Ejercicios de calculo de gruas

UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE MECANICA

MÁQUINAS DE ELEVACIÓN Y TRANSPORTE EXAMEN PARCIAL I APELLIDOS Y NOMBRES: _____________________________CÉDULA:___________

Calcular todos los parámetros relacionados con el sistema de elevación indicado en cada tipo de examen (hay 6 tipos de examen): 1. Calcular el diámetro adecuado del cable. 2. Calcular la sección crítica del gancho. 3. Calcular el diámetro adecuado del tambor, longitud y número de espiras, díámetro del eje del tambor, selección de rodamientos y chumaceras, sistema de transmisión a partir de correas (número y tipo de correas trapezoidales) o de tornillo sinfín (parámetros de tornillo y corona). Esfuerzos en el tambor totalmente lleno de espiras, a un 25% y a un 50% respectivamente 4. Calcular las tensiones o fuerzas de frenado en ascenso y descenso. Es importante saber que el eje del tambor debe ser calculado por el análisis dinámico de fallas por fatiga en ejes(soderberg y esfuerzos equivalentes o Von mises, como usted prefiera). Además de que debe llevar al inicio una memoria de cálculo cuyo orden debe mantener durante los cálculos.

EXAMEN TIPO 1. Determine los parámetros solicitados en el enunciado general para un sistema de elevación de tuberías y accesorios en un taladro de perforación horizontal @9460 pies de profundidad horizontal. Estimar los pesos de motores, mechas y drill pipe 3-1/2”. Estimar el tamaño de cable adecuado para los pesos a levantar. Las relaciones de transmisión para el accionamiento del tambor están basadas en

una velocidad

suministrada de 1625 rpm y una velocidad de tambor igual a 630 rpm. Para las correas asumir poleas de 16” y 28” respectivamente y una potencia transmitida de 17,5 Hp. La longitud del cable estimarla en 87 metros. El taladro descrito se muestra en la figura 1.

(bloque viajero)

EXAMEN TIPO 2. Determine los parámetros solicitados en el enunciado general para un sistema de elevación de conteiners en un área portuaria. Estimar que se levantarán conteiners con pesos máximos de 50 toneladas, como se muestra en el esquema de la figura 2. Suponer una reducción por engranaje de tornillo sinfín con entrada de 1860 rpm y salida a tambor de 600 rpm. La potencia transmitida es de 13,50 Hpo Estime el tipo y dimensión de gancho para el estudio de la sección crítica. Cable (long. = 78 m)

conteiners tambor

Figura 2. Esquema de elevación de conteiners

EXAMEN TIPO 3 Determine los parámetros solicitados en el enunciado general para un sistema de elevación de material en una construcción de 37 pisos con entre paños promedio de 3,08 metros de altura cada uno. Suponer un peso promedio a levantar de 15 toneladas. Suponer entrada de 1925 rpm y salida a tambor de 500 rpm, a partir de una reducción sinfín, con una potencia transmitida de 12,25 Hp. La longitud estimada para el cable es de 67,5 metros. Suponga el tipo y dimensión de gancho que guste. Ver figura 3.

37 pisos de 3,08 metros c/u

torre de comunicaciones y cuarto de máquinas (ascensor)

Figura 3. Sistema de elevación de materiales de construcción

EXAMEN TIPO 4 Determine los parámetros solicitados en el enunciado general para un sistema de elevación de una grúa tipo balsa para el anclaje de pilotines de concreto armado destinados a las bases de un puente en una zona fluvial. La transmisión del malacate (tambor) es a partir de correas (motor de 15 Hp, n = 1250 rpm, poleas D1 = 12” y D2 = 32”.

Figura 4. Esquema operativo de anclaje de pilotes a partir de una grúa tipo balsa

Los pilotes son de 12 metros de longitud y tienen pesos estimados según su forma y medida en las tablas que aparecen a continuación:

La longitud del cable desde el tambor hasta el gancho o herramienta martillo que sujeta el pilote es de 106,47 metros. Escoger el tipo y sección de gancho martillo adecuado para el estudio crítico.

EXAMEN TIPO 5 Determine los parámetros solicitados en el enunciado general para un sistema de elevación para el izaje de conteiners con dimensiones de 10mx4mx3m y un peso estimado de 40 toneladas en área portuaria. Debe verificar la distancia d adecuada para que no ocurra el volcamiento de la grúa. Use eslingas para distribuir acertadamente la carga durante el izamiento de la misma. Escoja el tipo y dimensión del gancho a estudiar. La transmisión es a partir de una caja reductora sinfín con potencia transmitida de 17,25 Hp y una rotación de conducción igual a 1125 rpm.

Longcable 86,53 m

45 Tm 10 Tm

40 Tm

4m

2,5 m

Figura 5. Esquema operativo de una grúa para el izaje de conteiners

EXAMEN TIPO 6 Determine los parámetros solicitados en el enunciado general para un sistema de elevación para izar tuberías de 52” de diámetro en una Planta o fábrica de tuberías por soldadura helicoidal. Considerar tubos de 52” de diámetro por 9,52 mm de espesor para agua (norma (AWWA). Ver esquema. Use una longitud de cable aproximada de 65 metros, escoger tipo y tamaño de cable para estudio de sección crítica. El sistema de transmisión de potencia a través del malacate es a partir de elementos flexibles (correas trapezoidales) con poleas de 8” y 18”; respectivamente, además de una potencia transmitida de 17,5 HP y una rotación conductora de 1750 rpm. Deben ser utilizadas eslingas con topes de goma en los extremos como se muestra en la figura 6; para centrar el tubo y no dañar el bisel de terminación. Su longitud de producción es de 12 metros. Los tacos de goma/madera (

) pesan 0,58 kg cada uno. Seleccione la

eslinga adecuada en peso y longitud para centrar el tubo en su izamiento. Para estimar el peso del tubo, use la tabla que se muestra a continuación de la figura.

q(kg/m)

1,5 m

1,5 m

Figura 6. Sistema de elevación de tuberías

NOTAS DE INTERÉS PARA CADA TIPO DE PROBLEMA EN GENERAL:

 PARA LA CARGA DE ELEVACIÓN DE UN TALADRO DE PERFORACIÓN DEBE CONSIDERAR EL PESO DE TODA LA TUBERÍA HORIZONTAL QUE ESTÁ A LA PROFUNDIDAD INDICADA, DEBE CONSIDERAR LOS PESOS DE TODA LA LÍNEAS DE TUBERÍAS DE PERFORACIÓN EXTENDIDAS HASTA LA MECHA Y MOTOR. ADEMÁS ES NECESARIO INCLUIR PESO DE MOTORES Y MECHAS UTILIZADAS MAS EL BLOQUE VIAJERO Y/O KELLY. SE RECOMIENDA ÁDICIONALMENTE REVISAR CUALQUIER MANUAL DE PERFORACIÓN PETROLERA.  LAS TUBERÍAS AWWA (PARA AGUA), API (PARA HIDROCARBUROS) Y NURGAS (PARA GAS), CADA UNA EN PARTICULAR TIENE SU ECUACIÓN PARTICULAR PARA DETERMINAR LOS PESOS DE ACUERDO A LA NORMA QUE DEPENDE DEL DIÁMETRO INTERNO Y EL ESPESOR; NO OBSTANTE ACÁ SE MUESTRA UNA TABLA CON LOS PESOS POR CADA METRO DE TUBERPÍA QUE PUEDE UTILIZAR EN ESTE CASO EN PARTICULAR. DEBE ADICIONARSE EL DIAGRAMA DE FUERZA CORTANTE Y MOMENTO FLECTOR DEL TUBO AL CONSIDERARLO COMO UNA VIGA APOYADA EN TRES RODILLOS TRANSPORTADORES(COMO SE MUESTRA).  EN EL DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE ELEVACIÓN DE UNA GRÚA DE CONSTRUCCIÓN DEBE CONSIDERARSE EL PESO DE UN CARRETÓN COMÚNMENTE UTILIZADO EN EL MEDIO PARA ELEVAR BLOQUES, ARENA, PIEDRA, HERRAMIENTAS O CUALQUIER OTRO MATERIAL REQUERIDO Y QUE PUEDA ENTRAR EN EL MISMO Y CUANDO SE ELEVAN PERFILES O VIGAS, MADERA U OTROS ELEMENTOS DE LONGITUD Y GEOMETRÍA DIFERENTE A LOS ANTERIORES, SE PUEDEN UTILIZAR O NO ESLINGAS.  AL DISEÑAR EL SISTEMA DE ELEVACIÓN DE UNA GRÚA BALSA, DBE REALIZARSE ADICIONALMENTE UN CÁLCULO DE LA INGENIERÍA DE FLOTACIÓN DE LA BALSA DONDE ASIENTA LA GRÚA, CALCULANDO CORRECTAMENTE EL METACENTRO DE LA MISMA Y LA FUERZA DE EMPUJE QUE GARANTICE SU FLOTACIÓN DE ACUERDO AL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES.  AL DISEÑAR EL SISTEMA DE ELEVACIÓN EN GRÚAS TELESCÓPICAS PARA IZAR CONTEINERS, DEBE DETERMINAR LA DISTANCIA A LA CUAL DEBE ANCLARSE LA GRÚA RESPECTO AL PUNTO MÁXIMO DE DESPLAZAMIENTO DE LA PLUMA E IZADO DE LA CARGA.

CONDICIONES:

 ENTREGAR EL PROBLEMA EN HOJA DE EXAMEN Y A LÁPIZ, ANEXANDO COPIAS DE TODAS LAS TABLAS UTILIZADAS PARA SELECCIÓN DE MATERIALES Y ACCESORIOS.  LA MODALIDAD ES INDIVIDUAL. FECHA DE ENTREGA: MARTES 23/05/2017 EN LA HORA DE CLASES. NO HABRÁ PRÓRROGA DISTRIBUCIÓN DE LOS TIPOS DE EXAMEN:

     

EXAMEN TIPO 1 EXAMEN TIPO 2 EXAMEN TIPO 3 EXAMEN TIPO 4 EXAMEN TIPO 5 EXAMEN TIPO 6

PERSONAS CON CÉDULAS TERMINADAS EN PERSONAS CON CÉDULAS TERMINADAS EN PERSONAS CON CÉDULAS TERMINADAS EN PERSONAS CON CÉDULAS TERMINADAS EN PERSONAS CON CÉDULAS TERMINADAS EN PERSONAS CON CÉDULAS TERMINADAS EN

0Y4 1Y5 2Y8 3Y7 6 9

EL EJE DEL TAMBOR ES EL MISMO PARA TODOS LOS TIPOS DE EXÁMENES Y PRESENTA

LAS

CONTINUACIÓN.

DIMENSIONES

Y

CONFIGURACIÓN,

MOSTRADAS

A

ES EL CLÁSICO EJE CON DOBLE ESCALONAMIENTO

(CAMBIO DE DIÁMETRO SIMÉTRICO), DE MATERIAL ACERO AISI C 1050 WQT A 1000°F. SU SUPERFICIE ESTÁ TOTALMENTE MECANIZADA. LAS RELACIONES r/d EN TODOS SUS PUNTOS SON DE 0,08. USAR UN FACTOR DE SEGURIDAD DE 2,5. LA ROTACIÓN DEL EJE EN RPM

Y LA POTENCIA TRANSMITIDA DEL

MOTOR

A

ES

LA

CORRESPONDIENTE

CADA

TIPO

DE

EXAMEN.

CONTINUACIÓN SE MUESTRA LA CONFIGURACIÓN EL EJE DESCRUITA.

A

NOTA: SE SABE QUE CADA TIPO DE EXAMEN ES IGUAL PARA UN CIERTO NÚMERO

DE

PERSONAS;

PERO

AL

MOMENTO

DE

SELECCIONAR

Y

CONSIDERAR PARÁMETROS O DETALLES DE DISEÑO VARIABLES, DEBE EVITAR COLOCAR LOS MISMOS; RECUERDE QUE HAY DETALLES DE INGENIERÍA QUE SON DIFERENTES PERO APLICABLES A UN MISMO TIPO DE PROBLEMA Y ES IMPORTANTE QUE USTED TENGA INVENTIVA Y PUEDA RAZONAR CORRECTAMENTE SOBRE LA SOLUCIÓN DE UN PROBLEMA REAL COMO EL QUE SE MUESTRA EN CADA CASO.

PROF. A. FRANCO