Cimentación de Máquinas

CIMENTACIÓN 1.

CIMENTACION PARA BOMBAS Y MOTORES

La correcta cimentación de los equipos, cualquiera que sea es uno aspectos fundamentales para la operación eficiente de los mismos. El cimiento o base, como generalmente lo llaman, de un equipo, no es más que una estructura sólida de hormigón, lo suficientemente pesada para que proporcione un soporte rígido permanente a toda el área de la base o asiento de este, además de absorber cualquier esfuerzo, imprevisto o vibraciones normales. 2. FACTORES

QUE

AFECTAN

LAS

CARACTERÍSTICAS

DE

LA

CIMENTACIÓN.

El cimiento que generalmente se usa, sobre todo en casos donde el silencio no es necesario, casi sin excepción, es un bloque de concreto en la proporción debida con respecto al tamaño del motor, correctamente nivelado y anclado para resistir el funcionamiento continuo dicho motor. Las proporciones de estos cimientos dependen, en gran parte de la clase de motor, su velocidad, las propiedades de la superficie o suelo en donde se ha de construir el cimiento y el método empleado para transmitir la fuerza. Con relación a las bases para bombas tenemos que tratándose de bombas centrífugas horizontales, vienen montadas o se montan en un chasis con el motor, por lo que al hacer el caculo de la base para el motor debe incluirse también el peso de la bomba, es decir, en este caso la base del motor y la bomba es una misma. 3. CIMENTACIÓN SOBRE ROCAS.

Si el suelo donde va a ser construido el cimiento es de roca monolítica o sólida deber tenerse en cuenta las siguientes cuestiones: La parte superior del cimiento debe quedar tan baja como sea posible con el objeto de facilitar el trabajo sobre el motor, por lo que la excavación deberá hacerse lo suficientemente profunda. Es importante que el suelo no tenga secciones de tierra, pues si así fuera, con el tiempo quedaría disparejo y el cimiento descansaría esto se debe a que la humedad, la vibración y otras causas, hacen que la tierra cambie de posición. Para funcionar correctamente, todos los motores requieren unEste sostén perfectamente nivelado, tantolaenvida el sentido como en el transversal. nivel se debe conservar durante útil del longitudinal, motor.

4. CIMENTACIÓN EN TIERRA.

En la siguiente figura se ilustra una instalación sobre terreno firme, es muy parecida la que se muestra en la figura anterior, pero difiere de aquella en que su cimiento es mucho más grande. Existe una gran variedad de cimientos de este tipo, pero el objetivo principal de ésta imagen es mostrar el volumen mayor del hormigón. 5. CIMIENTO SOBRE SUELO BLANDO

La cimentación sobre suelo blando no es mas que la construcción de los cimientos con un pié de base lo suficientemente grande con el objeto de cubrir la mayor superficie que permita disminuir la presión por unidad de área.

6. REPLANTEO.

Antes de realizar los trabajos se colocan las estacas que servirán de guía para realizar las excavaciones y posteriormente la nivelación y alineación de los cofres y plantillas tanto del motor como de la bomba. Las estacas se colocarán lo suficientemente alejadas para que no sean derribadas ni cubiertas por los trabajos de excavación. Para ubicar las estacas se tomará como base los ejes del pozo, auxiliándonos con una cuerda. Todas las estacas deben quedar perfectamente niveladas, la ubicación final de los ejes puede realizarse mediante clavos en los cuales se amarrará las cuerdas debidamente tensadas.

las estacas

7. EXCAVACIÓN

Las excavaciones generalmente deben realizarse mucho mas ancha por cada lado de lo que en realidad se necesita. Esto se hace con el objetivo de poder situar el encofrado con el refuerzo requerido y retirarlo más fácilmente una vez fraguado el hormigón.

8. BASE

La primera operación que debemos realizar cuando se proyecta la construcción de una base para motor es realizar los cálculos previos para conocer su volumen dimensiones, etc. 9. CÁLCULOS DE LA BASE

Calculo del peso. Para el cálculo del peso de la base, debemos tomar en consideración el peso, r.p.m., el número de cilindros y su posición en el motor. Este cálculo se efectúa de una forma sencilla aplicando la formula siguiente:

=× √×′ Donde: P = Peso de la base ( kg) K = Constante P’ = Peso del equipo (kg).

10.

CÁLCULO DEL VOLUMEN DEL CIMIENTO.

Conociendo ya el peso (p) de la base, se puede efectuar el cálculo del volumen del cimiento, Este no solo nos dice la cantidad de materiales necesarios a utilizar, sino que también nos ayuda a encontrar las dimensiones de nuestra base. La formula empleada es:

=

 

Donde: V = Volumen de hormigón (m3) P = Peso de la base (kg) Pe = Peso específico del hormigón (2 400 kg/m3)

CIMENTACIÓN DE EQUIPOS INDUSTRIALES 1. CIMENTACIÓN DE EQUIPOS INDUSTRIALES

Se usan Cimentaciones para el equipo estático a lo largo del mundo en el proceso industrial y los medios industriales. El término "equipo estático" se refiere a equipo industrial que no contiene partes que se desplacen largas distancias o que sus características operacionales son esencialmente estáticas en la naturaleza. 2. CONSIDERACIONES GENERALES

1. El equipo la configuración baja como patas, sillas de montar, base sólida, parrilla, o locaciones de apoyos 2. las Cargas anticipadas comomúltiples. el peso del equipo estático, y las cargas desarrolladas durante el izado, funcionamiento, y mantenimiento.

3. Los requisitos Operacionales y del proceso como la accesibilidad, efectos de la temperatura, y desagüe. 4. Requisitos de izado y de mantenimiento 5. Condiciones del sitio como las características de la tierra, topografía, sismicidad, clima, y otros efectos medioambientales. 6. Los factores económicos. 7. Códigos Reguladores o de construcción. 8. Consideraciones de construcción.

9. Los requisitos medioambientales. 3. LAS CIMENTACIONES TÍPICAS 3.1

VASOS VERTICALES Y CIMENTACIONES DE LA PILA. Los pedestales individuales pueden ser redondos, cuadrados, hexagonales u octogonales. Los pedestales redondos pueden crear dificultades de construcción. Los pedestales cuadrados facilitan el encofrado, pero puede contener mucho más material que se requiere. Los pedestales octogonales son un compromiso entre el cuadrado y redondo; de este tipo de pedestal se usa ampliamente.

3.2

VASOS HORIZONTALES Y CIMENTACIONES INTERCAMBIADORAS DE CALOR. Se apoyan equipos horizontales como los intercambiadores de calor y reactores de varios tipos.  

3.3

CIMENTACIONES DEL VASO ESFÉRICAS CIMENTACIONES DE HERRAMIENTAS MECÁNICAS

EQUIPO ELÉCTRICO Y CIMENTACIONES DE ESTRUCTURAS DE APOYO El equipo eléctrico consiste típicamente en transformadores, los cortacircuitos de poder, revestiduras del interruptor, los centros del mando de motor. Las estructuras de apoyo consisten en “buses”, trampas de línea, interruptores, y corta -rayos.

Las Cimentaciones para el equipo eléctrico, como los transformadores, cortacircuitos de poder, y otros equipos de energía masivos, se diseñan típicamente para (1) las cargas muertas, (2) las cargas sísmicas, (3) la carga viva, y (4) las cargas de operación. Estas Cimentaciones son típicamente en gradas aisladas, o gradas con pilotes. El anclaje se proporciona por los tornillos del ancla o soldando el equipo base los rellenos. 4. CRITERIOS DE DISEÑO 4.1

CARGAS MUERTAS las cargas Muertas invariablemente consisten en el peso del equipo, las plataformas, el conducto, ignifugando, el revestimiento, ductos, y otras ataduras permanentes.

4.2

CARGAS VIVAS. las cargas Vivas consisten en la carga de gravedad producida por el personal, equipo móvil, herramientas, y otros artículos que pueden ponerse en el pedazo principal de equipo, pero no se ata permanentemente a él. Las cargas vivas, normalmente no funcionaran durante el funcionamiento del equipo. Típicamente, cargas así sólo estará presente durante el mantenimiento y períodos del cierre.    

CARGAS DEL DE OPERACIÓN CARGAS VIENTO CARGAS SÍSMICAS CARGAS DE PRUEBA

      

CARGAS DE MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN CARGAS MISCELÁNEAS CARGAS TÉRMICAS CARGAS DE IMPACTO CARGAS DE LA EXPLOSIÓN CARGAS DE HIELO O NIEVE CARGAS ELÉCTRICAS

4.3

ANCLAJE El anclaje de una pieza o de un equipo a su cimentación es a menudo el aspecto más crítico de un diseño de cimentación. los anclajes pueden ser fundidas in situ o prefundidas (retrofit).

4.4

PERNOS DE ANCLAJE Y DISPOSITIVOS DE CORTE. Fuerzas de viento, sismo, térmicas y otras fuentes deben ser transferidas a través de equipo estático en la cimentación de soporte. Los anclajes típicos consisten en pernos de anclaje para transferir fuerzas de tensión o una combinación de fuerzas de tensión y corte. Cuando se requiera, pueden usarse agarraderas de corte para transferir las fuerzas de corte.

4.5

TENSIÓN Se proporcionan pernos de anclaje principalmente para transferir las fuerzas de tensión.

Los varios tipos de pernos generalmente son de acero al carbono o materiales de baja aleación bajos y pueden ser provistos con mangas. Tipos "L" y "J", que son pernos fundidos en-lugar, confían en la adherencia para desarrollar las capacidades de los pernos. Los tipos "P", "N", "H", "PN", "PH", y "S", que también son pernos fundidos en-lugar, confían en la fuerza de adherencia del hormigón. Los tipos "SD" y "DI" son, respectivamente, pernos auto barrenables y perdibles que confían en fuerzas expansivas para transferir la tensión al hormigón o al anclaje mecánico.

‘BL’

‘J’

‘P’

‘N’

‘PH’

‘PN’

‘BS’

‘SD’

‘DI’

‘H’

5. CIMENTACIÓN DE MÁQUINAS

El coste inicial de la construcción de una cimentación para maquinaria es generalmente una pequeña fracción del costo de la misma máquina, de los accesorios y de la instalación. Sin embargo, la falla de una cimentación, por causa de un diseño incorrecto o una defectuosa construcción, pueden interrumpir la operación del equipo y ocasionar importantes pérdidas económicas. El estudio de las cimentaciones para maquinaria debe resolver tres principales problemas: a) Que los movimientos de la maquinaria y la cimentación no sean excesivos, ya que srcinarían fallas y desperfectos en la operación propia del equipo. b) Que los asentamientos debidos a los efectos dinámicos estén dentro de los límites permisibles. c) Que se disminuyan o, en su caso, se eliminen las vibraciones transmitidas a través del suelo, que pudieran afectar a las personas, edificios u otra maquinaria. d) Para controlar las vibraciones antiguamente se lo hacia mediante la construcción de un gran bloque de concreto, pero actualmente se buscan otros medios más económicos y eficientes, que aseguren el control de las vibraciones. e) Uno de esos medios puede ser la colocación de aisladores de vibración, teniendo en mente que si la maquinaria es atornillada rígidamente a su cimentación, el movimiento vibratorio en sí mismo puede ser reducido, pero la vibración transmitida a la cimentación puede ser mayor. Esto produciría efectos perjudiciales aún a una distancia considerable del srcen de la vibración. f) De otra manera, si se coloca un soporte flexible bajo la maquinaria o en la cimentación, la vibración transmitida será considerablemente reducida, pero esto puede causar un movimiento significativo en la maquinaria durante su operación normal o durante el encendido y el apagado del equipo; por lo tanto, es necesario lograr un equilibrio entre estos dos requerimientos. g) Es así como se ha extendido el uso de los sistemas aisladores de vibración, con la idea fundamental de reducir las amplitudes y tener menores masas de concreto en la cimentación. Existen muchos tipos de máquinas y cada uno puede requerir un cierto tipo de cimentación. Se describe a continuación los diferentes tipos de maquinaria y sus características especiales, así como también las cimentaciones comúnmente utilizadas. Los diferentes tipos de maquinaria son excitados normalmente por cargas desbalanceadas; en general, pueden clasificarse dentro de las siguientes categorías: a) Máquinas reciprocantes b) Máquinas rotatorias c) Máquinas de impacto d) Equipos especiales. 6. MÁQUINAS RECIPROCANTES Las máquinas reciprocantes son probablemente las máquinas más antiguamente usadas y es un ejemplo clásico el mecanismo de manivela, el cual se usa para convertir un movimiento traslatorio en un movimiento rotatorio y viceversa. Ejemplos típicos de máquinas reciprocantes son las máquinas de vapor, máquinas de combustión interna, bombas y compresores.

Estas máquinas pueden consistir en un cilindro simple y un pistón, con una acción simple o doble acción; pueden ser de múltiples cilindros, con pistones operando en un patrón regular y montados en una manivela común. Las bombas y los compresores pertenecen a la categoría de máquinas reciprocantes, que pueden ser del tipo de grado simple o grados múltiples, dependiendo si el total de la compresión es desarrollada en una o más de una operación. El arreglo de múltiples grados puede formarse de varios cilindros – pistones operados por una máquina común o por diferentes máquinas. La dirección del movimiento puede ser horizontal o vertical. Muchas máquinas reciprocantes tienen velocidades de operación no mayores a 1200 – 1500 rpm. En ocasiones, se encuentran máquinas reciprocantes que operan a grandes velocidades.

La cimentación para las máquinas reciprocantes usualmente consiste en un bloque de concreto rígido, que tiene preparaciones para montar la maquinaria. Las máquinas pueden ser colocadas directamente en el bloque de concreto o en u cojinete elástico diseñado adecuadamente. En algunas ocasiones se utilizan cimentaciones en bloque, apoyadas sobre resortes. 7. MÁQUINAS ROTATORIAS El tipo de excitación que generalmente desarrollan las máquinas rotatorias es del tipo senoidal; para determinar esta fuerza es necesario conocer la masa rotatoria y la excentricidad, entre el centro de rotación y el centro de gravedad de la mesa rotatoria. Para este tipo de máquinas es posible, teóricamente, balancear las partes móviles que producen las fuerzas desbalanceadas durante la rotación, sin embargo, en la práctica, es difícil eliminar del todo el desbalanceo, ya que este se ve afectado por los procedimientos del diseño, de la fabricación, de la instalación y del mantenimiento. Algunos aspectos que contribuyen al desbalanceo de las máquinas rotatorias son: el desalineamiento durante la instalación, el daño o corrosión de las partes móviles y también las deflexiones por gravedad del eje de rotación de la máquina. En términos prácticos, las máquinas rotatorias se clasifican de la siguiente manera: a) De baja velocidad.- son aquellas que operan a menos de 1500 rpm. Como por ejemplo, los motores generadores, las bombas centrifugas y de vacío, los ventiladores, las devanadoras, etc.

b) De alta velocidad.- son aquellas que operan a más de 1500 rpm. Las máquinas rotatorias de alta velocidad, como son las turbinas de gasolina o vapor, los generadores, los compresores y los turboventiladores, tienen velocidades de operación generalmente de 3000 a 3600 rpm y pueden tener un valor de hasta 10000 rpm. Algunas unidades de turbinas, que operan a 1500 y 1800 rpm se utilizan también.

8. MÁQUINAS DE IMPACTO Las operaciones de prensas hidráulicas y neumáticas, de martillos de forja, de martinetes y troqueladoras, por ejemplo, producen cargas de impacto que pueden ser consideradas como una pulsación simple, ya que el efecto de un impacto termina antes de que ocurra el siguiente. El diseño de la cimentación para este tipo de maquinaria deberá ser el adecuado para evitar cualquier efecto perjudicial en la cimentación, debido a la misma operación de la maquinaria, así como también en estructuras adyacentes o en máquinas y personas que

se cerca. Laencuentren cimentación para una máquina de impacto, generalmente, se basa en un bloque de concreto reforzado. En el caso de pequeños martillos, el yunque puede estar montado directamente en el bloque de cimentación, para reducir la transmisión de los esfuerzos por el impacto en el bloque de concreto y en el marco de la máquina se coloca un cojinete elástico de neopreno, fieltro, corcho o madera, entre el yunque y la cimentación.

9.

TIPOS DE CIMENTACIONES

Basándose en el criterio de diseño de sus cimentaciones, las maquinarias pueden clasificarse como: a) Las que producen fuerzas de impacto, como son los martillos y las prensas. b) que producendefuerzas periódicas,como comolas los turbinas compresores. c) Las La maquinaria alta velocidad, y los compresores rotatorios. d) La maquinaria especial, como por ejemplo los radares. A su vez , las cimentaciones pueden clasificarse atendiendo a su tipo estructural, de la siguiente manera. 1) Cimentaciones tipo bloque (a), que consiste de un pedestal de concreto que soporta a la maquinaria. 2) Cimentación de tipo cajón (b), la cual consiste en un bloque de concreto hueco que soporta la maquinaria en su parte interior. 3) Cimentación de tipo muro (c), formada por un par de muros que dan soporte a la maquinaria. Cimentación tipo marco (d), con base en columnas verticales que soportan en la parte superior una plataforma horizontal, la cual sirve de asiento a la maquinaria. La maquinaria que produce impactos y fuerzas periódicas de baja velocidad es generalmente montada sobre cimentaciones de tipo bloque. Aquellas que trabajan a

altas velocidades y la maquinaria del tipo rotatorio se coloca sobre cimentaciones de marco; sin embargo, para ciertas condiciones particulares, lo anterior puede modificarse; en tal caso, se puede proponer un tipo, alternativo de cimentación. Alguna maquinaria, como los tornos, induce muy poca fuerza dinámica, y pueden ser atornillados directamente al piso, sin necesidad de una cimentación especial. Por otra parte, basándose en sus frecuencias de operación, la maquinaria puede ser dividida dentro de tres categorías: Grupo 1.- Frecuencias de bajas a medias, con valores de 0 a 300 rpm. Grupo 2.- Frecuencias de medias a altas, con valores de 300 a 1000 rpm. Grupo 3.- Frecuencias muy altas, con valores mayores a

1000 rpm.

El grupo 1 comprende grandes maquinas reciprocantes, compresores y ventiladores grandes. Las máquinas reciprocantes generalmente operan en un intervalo de frecuencia entre 50 – 250 rpm. Para este grupo, las cimentaciones de tipo bloque, con grandes aéreas de contacto con el suelo de desplante, son las que se utiliza generalmente. El grupo 2 incluye máquinas reciprocantes de tamaño medio, como son las máquinas a gasolina y diesel. Se recomienda generalmente las cimentaciones de tipo bloque, desplantadas sobre resortes o placas elásticas como el neopreno, ya que mantienen la frecuencia natural de la cimentación considerablemente menor que la frecuencia de operación. El grupo 3 incluye máquinas de combustión interna de alta velocidad, motores eléctricos y turbogeneradores. Son recomendables las cimentaciones de tipo bloque, con poca superficie de contacto, aisladas con placas elásticas para bajar la frecuencia natural. La turbo-maquinaria requiere de cimentación de tipo marco para acomodar entre las columnas los equipos auxiliares necesarios.

BIBLIOGRAFIA 

http://bases.elregante.com/



http://www.buenastareas.com/ensayos/Cimentaci%C3%B3n-De-EquiposIndustriales/4374207.html



http://www.sintemar.com/sintemar/dm/reparacion-de-cimentaciones-demaquinaria-con-resinas-epoxi.asp?nombre=1786&cod=1786&sesion=1



http://es.scribd.com/doc/54308631/Cimentaciones