aproximadamente y también se utilizara el canal seleccionado anteriormente. Las viguetas de la estructura de la faja transportadora se muestran en la figura 2.14.

Figura 2.14: Vigueta de la Faja transportadora.

El total del largo de la faja transportadora no podría estar sobre la estructura portante de la planta móvil debido a que junto con el resto de máquinas rebasaría el límite permitido para el largo de semirremolques y de la planta móvil, el cual es de 14.68 metros. Por ello se decide hacer la estructura de vigueta de la faja transportadora plegable, es decir que cuando no esté en operación y la planta móvil este unida a la unidad tractora para ser remolcado, la estructura de vigueta pueda doblarse hacia el interior de la faja y así ocupar un menor espacio. Luego cuando la planta móvil se encuentre en operación la estructura de vigueta de la faja trasportadora volverá a su posición original. Para ello se utilizara una articulación y unos cables de acero amarrados a argollas, esta articulación se fijara con pernos cuando la planta móvil este en operación y se dejara libre con los cables de acero cuando la faja este plegada. La articulación, la posición de operación de la faja y la posición de transporte de la faja se muestran en las figuras 2.15, 2.16 y 2.17 respectivamente. [11]

Figura 2.15: Articulación de la faja transportadora.

Figura 2.16: Faja transportadora en posición de operación.

Figura 2.17: Faja transportadora en posición transporte.

• Selección Elevador de Cangilones

Para la selección de la faja transportadora se consideran los siguientes parámetros como punto de partida para la selección:

• Transportar por elevación 50 Tn/h o 55.12 Tn corta/h de piedra caliza

• Material sin clasificar, cuyo tamaño máximo es 4" (10% aproximadamente) y el resto es menor.

• La altura de trabajo es 3 metros o 9.84 pies.

• Zona abierta y ambiente corrosivo.

• Determinar las características principales del transportador de faja que presente una solución viable.

Con la información anterior se procede a seguir el proceso de selección aprendido en las clases.

• Características del material

En la tabla 2 del anexo 02 del catálogo de LINK-BELT encontramos las recomendaciones de tipo de elevador para los distintos materiales a elevar. El resumen para la caliza se muestra en la tabla 2.13.

Tabla 2.13: Cuadro de propiedades del material.

El catalogo también nos recomienda si es que es posible que el elevador sea de faja o de cadena para distintos tipos de elevadores. En nuestro caso para los tipos de elevadores recomendados 7, 9, 10, 11 solo se recomienda utilizar cadena. [8]

• Selección Tentativa

Para la selección tentativa se utiliza el catálogo de LINK-BELT en su tabla 3 mostrada en el anexo 02, que nos muestra el tamaño máximo de grano que soporta determinado tipo de elevador así como las capacidades máximas y la altura máxima según el peso específico del material.

Las características de los distintos tipos de elevadores de cangilones recomendados para la caliza se muestran la tabla 2.14. [8]

Tabla 2.14: Características de los tipos de elevadores de cangilones recomendados.

El elevador que se selecciona el elevador de tipo 7 que más se ajusta a la capacidad requerida según el peso específico del material y con el tamaño máximo de grano que ingresa. La capacidad del catálogo está en toneladas cortas.

• Caudal y Velocidad

En la sección anterior se seleccionó el elevador de tipo 7, en esta sección hallaremos su caudal con los datos nominales del elevador tipo 7 que se muestran en la tabla XX. Tenemos una capacidad de 65 Tn/h y un peso específico de 100 lb/pie3.

Como recomendación general de velocidad de elevación para elevadores de cangilones con cangilones continuos se tiene un rango entre 0.5 y 1.5 metros por segundo o entre 1.65 y 4.95 pies por segundo. También se recomienda una velocidad deseada descrita en la siguiente expresión:

De la recomendación anterior se asume una . [12]

• Tamaño del Cangilón

La capacidad del elevador está relacionada con la capacidad de cada elevador y se evalúa mediante la siguiente expresión:

Dónde:

Q: Capacidad del elevador (Tn cortas/h) C: Capacidad de cada cangilón (pie3)

P: Paso o espaciamiento entre cangilones (pie) V: velocidad (pie/s)

: Coeficiente de llenado ( 0.75)

: Peso Específico (lb/pie3) Reemplazando valores se tiene:

Con esta relación de capacidad con profundidad del cangilón se puede entrar a la tabla de cangilones de tipo MF para estimar la capacidad y la profundidad y así seleccionar un cangilón. El cangilón se tomara como parcialmente lleno (Y-Y). Además se tiene como recomendación que el ancho o proyección mínimo del cangilón debe ser

1.5 veces el grano más grande considerado en la selección tentativa:

Con el dato de la proyección se procede a buscar un cangilón en la tabla de cangilones continuos MF, que por supuesto cumpla con la condición inicial de una proyección mayor a 6 pulgadas y tenga una relación de capacidad cercana a 0.102. Las relaciones de capacidad halladas para diferentes tamaños de cangilón se muestran en la tabla 2.15. [12]

Tabla 2.15: Relaciones de capacidad de distintos tamaños de cangilones

Observando las relaciones de capacidad de la tabla 2.15 la relación que más se acerca a la relación obtenida anteriormente 0.102 es el tamaño de cangilón 11"x 6"x 9¼" con una relación de capacidad de 0.105. Entonces el tamaño de cangilón seleccionado es el que tiene una longitud de 11", una proyección de 6" y una profundidad de 9¼". Con esta nueva relación de capacidad procedo a hallar la nueva velocidad:

Luego en la tabla 1 del catálogo de elevadores de cangilones de GOOD-YEAR (mostrado en el anexo 02) encontramos recomendaciones para elevadores de cangilones de uso industrial y minero continuos. Recomiendan un espaciamiento físico entre ¼" y ½" y una velocidad de elevadores con faja entre 100 y 250 pies por minuto. Rango en el cual se encuentra nuestro elevador de cangilones. Ahora se evalúa tentativamente el diámetro del sprocket con las siguientes expresiones:

Y como habíamos evaluado anteriormente:

Reemplazando:

Este cálculo solo es tentativo la decisión final se tomara al verificar las tensiones de la cadena. [13]

• Longitud de la Cadena

La longitud de cadena se evalúa con la siguiente expresión:

Dónde:

La longitud de la cadena es de 26.96 pies.

• Numero de Cangilones

El número de cangilones continuos que llevara nuestro elevador de cangilones se evalúa con la siguiente expresión:

Dónde:

Lc: Longitud de cadena (pies)

P: Paso o espaciamiento entre cangilones (pie)

• Análisis de Tensiones

En esta sección calcularemos las diferentes tensiones del elevador de cangilones, tensión por el peso de los cangilones, por el peso del material, por el peso de la cadena, debido a la acción de cargado y la tensión debido a los apoyos. [12]

• a) Tensión por el peso de los cangilones (11"x 6"x 9¼")

Para calcular esta tensión entramos a la tabla de cangilones MF con información hacer del peso del cangilón y asumimos que se utilizara una plancha metálica de 10 Gauge. Para nuestro elevador 11"x 6"x 9¼" se tiene un peso por cangilón de 9.9 libras. El peso total de todos los cangilones es:

• b) Tensión al peso del material

La tensión debido al peso del material se calcula con la siguiente expresión:

Dónde:

#: Numero de cangilones

Cxx: Capacidad de un cangilón completamente lleno. (pie3) Tabla de cangilones MF

: Peso específico del material (lb/pie3)

• c) Tensión debido al peso de la cadena

Para la selección de la cadena utilizaremos el catalogo LINK-BELT mostrado en el anexo 02. Se utilizaran cadenas de clase C por ser bastante comerciales. Su selección depende del cangilón asumido y de la relación (e/p), donde "e" es la profundidad del cangilón, mientras que "p", es el paso de la cadena. Esta relación debe ser un número entero y muy próximo a 1 o 2. El valor de e lo hemos utilizado anteriormente lo denominábamos "P" y lo encontramos en la tabla de cangilones MF mostrado en el anexo 02, su valor es 9.25. Entonces según la tabla de cadenas de clase C tenemos:

Tabla 2.16: Pasos y relaciones profundidad-paso de cadenas de clase C

De la información de la tabla asumo la cadena C110 con un paso de 6". Considero una relación e/p = 2, por lo tanto e = 12". Además conocemos que nuestro cangilón tiene un paso de 9 ¼" por lo que existiría una luz de 69.85 mm. El peso de la cadena C110 lo obtenemos de la tabla de cadenas de clase C y es de 6 libras por pie para eslabones normal, como no se encuentra información de eslabón con aditamento aumento el peso en un 20%, por lo tanto el peso de la cadena de eslabón con aditamento es de

7.2 libras por pie. Si la relación e/p = 2 se tendrán igual número de eslabones con o sin aditamento; además por cada cangilón se tiene dos eslabones con aditamento. [8]

Para 31 los cangilones se tienen 31 eslabones con aditamento, calculando el peso:

Para 31 los cangilones se tienen 31 eslabones sin aditamento, calculando el peso:

Peso total:

Con la información de la cadena podemos finalmente definir la longitud final de la cadena:

• d) Tensión debido a la acción de cargado

La tensión debido a la acción de cargado se calcula con la siguiente formula:

Dónde:

: Diámetro de la polea inferior (pie) (

: Peso del materia transportado en un cangilón/ espaciamiento del cangilón (lbs/pie)

• e) Tensión debido a los apoyos

La tensión debido a los apoyos se calcula con la siguiente formula:

Dónde:

: 0.01-0.02

• f) Tensiones totales

Finalmente hallamos las tensiones totales T1 y T2 que se muestran en la figura 2.18.

Figura 2.18: Tensión mayor y menor del elevador de cangilones.

• g) Calculo de la Potencia

La potencia se calcula con la siguiente expresión:

Dónde:

P: Potencia (HP)

T1: Tensión mayor (lbs) V: Velocidad (pie/s)

Para seleccionar el motor se debe considerar pérdidas del 15% entonces se tiene:

• h) Análisis de las Ruedas

La cadena seleccionada de clase C110 tiene un paso de 6 pulgadas y un diámetro de sprocket superior de 1.4 pies. Para las ruedas se tiene el siguiente esquema en la figura 2.19.

Figura 2.19: Esquema de la rueda

Del esquema se tiene:

Asumo Z1 = 9 y Z2 = 8 con una relación cerca del recomendado de 0.88. [12]

5.8 Calculo de la Caja Metálica

En esta sección se dimensiona la caja metálica según los componentes que hemos calculado, estimado y asumido previamente, cabe recordar que la longitud ( para tensado y montaje se ubica en la polea inferior, se mide desde el centro de la polea inferior con las dimensiones normales hacia la parte inferior del elevador y su valores son:

En la figura 2.20 y 2.21 se muestran el dimensionamiento del elevador de cangilones según los componentes asumidos y seleccionados anteriormente.

Figura 2.20: Sección A-A del elevador de cangilones

Figura 2.21: Vista elevación elevador de Cangilones

A continuación se deciden el número de cuerpos que tendrá nuestro elevador de cangilones. El punto de partida son las medidas de las planchas comerciales que son de 4 x 8 y de 5 x 10 pies, luego se selecciona el ángulo trefilado a utilizar.

La configuración de los cuerpos, las zonas del cangilón y la ubicación de las bridas se muestra en la figura 2.22 y la construcción de las bridas típicas asumidas se muestra en la figura 2.23.

Figura 2.22: Cantidad de cuerpos del elevador de Cangilones

Figura 2.23: Bridas del elevador de Cangilones

• a) Cargas Actuantes

Para el elevador de cangilones se tienen las cargas mostradas en la figura 2.24.

Figura 2.24: Cargas actuantes en el elevador de Cangilones

Dónde se estima lo siguiente:

Reemplazando con los datos calculados anteriormente y otros datos estimados:

Para las dimensiones de plancha y perfiles angulares seleccionados anteriormente y la configuración también mostrada anteriormente se tiene:

En la tabla 2 del anexo 02 del catálogo de GOOD YEAR se recomiendan materiales y espesores cajas de elevadores de cangilones para distintas condiciones de operación y en la tabla 11 del anexo 02 se encuentran los espesores y pesos de las planchas. Se considera que el elevador de cangilones operara al aire libre y en un medio corrosivo por lo que se deciden los siguientes espesores:

Evaluando los pesos de las planchas de los cuerpos del elevador de cangilones se tiene:

Finalmente tenemos el peso de la caja P3:

Luego hallamos el peso total:

• b) Verificación de la caja

En esta sección se realiza una verificación de los espesores y ángulos de la caja para comprobar si soportan las cargas actuantes en la caja. En la figura 2.25 se muestra la carga total calculada anteriormente actuando sobre el elevador de cangilones, mientras que en la figura 2.26 se muestra una sección del elevador de cangilones con las áreas efectivas recomendados según el catalogo GOOD YEAR.

Figura 2.25: Carga total actuante en el elevador de cangilones

Figura 2.26: Sección A-A, área y área efectiva del elevador de cangilones

Se puede calcular el factor W/t, con este factor se entra a la tabla 11 del anexo 02 de la separata de GOOD YEAR para calcular la relación b/t. Se recomienda:

• Para cajas chicas se recomienda b/t = 0.5 w/t

• Para valores w/t > 100 se recomienda Área efectiva= Área total

• Para valores w/t > 500 se recomienda b/t = constante = 55.

Entonces se tiene para un t" y t" de 0.1345 pulgadas:

Entonces se evalúan el área y el área efectiva.

Con el área y el área efectiva se calcula el factor de forma f:

Ahora se calcula la inercia de la sección resistiva para el menor radio de giro que vendría la del eje X-X mostrada en la figura 2.27.

Figura 2.27: sección de menor radio de giro del elevador de cangilones

Dela figura 2.27 se calcula la inercia total de la sección con respecto al eje X-X con ayuda de tablas que nos brindan información sobre los centroides e inercias de los ángulos.

Luego se evalúa el radio de giro de la sección r.

Luego se evalúa la esbeltez ?.

Se recomienda.

Con la presión máxima en kilogramos fuerza y el área total en centímetros cuadrados. Se evalúa cuál de las 2 ecuaciones anteriormente mencionadas se debe utilizar para calcular la presión máxima.

Se cumple entonces.

Entonces calculamos la presión máxima.

Se debe cumplir.

Debido a que el elevador de cangilones ira soportado en los travesaños se decide que los ángulos que se utilizan en el primer piso del elevador, desde donde se soportara el mismo sean de mayor longitud y mayor espesor para soportar la carga del elevador. Los agujeros que poseen los ángulos serán aumentados de diámetro para utilizar un perno M16 y ya no M10 como era anteriormente debido a que ahora los agujeros no solo servirán para unir los cuerpos del elevador sino que ahora unirán los cuerpos del elevador de cangilones con los travesaños que a su vez se unen a las vigas principales y a la planta móvil. El detalle de la sección del primer piso del elevador de cangilones se muestra en la figura 2.28. [12]

Figura 2.28: Bridas del primero piso de soporte del elevador de cangilones

Referencias Bibliográficas

• [5] ATHEGSUR PERU E.I.R.L

2005 Chancadora de Quijada, Especificaciones Técnicas. Catálogo de Selección. Arequipa. www.athegsurperu.com

• [6] TELSMITH CONE CRUSHER

1995 Cone Crusher Information, Especificaciones Técnicas. Catálogo de Selección. Arequipa. www.telsmith.com

• [7] ATHEGSUR PERU E.I.R.L

2005 Alimentador Vibratorios, Especificaciones Técnicas. Catálogo de Selección. Arequipa. www.athegsurperu.com

• [8] LINK-BELT COMPANY

1965 Link-Belt products and components for materials handling and power transmission: catalog 1050. Catálogo de Selección empresa LINK- BELT.

• [9] GOOD YEAR COMPANY

2005 Tablas de Fajas Transportadoras. Catálogo de Selección empresa GOOD YEAR.

• [10] COTAQUISPE ZEVALLOS, Luis Orlando

2012 Diseño de Equipos de Almacenamiento y Transporte, Guía para la Exposición en Aula de Fajas Transportadoras. Material de enseñanza. Lima: Pontificia Universidad Católica del Perú.

• [11] COTAQUISPE ZEVALLOS, Luis Orlando

2012 Diseño y Calculo Estructural, Guía para la Exposición en Aula de Fajas Transportadoras. Material de enseñanza. Lima: Pontificia Universidad Católica del Perú.

• [12] COTAQUISPE ZEVALLOS, Luis Orlando

2012 Diseño de Equipos de Almacenamiento y Transporte, Guía para la Exposición en Aula de Elevadores de Cangilones. Material de enseñanza. Lima: Pontificia Universidad Católica del Perú.

• [13] GOOD YEAR COMPANY

2005 Tablas de Elevadores de Cangilones. Catálogo de Selección empresa GOOD YEAR.

CAPITULO 3

Diseño de la estructura portante de la planta móvil

En esta sección se realizara el diseño de la estructura portante de la planta móvil que se adaptará al proceso óptimo de trituración seleccionado en el capítulo 1 y a la selección de equipos seleccionados en el capítulo 2. Esta estructura se ajustara a las dimensiones y accesorios que los equipos puedan tener para el correcto funcionamiento de la planta móvil. Además se asegurará que la estructura portante de la planta móvil tenga un diseño óptimo para que la planta móvil pueda transportarse en las carreteras de todo el Perú y pueda funcionar adecuadamente en los lugares donde sea requerida según la reglamentación de transporte.

El procedimiento y los cálculos utilizados en esta sección son los que hemos aprendido a los largo de estos cinco años de estudios en la facultad de ingeniería mecánica de la presente casa de estudios; nuevos cálculos o metodologías de diseño que se leyeron en libros de diversos autores que presentan otros métodos de cálculo o diseño; o recomendaciones basadas en la experiencia del asesor de la presente tesis.

Esta sección empezara con la ubicación de los equipos, parte principal que determinara todo el diseño de la estructura. Luego se pasara a estimar las cargas tanto viva como muerta además de cargas como la del viento o las sísmicas que pudieran aparecer en Perú. Luego se pasara a estimar los perfiles que se utilizaran en la estructura principal y por último los perfiles que se utilizaran en las zonas secundarias soportando algunos equipos. Las estimaciones y comprobaciones se sustentaran mediante cálculos así como las uniones y otros detalles.

• Ubicación de Equipos

En esta sección se procederá a presentar dos alternativas de ubicación de equipos en una estructura de las cuales se procederá a escoger la más conveniente para nuestra planta móvil, no solo se decidirá el circuito que anteriormente se seleccionó sino también posición con respecto a la unidad tractora y equipo de elevación y transporte. Esta ubicación de equipos determinará la geometría final de la estructura y será punto de partida para el diseño.

• Alternativa 1

Figura 3.1: Posición de equipos alternativa 1.1

Figura 3.2: Posición de equipos alternativa 1.2

En las alternativas 1.1 y 1.2 de las figuras 3.1 y 3.2 respectivamente se puede observar una secuencia única seleccionada en capítulos anteriores pero en una posición distinta con respecto a la unidad tractora, en alternativa 1.1 la alimentación se hace por la parte posterior de la planta mientras que en la alternativa 1.2 se hace por la parte delantera. Además se muestra la utilización de fajas transportadoras como equipos de elevación y transporte para la caliza entre los equipos y en la salida de la planta.

• Alternativa 2

Figura 3.3: Posición de equipos alternativa 2.1

Figura 3.4: Posición de equipos alternativa 2.2

En las alternativas 2.1 y 2.2 de las figuras 3.3 y 3.4 respectivamente se puede observar una secuencia única seleccionada en capítulos anteriores pero en una posición distinta con respecto a la unidad tractora, en alternativa 2.1 la alimentación se hace por la parte posterior de la planta mientras que en la alternativa 2.2 se hace por la parte delantera. Además se muestra la utilización de un elevador de cangilones como equipo de elevación y transporte entre la trituradora de mandíbulas y la trituradora cónica, y una faja transportadora para el transporte y elevación de salida para la caliza con el tamaño requerido.

• Selección

Debido a que la planta móvil va a trabajar sin la unidad tractora la posición de los equipos según la unidad tractora no impide que la alimentación a la tolva pueda ser tanto lateral como posterior. Por lo tanto según el trabajo de la planta sería indiferente la posición de los equipos según la unidad tractora pero debido a que la parte donde se encuentra el perno maestro, parte delantera que une la unidad tractora con la planta móvil, está en voladizo porque en esa esa parte tiene que entrar la parte trasera de la unidad tractora, por lo menos un eje; es preferible por un tema de pesos que el grueso del peso de los equipos se encuentre en la parte posterior. Por ello se prefiere seleccionar las alternativas 1.1 o 2.1 que tienen la salida por la parte delantera.

Las alternativas 1.1 (figura 3.1) y 2.1 (figura 3.3) que quedaron como posible ubicación final de equipos se diferencian en los equipos de transporte y elevación, en la alternativa 1.1 se utiliza una faja transportadora entre los equipos, mientras que en la alternativa 2.1 se utiliza un elevador de cangilones. Ambas alternativas cumplen con el objetivo de transportar y elevar la carga para alimentar la trituradora cónica, la diferencia radica en el espacio que ocupan estos equipos. Las fajas transportadoras cumplen la función de elevar pero poseen un ángulo de carga y elevación para determinado producto del cual se determina el largo de la faja dependiendo de la altura, esto hacer que las fajas transportadoras tengan mucho largo; lo que no es conveniente para nuestra planta móvil debido a que esto hace que los largueros sean más grandes por tanto la planta móvil más larga y cara. En cambio los elevadores de cangilones cumplen la función de elevar y por ser verticales o poseer una pequeña inclinación son ideales para ahorrar espacio en comparación al largo de las fajas. Por ello la decisión final de la ubicación de los equipos es la alternativa 2.1.

Figura 3.4: Elevador de Cangilones

• Geometría de la Estructura

Una vez seleccionada la ubicación de los equipos se puede proceder a estimar la longitud de los largueros o vigas maestras para poder seleccionar el perfil según las cargas que se calcularan más adelante. Teniendo en cuenta la alternativa 2.1 seleccionada en la sección anterior obtenemos un larguero de 9500 milímetros según muestra la figura 3.5. En la figura 3.5 además se muestra la distancia desde un extremo de la estructura hacia el perno maestro, la distancia entre los ejes, la distancia entre uno de los ejes y el perno maestro; y la altura de los largueros con respecto al piso.

Figura 3.5: Geometría de los largueros

La distancia que se considera en la parte izquierda de la estructura se debe a que por el peso de los equipos, las distancias largas y abruptas que recorrerá la planta móvil; ésta requerirá utilizar una unidad tractora de ejes dobles o de tándem. En la figura 3.5 se muestra una unidad tractora de 2 ejes que se utilizara como remolque. [13]

Figura 3.6: Unidad tractora de dos ejes o tándem

• Determinación de Cargas

En esta sección se determinaran las cargas a las que está sometida la estructura de nuestra planta móvil. Esta parte es fundamental que se haga de manera precisa debido a que de las cargas dependerá el dimensionamiento de la estructura que deberá tener una vida útil de aproximadamente 20 años. Las cargas que se tomaran en cuenta se muestran en la tabla 3.1. [14]

Tabla 3.1: Tipos de carga

• Carga Muerta

Son aquellas que permanecen prácticamente constantes durante la vida útil de la estructura. La carga muerta está producida por el peso propio de toda construcción permanente, que incluye el peso propio de la estructura y todo el equipo permanente no incluido en la carga viva. Debido a que recién estamos diseñando la estructura el dato del peso propio no se tiene en esta parte del diseño por lo que para simplificar se asume un valor promedio de 4500 Kg. Valor obtenido en promedio de algunas tesis de semirremolques revisadas. Entonces tenemos:

• Carga Viva

Son cargas variables en magnitud y posición debidas al funcionamiento u ocupación propia de la estructura. Incluye las personas, el mobiliario, las máquinas y cualquier tipo de carga transitoria. Debido a que nuestra estructura soporta maquinas como las trituradoras, el alimentador vibratorio, la faja transportadora de salida y el elevador de cangilones, motores eléctricos; su peso será considerado como carga viva para nuestro diseño. El peso de cada equipo que porta nuestra planta así como el peso total se muestra en la tabla 3.2.

Tabla 3.2: Peso de los equipos

Para el parámetro de los pesos de los motores eléctricos se estimó el peso de los motores según su potencia del catálogo de motores Delcrosa de 4 polos. La estimación se muestra en la tabla 3.2.

Tabla 3.3: Peso de los motores de los equipos

Al peso de los equipos mostrado en la tabla 3.2 se le añade el peso propio de la carga que circula por la maquinaria y está reposando en la tolva de alimentación que es de aproximadamente seis toneladas.

• Cargas Accidentales

Además de las cargas vivas y muertas que actúan sobre una estructura es necesario considerar adicionalmente las cargas accidentales que debe soportar la estructura, estas cargas accidentales son producidas por efectos climáticos, geográficos, o por las condiciones de operación misma de la estructura. Algunas de las cargas accidentales más importantes son las cargas de impacto, de viento y de sismo.

• Cargas de Impacto

Las cargas de impacto son causadas por la vibración y la repentina detención o la caída de cargas móviles o movibles. La carga de impacto se encuentra, por lo general, multiplicando la carga en movimiento (viva) por un factor de choque. El factor de choque es distinto para cada tipo de carga dinámica. Para nuestra planta móvil la carga de impacto se produce durante el funcionamiento de los equipos soportados en ella y durante el transporte por las irregularidades de la carretera. Los factores de impacto se muestran en la tabla 3.4.

Tabla 3.4: Factores de Impacto

Según la tabla 3.4 el factor de impacto para nuestra planta móvil seria del 20% debido a que nuestra planta soporta maquinaria impulsada por motor. Entonces tenemos nueva carga viva a la que se añadirá la carga de impacto:

Por lo tanto la carga viva total será:

• Cargas de Sismo

Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interacción del movimiento del suelo y la característica de respuesta de la estructura. El terreno es desplazado, y como las estructuras están conectados a este, ellas también se desplazan y vibran; en consecuencia, se generan deformaciones y esfuerzos en toda la estructura. Según la norma técnica de edificación E.030 de diseño sismo resistente existen distintas categorías para edificaciones y estructuras, dentro de las cuales nuestra estructura se encuentra en la categoría B de edificaciones importantes debido a que hay personas cercanas en operación y realizando otras actividades, por ello posee un factor de uso o importancia de 1.3; este factor está por debajo del factor 1.5 de edificaciones esenciales. Esta valor de 1.3 nos indica que en estas edificaciones, a criterio del proyectista, se aumentara la carga en un 30% para evitar cargas que aparecen durante el sismo.

Por lo tanto la carga viva total será:

• Cargas del Viento

Cuando las estructuras impiden el flujo del viento, la energía cinética de este se convierte en energía potencial de presión, lo cual causa la carga del viento. El efecto del viento sobre una estructura depende de la densidad y velocidad del aire, del ángulo de incidencia del viento, de la forma y rigidez de la estructura y de la rugosidad de la superficie. Por lo general se asume que las presiones del viento se aplican uniformemente a las superficies. Para determinar la carga del viento primero se debe calcular la presión por velocidad de la siguiente manera: [15]

Dónde:

: Presión por velocidad (N/m2)

: Factor de exposición

: Factor topográfico

: Factor de direccionalidad del viento

: Velocidad básica del viento (m/s)

Para determinar el factor de exposición se debe establecer primero una categoría de exposición que refleje adecuadamente las características de la superficie del lugar en el cual se va a construir el edificio o la estructura, entre ellas:

• Exposición B: Áreas urbanas y suburbanas, áreas boscosas, o terrenos con numerosas obstrucciones próximas entre sí, del tamaño de unifamiliares o mayores.

• Exposición C: Terrenos abiertos con obstrucciones dispersas, con alturas generalmente menores de diez metros. Esta categoría incluye campo abierto plano y terrenos agrícolas.

• Exposición D: Áreas costeras planas sin obstrucciones, expuestas al viento soplando desde aguas abiertas a una distancia de al menos 1660 m. Esta exposición se debe aplicar solamente a aquellos edificios y otras estructuras expuestas al viento soplando desde el agua.

Comparando las diferentes exposiciones establecemos que la exposición C, al incluir campo abierto plano y terrenos agrícolas, es la que más se asemeja o acerca a la situación donde nuestra planta móvil entrara en operación por lo cual entrando a la tabla 29.3-1 del anexo 03 con una altura menor a 4 metros obtenemos un factor de posición de 0.85.

El factor topográfico considera la topografía del sector en donde se encuentra la edificación o estructura, ya que existe un aumento de la velocidad del viento sobre lomas, colinas, etc. Debido a que las características topográficas de la zona de operación de la planta móvil son desconocidas el factor topográfico se asume como 1.

El factor de direccionalidad del viento toma en cuenta la forma geométrica de la estructura. Según las características de la estructura y de los equipos montados considero a todo como una pared y por ello el factor de direccionalidad según la tabla 26.6-1 del anexo 03 el factor de direccionalidad del viento es de 0.85. [15]

La velocidad del viento se determina según el mapa del viento del anexo 03. Éste nos muestra que en la zona de Cuzco, una de las zonas con mayor viento, encontramos vientos de hasta 110 kilómetros por hora. Luego observando la tabla 1.1 que nos muestra la ubicación de los principales productores de caliza en el Perú nos damos cuenta que cuzco es uno de los lugares con yacimiento de caliza, por ende posible lugar de operación de la planta móvil; por ello asumimos la velocidad del viento como 110 Km/h o 30.6 m/s. Entonces reemplazando valores tenemos:

Luego determinamos la carga del viento con la siguiente expresión:

Dónde:

: Carga del viento (N)

: Presión por velocidad (N/m2)

: Factor de Efecto de ráfaga

: Coeficiente de fuerza neta

: Área neta de la pared (m2)

El factor de efecto de ráfaga para estructuras rígidas y otros puede tomar el valor de

0.85. El coeficiente de fuerza neta está en función de las dimensiones de la superficie vertical en contacto con el aire, separación con respecto al suelo y la dirección con la que el viento choca con la superficie. Donde tenemos según la tabla 29.4-1 del anexo 03:

Según la tabla según los factores dados el coeficiente de fuerza neta es 1.45.

El área es la superficie que impedirá el flujo normal del aire y exagerando aproximadamente el área es la que muestra la figura 3.7.

Figura 3.7: Área de la superficie de la planta móvil

El área de la superficie exagerada en el grafico anterior es de 19.25 m2. Por lo tanto la de la fórmula de la carga del viento se tiene:

• Material de la Estructura

El material que se utilizará principalmente para la elaboración de la estructura de nuestra planta móvil será el acero estructural ASTM – A36. Este acero estructural presenta propiedades óptimas para las condiciones de servicio a las cuales estará sometida la estructura de la planta móvil; además es un acero comúnmente utilizado en la industria de construcción por lo que es de fácil adquisición y se puede encontrar en diferentes presentaciones como en láminas, planchas, tubos, barras, platinas y perfiles estructurales a costos relativamente bajos en el mercado peruano. En la tabla