Cálculo de la Tensión Máxima de la Barra Lisa SAE 1045

Resumen

En este trabajo de aplicación se intenta mostrar los parámetros básicos de una de las herramientas fundamentales del proceso de moldeo con Winches de izaje capacidad de 2 TM. Utilizados en los movimientos de caja y la fabricación de moldes para fundir diferentes partes de la maquinarias mineras, industrias de construcción, pesca y agricultura. Aplicando los conocimientos básicos adquiridos en el curso Mecánica I, donde demostraremos de manera cuantitativa la Tensión máxima de soporte para la Barra Lisa SAE 1045, ubicada en el Brazo Giratorio de la estructura para el Winche; y así no incurrir a inesperados cálculos que pueden ocasionar accidentes no previstos.

Palabra Clave: Winche, Acero SAE 1045, Brazo Giratorio,

Introducción

En la actualidad el hombre ha ido optimizando el proceso productivo, pues como sabemos las maquinas reemplazan al hombre. La empresa Consorcio Metalúrgico S.A viendo la necesidad de optimizar recurso y obtener mayores utilidades, decidió implementar un nuevo sistema de traslado reemplazando las grúas actuales por winches que nos de menor costo y mayor capacidad instalada. Este cambio su realizada en base a cálculos donde medimos las fuerzas máximas aplicables a nuestras necesidades en proceso

Cálculo de la Tensión máxima en la Barra Lisa SAE 1045

Elementos de trabajo

Brazo Giratorio.

Estructura compuesta por columna metálica (en algunos casos puede ser de viga metálica W pero nuestro caso en estudio será de tubo rectangular de 6 in). Brazo de viga W y escuadra de barra lisa en calidad SAE 1045 (acero recomendado por su alta resistencia a la tracción)

Winche.

El Winche de Izaje es una maquinaria utilizada para levantar, bajar, empujar o tirar la carga. En otras palabras el sistema de izaje a través de los piques de una mina, tiene semejanza a los ascensores de los edificios; en las minas importantes del Perú se utiliza el winche como maquinaria principal de transporte vertical (para el arrastre de mineral, se utiliza los winches de rastrillaje)

Metodología

La metodología de estudio estará basada en el análisis Estructural del Winche, donde implicaría hacer uso de las herramientas de aprendimos en el curso de Mecánica como por ejemplo Equilibrio de Partículas, Vectores, Equilibrio Estático de cuerpo rígido, Distribución de Fuerzas y el Análisis Estructural del elemento que el estudio, nos obligue a obtener. Para tener una mejor visión mostraremos las figuras 1 al 4.

Como ya fue mencionando este documento tendrá datos y objetos gracias a la empresa COMESA S.A. una empresa con más de 57 años de experiencia en el rubro de la metalurgia, donde forma parte del escenario de estudio.

Empezaremos por mostrar la estructura en mención (véase figura 5 y 6). Esquema donde se muestra todos los componentes del winche de izaje. A continuación entraremos a detallar el cálculo correspondiente.

Calculo del Punto de Giro

El punto de giro lo hallaremos viendo conveniente un cálculo para las partes de trabajo; Es decir, tomaremos como punto de referencia aquel momento resultante que será cero y, que no entra en consideración para el análisis.

Los cálculos serán expresados en unidades del sistema internacional.

Análisis del Diagrama de Cuerpo Libre

En este análisis mostraremos mediante vectores hacia donde esta dirigida las fuerzas aplicables a la estructura (winche de izaje). En la figura 3. Mostraremos gráficamente paso a paso como obtenemos estos vectores y por lo tanto sus fuerzas dirigidas (sentido, dirección y modulo).

Ficha técnica

En la ficha técnica mostraremos las propiedades mecánicas y químicas que serán observadas en la tabla 1 y en la tabla 2.

Figura 1. Winche de Izaje en pleno trabajo.

Figura 2. Winche de Izaje en pleno trabajo.

Figura 3. Winche de Izaje en pleno trabajo.

Figura 4. Winche de Izaje en pleno trabajo.

Figura 5. Winche de Izaje en pleno trabajo.

Fuente: Instalaciones COMESA (Área de producción-Moldeo)

Figura 6. Diseño CAD del Winche de Izaje.

Fuente: Plano de fabricación PF-01

Momentos de una Fuerza

En los análisis del movimiento de un cuerpo rígido tomaremos momentos para determinar toda las fuerza que intervienen

En los análisis del movimiento de un cuerpo rígido, aparecen a menudo expresiones en las que interviene el producto de la masa de un pequeño elemento por el cuadrado de su distancia a una recta de interés. Este producto recibe el nombre de momento de inercia del elemento.

A continuación resolveremos paso a paso como obtener de manera cuantitativa los resultados esperados.

Paso 1:

Como los cuerpos se encuentran en equilibrio, las sumas de fuerzas serán cero.

Paso 2:

Paso 3:

En este paso trataremos de hallar la reacción en el punto A.

Resultados

Como podemos ver, sea calculado la Tensión máxima que puede soportar la diagonal de barra lisa en calidad SAE 1045, se a calculado la Reacción que se da entre la Viga y la columna (que fueron unidos mediante un pasador en el punto A), Asimismo se descompuso en sus vectores de los ejes "y" y "x".

Estos resultados claros y precisos serán la base para entrar en discusión si se respetan los parámetros permisibles, que el fabricante nos brinda y, corroborar la resistencia máxima a la tracción de las Barras Lisas SAE 10145, claro está que esto es considerando los movimientos de traslación en que se opera la máquina.

Figura 3. Distribución de las fuerzas que intervienen para el análisis.

Tabla 1

Composición Química del Acero SAE 1045

Fuente: Almacenes COMESA

Tabla 2

Propiedades mecánicas del Acero SAE 1045

Fuente: Almacenes COMESA

Discusión

Sea visto cuantitativamente el desarrollo del cálculo, con lo cual podemos decir que el brazo mecánico del diseño y sobre todo la barra lisa SAE 1045 está en las condiciones óptimas para su trabajo en campo.

Adicional a esto se pudo determinar cuánto es la fuerza de reacción en el pasador que soporta dicha estructura.

Cabe mencionar que de ser así estaríamos proponiendo que para una mejor utilización y eficiencia puesta en operación se recomendaríamos insertar un winche de mayor capacidad.

Conclusión

Una de las conclusiones más resaltantes que se pudo obtener es que si estando el brazo en su máxima distancia (momento=fuerza x distancia) se ha demostrado que puede ser usado en mayor carga para su trabajo, así nos permite la barra que fue puesta en estudio.

La Barra lisa SAE 1045 por su alta resistencia a tracción (fuerza a ser fracturada) es recomendada para trabajos similares y donde implique cargas altas en su proceso.

Por lo tanto nuestro equipo de trabajo obtiene en este estudio realizado es entender que la mecánica está presente en todo momento y en todo lugar, muestra de ello es lo que vimos en las hojas anteriores, donde teniendo cargas podemos calcular las propiedades mecánicas – físicas de los metales. Hoy en día la Industria nacional ha desarrollado gran campo en la construcción por ende se necesita mayor mano de obra calificada que implica fomentar más las teorías del cómo y porque debemos ser conscientes de nuestro desarrollo.

Agradecimientos

Nuestro agradecimiento a la empresa COMESA por la información e instalaciones que hizo posible este estudio que esperemos sea muy provechosa e incentive a la investigación de todas nuestras colaboraciones.

Referencias

[1] Separatas de clase Mecánica

[2]http://es.wikipedia.org/wiki/Momento_ de_inercia

[3] Data empresa COMESA

[4] SOLDEXA S.A – Oerlinkon, manual de soldadura y Catálogos de productos.

[5] ENSIDESA (1977). Manual para el cálculo de estructuras. Publicaciones de Ensidesa

[6] ENSIDESA (1977). Manual para el cálculo de estructuras. Publicaciones de Ensidesa

[7] Resitencia de Materiales, William a. Nash

[8] Tabla Aceros Arequipa S.A

Autor:

Jesús Ccala Torres

Julio Flores

Antonio Encarnación Acero

José Nilson Chapoñan Merino

Docente: Durand Porras Juan Carlos

Universidad Privada del Norte

Facultad de Ingeniería y Arquitectura

Carrera de Ingeniería Industrial

Agosto del 2014