Análisis estructural de la máquina de riego Bayatusa (página 2)

Partiendo del modelo estructural original se realizo un modelo simplificado de la estructura, con la utilización del graficador de RAM Advanse en su versión 5.1, en la Figura 2.1 se puede observar una representación en isométrico del modelo

Figura 2.1. Vista en isométrico del modelo simplificado de la estructura de tramo de 65 metros de la Maquina de Riego de pivote central eléctrica.

Tabla 2.1. Especificaciones del modelo estructural tramo de 65 m de la Máquina de Riego de Pivote Central Eléctrica .

Se determinaron las cargas que actúan sobre un tramo intermedio de 65 metros, considerando que sobre el operan las cargas generada por el peso propio, Al analizar las cargas de uso a las que estaban sometidos los elementos de que componen la estructura se considero que los Tubos intermedios largos y cortos estaban sometidos a cargas provenientes del peso del agua al llenar la tubería durante el riego y se considero la carga que provoca el tramo que lo sucede sobre la torre, considerándola como una carga concentrada, además como carga ecológica se considero la carga de viento actuado horizontalmente sobre el lateral de la estructura.

Se procedió al cálculo de las cargas de viento que actúan sobre los elementos componentes de la estructura, para lo cual se considerando lo establecido en la norma cubana para el cálculo de la carga de viento NC 285: 2003 , La determinación de la carga de viento (carga unitaria característica total) que actúa sobre cada elemento se efectuó considerando lo establecido en la norma cubana para el cálculo de la carga de viento NC 285: 2003 que plantea que la carga viento se calculará por la expresión siguiente:

(2.1)

Se considero que las máquinas de riego de pivote central tienen una distribución nacional tomamos la mayor de las presiones básicas.

q =1,3 kN/m2 (130 kgf/m2)

Los distintos coeficientes se determinaron según la norma cubana para el cálculo de la carga de viento NC 285: 2003

Para determinar la carga de viento a la cual van a estar sometidos los distintos elementos de la estructura (ver figura 2.11) se tuvo en cuenta ancho de la sección expuesta al viento y el coeficiente de forma del elemento

(2.2)

Donde:

: Carga de viento que actúa sobre el lateral del tramo.

: Ancho de la sección del elemento expuesta al viento

Coeficiente de forma del elemento.

Para el análisis de resistencia de la estructura a las diferentes cargas a la que esta expuesta se utilizó el programa para cálculos estructurales RAM Advanse versión 5.1 procediendo de la siguiente forma:

• a) Confección del modelo geométrico.

En la confección del modelo se excluyeron los elementos de unión como el soporte de las columnas de la torre, abrazaderas, bridas, es decir se considero que los elementos principales interactúan directamente entre si, esta consideración permitió simplificar el modelo.

El modelo esta compuesto por 66 nudos y 130 miembros.

Figura 2.2 Modelo del tramo de 65 metros, nudos

• b)  Descripción de cada una de los miembros que conforman la estructura.

Se procedió a asignar denominaciones a cada miembro permitiendo a estos agruparlos y asignarle características con mayor facilidad.

• c) Declaración de los soportes de la estructura.

Se considero que la estructura se encuentra empotrada en el punto de unión del reductor de la Ruedas motrices al Puente de la Torre o eje, la unión del tramo a el tramo que lo precede es por un sistema de rotula por lo cual en el modelo se considera un apoyo articulado.

Figura2.3 Modelo del tramo de 65 metros, Apoyos

• d) Asignación de secciones a cada miembro de la estructura.

Tabla 2.2. Secciones de cada miembro de la estructura.

• e) Asignación de materiales a cada miembro.

Toda la estructura esta concebida de Acero A-36, excepto los tensores que están concebidos de Acero A-42, según norma AISI los cuales presentan a las siguientes características:

Tabla 2.3 Materiales asignados.

• f) Introducción de las cargas aplicadas a cada miembro.

Se le aplico las cargas anteriormente calculadas a cada miembro según las direcciones que se indican.

Figura 2.4 Cargas aplicadas a cada miembro de acuerdo a la acción lateral del viento.

• g) Se establecieron los siguientes estados de carga:

• 1. Peso propio (Pp).

• 2. Carga Concentrada (Cc)

• 3. Carga de viento lateral (Cv).

• 4. Carga de uso (Cu)

• 5. Combinación de carga (C1).

La combinación de cargas responden a la siguiente formula:

C1=1.05Pp+Cc+1.1Cu+1.3Cv (2.3)

Los coeficientes de mayoración para las cargas ecológica (carga de viento) fueron asignados según lo establecido en la Norma Cubana para el cálculo de estructuras de aceros (NC 53-94:83).

Se analiza de forma individual las tensiones y las deformaciones de los elementos de la estructura tomadas del el análisis de la estructura en el RAM Advanse versión 5.1 valorando las tensiones que actúan sobre los elementos según el criterio de resistencia siguiente:

5%

Donde:

Tensión máxima ejercida sobre los elementos de la estructura.

Tensión admisible a la tracción o compresión del material.

Se verificara de forma individual los elementos de la estructura de mayor importancia, sobre los cuales recaen las mayores tensiones, teniendo en cuenta la forma de unión, zona critica para lo cual se tomaran los valores de las tensiones de los elementos las zonas criticas que brinda el análisis de la estructura en el RAM Advanse versión 5.1 y para su modelación se utiliza el Paquete de calculo del Solid Works, Cosmos Works. y cosmos xpress

Resultados

Se obtuvo el comportamiento resistivo de las Estructura y de los diferentes elementos que influyen en la estabilidad estructural del tramo intermedio de 65 metros de la Maquina de riego Bayatusa, los mismos aparecen reflejados, mediante los diagramas de tensiones Von-Misess.

Resultados debido a la acción de la combinación de carga C1=1.05Pp+Cc+1.1Cu+1.3Cv

• Comportamiento resistivo de la estructuras.

Figura.2.5 Tensiones sobre la estructura debido a la acción de la combinación de carga C1.

Como puede observarse la tensión máxima a la que está sometida los elementos de la Estructura son de 195.06N/mm2 siendo los tensores los elementos más tensionados

Figura.2.6 Deformación de la estructura debido a la acción de la combinación de carga C1.

Como puede observarse la deformación máxima a la que están sometidos los elementos de la Estructura es de 0.0044, correspondiendo los mayores valores de desplazamientos a los tensores

Tabla 3.1Tensiones máximas y Deformaciones máximas por elementos.

Para el análisis de los resultados que se muestran se partió de la siguiente condición de resistencia:

5%

Todos los elementos resisten las tensiones máximas a la que están sometidos pues las mismas cumplen con el criterio de resistencia establecido. La tabla 3.2 muestra a que por ciento de su capacidad de trabajo se encuentra cada pieza de la estructura.

Tabla 3.2 Capacidad de trabajo de cada pieza.

Estudio de los tensores

Figura.2.7 Tensiones en el tensor.

Como se puede observar en el estudio del Tensor con el paquete de calculo del solid Works Cosmosxpress, teniendo en cuenta la forma de unión y otros detalles geométricos de la pieza, la misma resiste las tensiones a la que esta sometida ratificando los resultados obtenidos con el análisis de la estructura en el RAM Advanse versión 5.1

Conclusiones

• Con la confección del modelo por Elementos Finitos del tramo de 65 metros se realizó el análisis de la resistencia y la rigidez del mismo, determinándose los elementos de la estructura que están sometidos a los mayores valores de tensión y desplazamiento ,recayendo los mismos sobre los Tensores..

• El diseño del tramo intermedio de 65 metros resiste los esfuerzos a que puede estar sometidos durante su uso en las topografías llanas que caracterizan los suelos cubanos.

• Con la introducción del tramo de 65 metro se puede lograr una mejor adaptación de la Maquina de Riego de Pivote Central Bayatusa a las condiciones de la agricultura Cubana contribuyendo a disminuir los costo de riego por hectárea.

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Autor:

Ing. Abdel Acosta Jover

Especialista Principal Grupo de desarrollo

EMBA