Capitulo I Instalaciones Industriales

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Instalaciones Industriales Primera edición Ing. Cip. Randolph Loayza Guevara Reg. 26926

Decano y Catedrático Principal de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional del Centro del Perú.

2005

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Edición Primera 2005: LIBRO VIRTUAL Derechos legales del Autor Reservados Prohibida su reproducción total o parcial sin la autorización del autor. Código de Autorización: ISB: 2543RLG

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A mi querida esposa Susana y a mi

hija Elizabeth, fuentes de inspiración y apoyo para la realización de éste trabajo.

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Introducción Aprovechando los años de mi experiencia profesional tanto en la industria como en la docencia universitaria escribí ésta obra sobre Instalaciones Industriales, ya que no he encontrado obra alguna que satisfaga a mis expectativas en forma específica sobre el tema indicado, a mi parecer Instalaciones Industriales es la consolidación de todas las materias aprendidas en la Ingeniería Mecánica, en éste libro se presenta la ampliación de las notas empleadas en la enseñanza de un curso semestral sobre el tema, para estudiantes del último año de la carrera de Ingeniería Mecánica. El material recopilado tanto de la experiencia misma como de otras obras, puede servir como un material de referencia conveniente a los ingenieros interesados en el campo de las Instalaciones dentro de la Industria. El propósito de éste libro está orientado para conducir al lector a la comprensión de manera clara y amena sobre la temática que se trata, utilizando un lenguaje sencillo, entendible aún de los puntos más complejos que se enfocan en el análisis, y de ésta manera proporcionar las herramientas necesarias para obtener soluciones a los problemas de la ingeniería en lo referente a las instalaciones de maquinaria tanto mecánicas como eléctricas y electrónicas. Se ha hecho un esfuerzo para presentar información actualizada utilizando bibliografía reciente, así como también catálogos de fabricantes de máquinas, equipos e instrumentos, pero también la cantidad de datos empíricos que se incluyen es únicamente la que se considera necesaria para dar al lector una información suficientemente amplia, con el objeto de que use efectivamente la literatura disponible. No obstante que éste campo está dividido según mi criterio en seis capítulos, los que son: generalidades donde se analiza la manera de la presentación de los planos de ingeniería en función a su naturaleza, en forma pormenorizada y de manera más saltante la cimentación de las máquinas, con un análisis claro, sencillo, directo y aplicativo, que contempla variados gráficos para su mejor comprensión, así mismo se enfoca sobre los sistemas eléctricos con una explicación al respecto sobre su funcionamiento y uso. En el segundo capítulo se hace un estudio sobre la selección de máquinas, equipos y sistemas industriales, en el campo de la mecánica, la electricidad y la electrónica, cuando se analiza la selección en el campo de la mecánica, se muestra un estudio de selección de motores endotérmicos o de combustión interna, donde se hace un análisis regularmente amplio en

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base a la termodinámica y al comportamiento del motor en los diferentes ciclos de su funcionamiento, en ésta parte introducimos un método para la selección de los motores de combustión interna, cual es el de superposición de curvas características de motor a fin de escoger el más óptimo en cuanto a potencia con el mínimo consumo de combustible. Por otro lado en la selección eléctrica se presenta un ejemplo para realizar la selección de baterías con un método utilizando una tabla específica para el caso y en el campo de la electrónica se presenta una guía para seleccionar circuitos integrados así como la forma de seleccionar el tipo de montaje de los componentes electrónicos en función de su vida útil. En el tercer capítulo se brinda un enfoque sobre el conocimiento de la electricidad aplicado a las instalaciones industriales dando a conocer así mismo un estudio sobre la amplia gama de los motores eléctricos, puesto que son las máquinas electromecánicas que más se utilizan en las plantas industriales o en un pequeño taller, considerando también importante el análisis de los cables y electroductos como medios de alimentación de energía de los motores eléctricos a través de sus sistemas de protección. En el cuarto capítulo se hace un estudio sobre los sistemas de regulación y protección tanto en la mecánica como en la electricidad. En el campo de la mecánica el elemento representativo vienen a ser las válvulas y dentro de ellas específicamente la válvula de seguridad. En el campo eléctrico electrónico se considera a los reguladores automáticos de tensión, los interruptores con microprocesador y contactores arrancadores como medios de protección de los motores eléctricos y sistemas eléctrico electrónicos. El quinto capítulo es una parte de la obra que estudia específicamente a los instrumentos tanto mecánicos como eléctricos y electrónicos de la más reciente fabricación con información recopilada de libros actuales, catálogos e información electrónica. El sexto capítulo versa sobre el diseño de plantas industriales, la que se ha considerado en la última parte de la presente obra porque se precisa de todo lo anteriormente realizado en los primeros capítulos para poder realizar el enfoque del diseño de una planta industrial de una manera generalizada. Es con agrado que reconozco la ayuda y estímulo dado por las autoridades académicas y administrativas así como a mis colegas y alumnos de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional del Centro del Perú, los que motivaron en gran parte a la realización de la presente obra con sus inquietudes y buenos deseos, asimismo al Ing. Godofredo Trujillo B. Asesor Técnico de Repuestos Diesel S.A. ( REDISA), al Ing. Carlos Miranda de Asea Brown Boveri S.A., al Ing. Joaquín Ramírez de INDECO quienes me proporcionaron los catálogos técnicos y valiosas sugerencias y con especial reconocimiento a la Lic. Susana Villanueva Miranda y a la Lic. Susana Loayza Villanueva, quienes colaboraron valiosamente en la revisión literal de la presente obra. Randolph Loayza Guevara. Lima, Perú.

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Contenido Capitulo I. Generalidades. I.1.-¿Qué entendemos por Instalaciones Industriales?.Planos e interpretación. Clases de

planos. Escalas y Normas fundamentales..................................................................... 8 I.2.-Clasificación de máquinas y sistemas industriales......................................................... 36 I.3.-Cimentación de máquinas.............................................................................................. 37 I.4.-Diferencia entre instalación, montaje de máquinas o equipos en la industria............... 66 I.5.-Los sistemas eléctricos en la industria............................................................................78 Capitulo II. Selección de máquinas, equipos y sistemas industriales. II.1.- Selección de máquinas, equipos y sistemas totalmente nuevos...................................98 II.1.1. Selección en el campo de la mecánica...............................................................99 II.1.2. Selección en el campo de la electricidad.........................................................133 II.1.3. Selección en el campo de la electrónica..........................................................139 II.2.- Sustitución de una o varias máquinas, equipos o sistemas existente por otras nuevas.........................................................................................................................143 Capitulo III. La Electricidad y la Electrónica en la Industria. III.1.- Instalaciones Eléctricas.............................................................................................156 III.2.- Conductores eléctricos y electroductos o canalizaciones.........................................195 III.3.- Motores eléctricos, circuitos y control.................................................................... 212 III.4.- La Electrónica en la industria...................................................................................255 Capitulo IV. Sistemas de Regulación y Protección. IV.1.-Sistemas mecánicos...................................................................................................257 IV.2.-Sistemas Eléctricos....................................................................................................275 Capitulo V. Instrumentación.

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V.1.-Instrumentos Mecánicos............................................................................................ 313 V.2.-Instrumentos Eléctricos y Electrónicos......................................................................326 Capitulo VI. Diseño de Plantas Industriales. VI.1.- Relaciones de aprovechamiento de recursos............................................................346 VI.2.- Sistemas de fabricación flexible...............................................................................349 VI.3.- Distribución sistemática de múltiples elementos.....................................................351 VI.4.- Localización de Planta..............................................................................................354 VI.5.- Servicios generales...................................................................................................363 Bibliografía.

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CAPITULO I

GENERALIDADES. I.1. ¿QUÉ ENTENDEMOS POR INSTALACIONES INDUSTRIALES? Debemos saber que toda instalación en la industria implica el conocimiento tanto de la parte mecánica, eléctrica, electrónica, civil y otras ramas afines, con el propósito de realizar la ejecución de proyectos de manera óptima porque en el campo de la industria encontramos aplicaciones muy amplias de diversa índole de acuerdo al quehacer humano; aún mejor entender podríamos decir que una instalación industrial es el compilado de gran cantidad de conocimientos de la ingeniería, empezando desde la interpretación de los planos, el cual es el producto del estudio analítico y desarrollado de un proyecto hasta el diseño de una planta industrial, para concluir con la última fase de la prueba y puesta en operación del sistema o proyecto ejecutado. Planos e interpretación. Clases de planos. En la industria los planos son de gran importancia y juega un papel vital en el proceso industrial puesto que en ellos está especificado de manera clara y precisa, en

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resumen gráfico el análisis de un proyecto, es decir todo lo que debe hacerse, de acuerdo a la clase de plano que estamos empleando, debemos saber que los planos según sea la naturaleza del proyecto se clasifican en: Planos de ubicación (localización). Planos de distribución. Planos de fabricación. (Modelos; fundición; forjado; estampado; maquinado; etc.) Planos de instalación. Planos de montaje. Planos eléctricos. Todo plano es la fiel representación del proyecto en forma gráfica y resumida al detalle a fin de que se pueda utilizar adecuadamente. ¿Qué es un plano de ubicación? Como su nombre lo indica es aquel que debe mostrar el lugar donde ha de construirse la planta industrial, módulo, etc., especificando la orientación, las coordenadas de lugar. La obligación de decidir acerca de la elección de una ubicación y planificar los medios incumbe a la dirección superior. Esta, sin embargo tiene que delegar los detalles a los especialistas, tales como investigadores de mercado, economistas, ingenieros, investigadores de operaciones y, tal vez, analistas financieros, sociólogos y otros. El analista principal tiene que coordinar las actividades de un grupo diversificado y actuar como compilador de hechos y diseñador de planes imparciales, indagando a un tiempo en economía y probabilidades para asegurar que, el resultado final resulte factible y práctico. La localización, operación y organización constituyen un sistema integrado, cada uno de los componentes afecta a los demás y es afectado por ellos. El problema de localización consta de tres pasos: Elección de la región general o territorio. Elección de la localidad particular dentro de la región determinada. Selección del lugar específico para la ubicación de la planta industrial. La elección de un territorio o región es mucho más determinante que la selección de una localidad, porque presenta análisis mucho más críticos de sus factores que los definen, como son: La disponibilidad del mercado, desde los puntos de vista de concentración y tiempos de entrega. Disponibilidad de materias primas, actual y futura. Sistemas de transporte: variedad, concentración y tarifa. Disponibilidad y costo de energía, actuales y futuros. Influencias climáticas, sobre todo las que afectan la construcción, costos de calefacción y refrigeración e influencias sobre el personal. Mano de obra y salarios. Políticas impositivas y otras influencias legales.

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Se debe tener en cuenta que la elección de lugar o localización de planta es un problema de Ingeniería y la elección de zona o territorio es un problema económico y que ambas deben tomar en consideración las influencias sociológicas, políticas y psicológicas. Para la elección de la localización se debe considerar como factores principales los siguientes: Mercados. Mano de obra. Materiales y servicios. Transportes. Gobierno y leyes. Financiamiento. Agua y eliminación de desechos. Energía y combustibles. Características de la comunidad. Lugares individuales. En la práctica, el análisis de la localización, se considera desde el punto de vista de la empresa solicitante, y es la que determina como conclusión la realización del plano de ubicación. ¿Que es un plano de distribución? Cuando nos referimos a los planos de distribución, debemos tener presente que, el proyectar una distribución de planta cubre un amplio campo, desde proyectar un lugar de trabajo individual hasta la ordenación de muchas máquinas, equipos, y sistemas, por lo que en todos los casos debemos planearlo a fin de lograr una eficiente distribución de planta. En el pasado la distribución de planta sólo se preocupó de agrupar las máquinas y los procesos similares, alineando las áreas de trabajo, delimitando y conservando limpio los pasillos, colocando el material en un extremo del conjunto y haciéndolo circular. Actualmente sabemos, que éstos principios de distribución de planta eran incompletos y a veces contradictorios; para que resulte eficiente se debe hallar una ordenación de las áreas de trabajo y del equipo que resulte la más económica para el trabajo y así mismo que sea la más segura y satisfactoria para los empleados. Las ventajas de una buena distribución en planta se traducen en reducción de los costos de fabricación como resultado de: Disminución del riesgo para la salud y aumento de la seguridad de los trabajadores. Bienestar del obrero. Aumento del rendimiento productivo, osea cuanto más perfecta una distribución rendirá mayor producción.

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Reducción de los tiempos de retraso en el proceso productivo. Mayor aprovechamiento de áreas ocupadas. Mayor eficiencia en el manejo de materiales. Mejor utilización de la maquinaria, de la mano de obra y de los servicios. Disminución del tiempo de fabricación. Disminución del material en proceso. Disminución de labor administrativa y trabajo indirecto. Supervisión más versátil. Reducción de la congestión y del riesgo para el material. Mayor facilidad al desarrollo. Toda distribución de planta a fin de tener objetividad debe guiarse por los siguientes principios: I. Principio de la integración de conjunto. En ella se debe integrar a los hombres,

materiales, maquinaria, instalaciones, actividades auxiliares y cualquier otro factor en una gran unidad operativa, convirtiendo a la planta en una máquina única.

II. Principio de la mínima distancia recorrida. La mejor distribución es aquella que permite que el material recorra la distancia más corta entre operaciones.

III. Principio de la circulación o flujo de materiales. Es complementario al principio anterior. El material se moverá progresivamente de uno a otra operación o proceso.

IV. Principio del espacio cúbico. Una distribución es la ordenación del espacio; hombres, material, maquinaria y servicios auxiliares en tres dimensiones.

V. Principio del bienestar y seguridad. La distribución es más efectiva cuando el trabajo es más satisfactorio y seguro.

VI. Principio de la flexibilidad. Una distribución de planta es más efectiva cuando pueda ser ajustada o reordenada con menos costo. Es el principio más importante en la actualidad debido a que es función de los descubrimientos científicos.

Entendamos primero que antes de planificar una distribución, debemos saber que toda

producción viene a ser el resultado objetivo de un conjunto de hombres, materiales y maquinaria regidos con alguna forma de dirección, en la que es el material el que sufre cambios con el propósito de obtener un producto el que puede ser cambiado de forma, tratado o montado. Al cambio de forma se le conoce también como fabricación; decimos que el material es tratado cuando se modifica sus características por medio de tratamientos térmicos, químicos u otros; así mismo entendemos por montaje cuando sobre una primera pieza o material adicionamos otros materiales o piezas. En la industria podemos plantear una distribución de planta desde tres puntos de vista como se viene haciendo clásicamente: 1) Distribución por posición fija, en donde el material permanece en situación estable. Son todas, las herramientas, maquinaria, hombres y otras piezas concurren a ella. Ejemplo: Suponiendo operaciones de:

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a) Elaboración o tratamiento. b) Montaje Siendo: Siendo: = materia prima = trabajador = componente

= máquina. = movimiento principal Piezas material. Figura Nº 1. 2) Distribución por proceso o función, en ella todas las operaciones similares están agrupadas en función o proceso que desarrollan. Ejemplo: Un taller de alfarería. Materia Prima.

Figura Nº 2 3) Distribución de planta orientada al producto, aquí el material está en movimiento, las operaciones se disponen correlativamente de manera secuencial, ésta distribución se adopta cuando se fabrica un producto estandarizado en gran volumen, en ella los equipos y centros de trabajo se alinean idealmente a fin de especializar las áreas de trabajo.

Forma a mano

Moldeo

Barnizado

Cocción

Decorado

Empacado

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Ejemplo: Autos en línea de espera. Salida Figura Nº 3. Distribución en cadena de un lavado de automóviles. De todo lo dicho anteriormente desde el punto de vista real, diremos que todos ellos son tipos clásicos puros que nos proporcionan una referencia para el diseño de una distribución de planta. En la industria no encontramos éstas distribuciones en su forma pura, sino una combinación de ellas, ya que la diversidad de operaciones de una labor así lo condicionan en el mayor número de los casos. Si nos ponemos a analizar, veremos que las operaciones más simples comienzan por una distribución por posición fija cuando: § Las operaciones de transformación o tratamiento requieren solo de herramientas de

mano o máquinas sencillas. § Se fabrique solamente una pieza o pocas piezas de un artículo. § El costo de traslado sea alto. § La calidad del producto dependa de la habilidad de los trabajadores. Y emplearemos distribución por proceso cuando: ♣ La maquinaria sea muy cara y difícil de mover. ♣ Se fabriquen diversos productos. ♣ Haya amplias variaciones en los tiempos requeridos por las diversas operaciones. ♣ La demanda de productos sea intermitente o pequeña. Así mismo la distribución en cadena será empleada cuando: 8 Exista gran cantidad de elementos a fabricar. 8 El diseño de los elementos a producirse esté normalizado. 8 La demanda del producto sea estable y equilibrada.

Limpieza

Lavado por aspersión con

agua caliente .

Lavado y cepillado del toldo.

Lavado y cepillado de los costados.

Enjuague final por aspersión.

Aire caliente

.

Secado y final a mano.

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Debemos entender que la producción en cadena implica mayor inversión en

maquinaria y mayor costo de instalación, lo que significa costos fijos altos.

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Figura Nº 4. Distribución actual de planta

Figura Nº 5. Distribución propuesta sobre la base de la plantilla anterior.

Antes de planear una distribución de planta (a fin de diseñar y elaborar su plano

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correspondiente), tenemos que considerar: - Si los tipos de operaciones a realizar en la planta han de ser operaciones intermitentes (talleres de reparación) u operaciones continuas, las que se justifican por su alto volumen de producción e inversión. - Los factores que afectan o que influyen sobre cualquier distribución de planta como son: 1. Factor material (diseño, variedad, cantidad, operaciones necesarias y servicios). 2. Factor maquinaria (equipos de producción y herramientas, uso). 3. Factor hombre (supervisión y servicios auxiliares, mano de obra). 4. Factor movimiento (transporte, operaciones, almacén e inspecciones). 5. Factor espera (almacenamiento temporal, permanente y esperas). 6. Factor servicio (mantenimiento, inspección, control de desperdicios, programación). 7. Factor edificio (interiores y exteriores, distribución y equipos de las instalaciones). 8. Factor cambio (versatilidad, flexibilidad y expansión). Para el diseño de una distribución de planta el método más óptimo a considerarse es el de plantilla, o sea mediante modelos de las máquinas y equipos, determinamos el flujo de trabajo y con ello se realizan simulaciones a fin de obtener la mejor y más eficiente distribución de planta en cuanto a tiempos operativos, los que redundan en costos de producción, a plasmarse en el plano para su respectiva ejecución cuando se lleve a cabo el proyecto. (Ver figuras Nos., 4 y 5) ¿Que es un plano de fabricación? Sabemos que la lectura o interpretación de un plano, es una inversión de los procesos mentales usados para escribir en el lenguaje gráfico, los pormenores de un proyecto de: fabricación, construcción, distribución, etc., plasmado en uno o más dibujos, mediante líneas, símbolos y detalles especificados de manera explícita y clara desde el punto de vista de la ingeniería. Cuando nos referimos a un plano de fabricación, los dibujos que se encuentran en él, como dibujos de taller, deben ser legibles con tendencia a lo perfecto a fin de obtener exactitud cuando se realiza la producción en el taller, sin más información adicional a la dada en el dibujo. El conocimiento del proyectista y del dibujante respecto a los métodos de taller, será los que decidan si su dibujo es efectivo y completo, con todas las cotas y notas necesarias referente a procedimientos, maquinado, tratamientos, acabados, holguras y tolerancias. Se debe tener especial cuidado al especificar sobre el método de fabricación, ya que con ella se deberá indicar los procesos como características de detalle de cada una de las partes de las máquinas o piezas de máquina. Tenemos entendido que la producción de las partes de las máquinas se hacen por: 1) Fundición. 2) Forjado. 3) Trabajo a máquina a partir de un material comercial o estándar. 4) Soldadura.

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5) Conformado o troquelado a partir de una lámina comercial. Todo ello debe mostrarse al detalle en los dibujos. Los dibujos para la producción de una parte cualquiera de una máquina deben ser detallados, completado con la descripción de su forma, tamaño y marcando cuando sea necesario, las operaciones que deben efectuarse en el taller indicados de manera clara a fin de que sean útiles a los diversos talleres, sin necesidad de sumar o restar cotas ni tomar medidas sobre el dibujo. En la práctica se presentan dos modalidades de realizar los dibujos a fin de interpretarse adecuadamente según convenga: 1. - El sistema de dibujo único, en donde se muestra el dibujo de la pieza acabada para ser utilizada por todos los talleres de producción. (ver figura Nº 6). 2.- El sistema de dibujo múltiple , en donde se preparan distintos dibujos uno para cada taller con la información necesaria sólo para aquel taller para el cual se hace el dibujo. (ver figura Nº 7 y 8). A fin de optimizar las labores operativas de producción es más recomendable optar la modalidad de dibujo o plano múltiple porque son más simplificados debido a que cada operación tendrá su propio dibujo en donde se especifican acciones sólo para esa labor y que todas ellas consolidan lo que existiría en un solo dibujo único, el que muchas veces se hace complejo interpretar por la cantidad de información que contiene para todos los talleres. En la figura Nº 6 se indica que el material que ha de usarse es la fundición (F), significando que se formará las piezas vaciando hierro fundido en un molde de arena (fundición en arena) y para ello previamente debe modelarse su forma en la arena. En éste caso, el dibujo lo utiliza primero el modelista, quien hará el modelo de pieza en madera o en metal (aluminio) si la producción va ha ser en escala grande. Para la construcción del modelo se hace necesario considerar la contracción de las piezas fundidas, por lo que el modelo debe ser más grande, y para ello se emplea una escala de contracción o metro de modelista, así mismo debe considerarse el exceso de metal suplementario (tolerancia) para el trabajo a máquina de las superficies maquinadas, todas éstas características deben estar indicadas en el dibujo. Por todo ello es más conveniente utilizar dibujos múltiples, debido a que para cada procedimiento se debe tener su dibujo correspondiente con todas sus indicaciones sólo para esa acción. Así tendremos dibujo para el modelista (ver figura Nº 9) dibujo de forjado (ver figura Nº 10). También cabe señalar que en los pla nos de fabricación se indican los procesos de maquinado (torneado, fresado, taladrado, cepillado, brochado, alesado, pulido, bruñido, acabado fino, etc.,). Así como también el tratamiento térmico que debe recibir la pieza fabricada a fin obtener dureza, es decir los procedimientos de calentamiento y aplicación de productos químicos para cambiar las propiedades físicas del material. Tales procedimientos

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FIGURA Nº 6. Sistema de dibujo único

FIGURA Nº 7. Sistema de dibujo múltiple. Cotas para una pieza de fundición

DIB E.L.V. 7-8-98 LIMITES DE NO ESPECIFICARSE OTROS REVISION FECHA CAMBIO O ADICION CALC S.V.M. 7-8-98 fraccionarios ± 1/64 decimales ± 0,010 Ang.1/2º MATERIAL Dim. Com. Trat. Term Acabado REV. R.L.G. 8-8-98 Pieza Nº NEC NOMBRE F APRO R.L.G. 9-8-98 142-C 4 BALANCIN ESCALA DIB. Nº TAM. ½ Nº DE NOMBRE FECHA Unidad o DIESEL MODELO 98 Dib. Mon. Nº NOMB. DE LA COMP. Montaje 87200 CIUDAD 87342

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Dib. E..L.V. 7-8-98 LIMITES DE NO ESPECIFICARSE OTROS REVISION FECHA CAMBIO O ADICION Fraccion +-1/64 Decim+-0,01 Ang.+- ½º Calc. S.V.M. 8-8-98 Material Dim Com Trat Ter. ACABADO Pieza Nº NEC NOMBRE Rev. R.L.G. 9-8-98 F Pie.Fun. Como indica 142 4 BALANCIN Apro. R.L.G. 9-8-98 ESCALA DIB Nº Nombre Fecha Unidad Tam. ½ NOMBRE DE LA Nº DE

o COMPAÑIA

Montaje DIESEL MODELO 98 DIB..MONT

87200 CIUDAD 87343 FIGURA Nº 8. Sistema de dibujo múltiple, donde se nota las cotas para el

maquinado o labrado a máquina .

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FIGURA Nº 9. Dibujo para el modelista.

FIGURA Nº 10. Dibujo para el forjado en el sistema de plano múltiple.

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son: Recocido; carburado; cementado; templado y revenido. La especificación del tratamiento térmico puede darse en el dibujo de varias maneras: 1) Por medio de una nota general que indique los pasos, las temperaturas y los baños que han de emplearse. 2) Por un número standard del tratamiento térmico (SAE, o algún standard, o norma de la compañía). 3) Desde el número de dureza Brine ll o Rockwell que debe alcanzarse. 4) Dando la resistencia a la tracción kg./cm2 que debe conseguirse con el tratamiento. Las cotas y las notas son otro punto importante de los dibujos para los planos de fabricación, puesto que son ellos los indicadores indispensables para el proceso. Las cotas o dimensiones marcadas sobre el dibujo, no son necesariamente las empleadas al hacer el dibujo, sino que son las necesarias para el funcionamiento apropiado de las partes después del montaje, dadas de tal manera que puedan ser utilizadas fácilmente por los trabajadores que hayan de hacer la pieza. El método comprende tres pasos: 1) Fundamentos y técnicas.- Implica tener conocimiento de líneas y símbolos usados para las cotas y notas. 2) Selección de las distancias que han de acotarse.- Se hace a partir de las necesidades funcionales de la descomposición de la parte en sus elementos geométricos y de las necesidades del taller para su producción. 3) Colocación.- Las cotas deben colocarse en un orden claro y sencillo de leer y en forma fácilmente utilizable por el taller. Para las formas de las cotas se emplean dos métodos básicos para dar una distancia sobre un dibujo: 1) Cota.- Se emplea para dar la distancia entre dos puntos, rectas o planos. 2) Nota.- Proporciona el medio de dar información explicativa con una medida o distancia. Las líneas de cota, las líneas de referencia y las líneas indicadoras se hacen con trazo lleno y fino del mismo grosor que las líneas eje de manera que contrasten con los contornos más gruesos. Así tenemos: 1) Cabezas de flecha.- Un trazo Dos trazos Tamaño normal Figura Nº 11 2) Líneas de referencia .- Son rectas finas que se prolongan exteriormente a la vista a fin de acotarla y mostrar la distancia medida, no deben tocar la línea de contorno.

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A Figura Nº 12 3) Marcas de acabado.- Empleadas para indicar que ciertas superficies de las piezas fabricadas deben trabajarse a máquina. Llamemos precisión al grado de exactitud que se necesita para asegurar el funcionamiento proyectado de una pieza a fabricarse. Por ejemplo una pieza de fundición tendrá dos tipos de superficies: 1) Superficies de ajuste con otras piezas, ello, en su manufactura requiere gran precisión. 2) Superficies sin ajuste. En la fabricación de piezas debemos dar tolerancias, a fin de controlar la precisión exigida, lo cual no es mas que una diferencia admisible. Para superficies sin ajuste, la tolerancia puede variar desde 0,25 m.m. para piezas pequeñas hasta unos 25 m.m. para piezas muy grandes. Para superficies de ajuste, algunas veces son necesarias tolerancias tan pequeñas como de algunas centésimas de milímetro (caso de superficies de ajuste extremadamente finas), pero generalmente se dan acabado a las superficies con precisiones de 0,025 á 0,25 m.m. (0,001″ á 0,01″). ¿Qué es un plano de Instalación? Teniendo como base los planos de distribución, en donde se encuentran los datos de la localización exacta de todo el equipo fijo, de la mayor parte del equipo móvil y de las instalaciones accesorias, auxiliares y de servicio, la información necesaria para la realización de un plano de instalación de una distribución incluye generalmente: _ Una lista de toda la maquinaria y equipo nuevos a ser instalados, o de cualquier cambio en la situación del equipo ya existente. _ Un plan de movimientos y traslados. _ Una hoja de especificaciones que muestre el modo como cada máquina deberá ser desconectada, trasladada y situada. _ Un plano, bosquejo o fotografía de la distribución, explicando detalladamente las nuevas ubicaciones de las máquinas y equipos a instalarse. (Ver figuras Nrs,. 13 y 14).

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FIGURA Nº 13. Plano de una instalación de taller de reparaciones de herramientas.

FIGURA Nº 14. Plano de instalación y construcción para accesorios y servicio.

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Una vez tengamos los planos de instalación de manera detallada y explícita, para llevar a cabo la ejecución de la misma deberá planificarse a efectos de obtener resultados satisfactorios, y para ello se debe considerar las siguientes etapas de la organización del proceso de instalación, sea de una planta industrial nueva o de la implementación de una industria ya existente: 1) Planear, o sea planificar con antelación, determinando la secuencia de traslados detallados mediante un inventario previo. 2) Proveer todo lo necesario para los traslados e instalación, así como también asegurar buenas comunicaciones. 3) Preparar, la nueva área de emplazamiento debidamente implementada. 4) Trasladar, las máquinas o equipos según lo previsto. 5) Instalar, verificando y exigiendo informes diarios sobre el trabajo que se está realizando. 6) Poner en marcha comprobando la instalación y dejarlo listo para su aceptación del responsable. 7) Repasar haciendo una inspección total de todo el trabajo, comprobando si el funcionamiento es el esperado. ¿Qué es un plano de montaje? Cuando nos referimos al montaje, es bien claro que estamos hablando del montaje o armado de las máquinas en el lugar donde deben trabajar, y para que se lleve a cabo ello debemos tener un plano con todas las indicaciones sobre tal acción, teniendo mucho cuidado sobre los procedimientos de: ensamble, ajustes, tolerancias, nivelación y así mismo la estricta limpieza de los elementos que se están utilizando, como también de las herramientas.

Como dijimos anteriormente todo plano, debe contener toda la información necesaria para llevar a cabo el requerimiento de lo que se está presentando en dicho dibujo, en éste caso tratándose de planos de montaje de maquinarias o equipos industriales, deberán estar indicados las cotas y notas que sean lo suficientemente necesarias para el trabajo de armado o ensamble. Como en ello, tiene que verse con bastante cuidado los ajustes y tolerancias, serán éstas, las que tengan mayor criticidad en el proceso, puesto que son las responsables del buen funcionamiento de la máquina o equipo que se viene ensamblando.

El montaje de piezas para obtener el producto final puede llevarse a cabo generalmente a través de varias secuencias. Así tenemos mediante la utilización de redes o diagramas de precedencia. El movimiento deseable de piezas en el interior de la planta está, pues, directamente relacionado con la secuencia en que las partes entran en el montaje final del producto. En una situación ideal, los materiales o piezas iniciales que entrarán en la planta, serán procesados en línea recta para obtener piezas y luego subconjuntos y montajes terminados. Si suponemos ahora que el procesamiento de las piezas individuales requiere longitudes iguales de las líneas de procesamiento, llegaríamos al mismo esquema o plano de montaje de la figura Nº 15

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FIGURA Nº 15. Dibujo despiezado de los componentes de un lado y centrales de un gato simétrico para peso liviano.

FIGURA Nº 16. Planilla de montaje.

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Cabe señalar otras dos características del diagrama de montaje. 1) Materiales de embalaje se incluyen como partes. Con excesiva frecuencia esos ítems se pasan por alto en el planeamiento, aunque son de hecho una parte integrante y necesaria de la producción. 2) Si suponemos ahora a las líneas de movimiento de piezas y subconjuntos aquellas operaciones e inspecciones necesarias para proveer la pieza o el subconjnto, tenemos establecido el esquema de un diagrama de proceso operativo. Si agregamos a ello la estación de maquinaria o montaje donde la inspección u operación han de llevarse a cabo, así con el tiempo requerido, entonces hemos definido no solo los requisitos de procesamiento de la planta física, sino también la secuencia en la que se cumplirá con esos requisitos. ( Ver figura Nº 16 )

El desarrollo de planos o diagramas de montaje y de planillas de procesamiento operativo no es un requisito necesario para el planeamiento. No obstante, el tiempo empleado en ello probablemente dará sus frutos en forma de referencias disponibles para secuencias de producción y cursogramas físicos para etapas posteriores del proceso de disposición. ¿Qué es un plano eléctrico? Desde nuestro punto de vista, los planos o dibujos que contengan símbolos eléctricos, y que se hagan para una instalación, montaje, fabricación de máquinas y equipos en la industria, iluminación, etc., los llamaremos planos eléctricos y para interpretarlos, debemos conocer y familiarizarnos con dicha simbología, y que últimamente va ampliando su complejidad ya que se está integrando a ella los símbolos electrónicos para la automatización de los sistemas industriales, por lo que en éstos momentos se hace muy necesario el tener que conocer con bastante amplitud y acierto la simbología eléctrica, electrónica y de automatización para poder interpretar adecuadamente los planos o diagramas cuando tengamos que realizar instalaciones, montajes o reparaciones de máquinas, equipos y sistemas industriales, a manera de refrescar nuestros conocimientos presentamos a continuación algunos de los símbolos que se utilizan.

Resistencia Reóstato Capacitor Capacitor Capacitor Termistor Diodo electrolítico variable

Circuito Lámpara Parlante Cristal Lámpara Cable Tomacorriente Integrado piloto piezoeléctrico incandescente coaxial

Fusible Cruce de Circuito Conexión Circuito de Antena Sensor líneas bloqueado al chasis retorno a tierra general

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Transformador Transformador Bobina Autotransformador Conector Varistor Corriente Magnético reductor variable múltiple eléctrica

Triac/ diac Batería Push botton Llave bipolar Push botton Corriente Llave unipolar Alterna

Llave de Llave de dos Fotoresistencia Motor Generador Motogenerador 4 polos polos eléctrico c.c eléctrico de c.c.

Motor de c.a. Alternador de c.a Motor de c.a. Motor de c.c. Motor de c.a. Monofásico trifásico sincrónico trifásico con bobina de arranque en estrella

Motor de repulsión Motor sincrónico Motor serie de c.a. Motor linear Generador sincrónico

Instalación Instalación Propagación Conexión Contacto en triángulo en estrella en Delta con dos interruptores

Electrodo focalizado Contacto de 2 vías Contacto de Interruptor de Interruptor Interruptor Retenida manija de posición manual

M GGM

M1

GS3

M3 M

M

M1

C3

M1

M GS

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FIGURA Nº 17. Plano eléctrico de instalación de un montacargas o ascensor.

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Escalas y Normas Fundamentales.

En el dibujo de ingeniería, las escalas vienen a ser las representaciones de un elemento u objeto en forma proporcional numéricamente de manera que se pueda plasmar dichos datos de medida en un papel representativo al que se le llama plano o dibujo.

Debemos saber que existen dos clases generales de escalas así tenemos: Escalas inglesas. 1º Las escalas para ingenieros mecánicos y arquitectos, cuyas longitudes que representan sobre la escala es de un pie (a base de 12, 6, 3, 11/2, etc., pulgadas para el pie), o sea: 12 ″ = 1 pie 6 ″ = 1 pie 3 ″ = 1 pie 11/2″ = 1 pie 2º Las escalas para ingenieros civiles, marcadas decimalmente con divisiones de 10, 20, 30, 40, 50, 60 pies por pulgada. Escalas métricas.

Para el primer caso además de una escala natural en centímetros y milímetros tienen otras escalas correspondientes de tamaños: ½ ; 1/3; 1/5; ...... del original. Para el segundo caso las escalas que corresponden a los tamaños de 1/500; 1/1000...... del original.

Las escalas de la primera clase son utilizadas por todos los ingenieros mecánicos, electricistas, químicos, mineros, industriales y civiles para los dibujos de máquinas y estructuras. Las escalas de la segunda clase las utilizan principalmente los ingenieros civiles y arquitectos para trasplantar los datos del terreno, para dibujo de mapas y para la resolución gráfica de problemas.

El material de las escalas generalmente es de boj, y algunos son de metal, plástico o papel, tiene la forma triangular al perfil; planas de un solo bisel; de dos biseles; etc.,. Para el dibujo de máquinas las escalas más convenientes son las planas de bisel contrario con escala natural en un borde y escala ½ en el otro y una segunda con escalas ¼ y 1/8.

Para los dibujos a escala de máquinas, estructuras son más apropiadas las escalas inglesas, mientras que las escalas métricas se emplean mayormente para extensiones grandes. De todo lo que acabamos de decir podemos interpretar las escalas de la siguiente forma: Escalas Inglesas. Escalas Métricas. 24 ″ = 1′ - 0 ″ (tamaño doble) 2/1 (tamaño doble)

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12 ″ = 1′ - 0 ″ (tamaño natural) 1/1 (tamaño natural) 6 ″ = 1′ - 0 ″ (tamaño medio) ½ (tamaño un medio 50 %) 4 ″ = 1′ - 0 ″ (tamaño 1/3) 1/10 (tamaño 1/10 10 %) (raramente usado) 3 ″ = 1′ - 0 ″ (tamaño ¼) 1/20 (tamaño un veintavo 5%) 2 ″ = 1′ - 0 ″ (tamaño 1/6) 1/50 (tamaño un cincuentavo 2%) (raramente usada) 1 ½ ″= 1′ - 0 ″ (tamaño 1/8) 1/100 (tamaño un centésimo 1%) 1 ″ = 1′ - 0 ″ (tamaño 1/12) 1/200 (tamaño un doscientosavo 0,5%) ¾ ″ = 1′ - 0 ″ (tamaño 1/16) 1/500 (un quinientosavo ó 0,2%) ½ ″ = 1′ - 0 ″ (tamaño 1/24) 1/1000 (tamaño un milésimo ó 0,1%) 3/8 ″ = 1′ - 0 ″ (tamaño 1/32) 1/10000 (un diezmilésimo ó 0,01%) ¼ ″ = 1′ - 0 ″ (tamaño 1/48) 1/25000 (un veinticincomilésimo ó 0,004%) 3/16 ″= 1′ - 0 ″ (tamaño 1/64) 1/8 ″ = 1′ - 0 ″ (tamaño 1/96) 3/32 ″= 1′ - 0 ″ (tamaño 1/128)

De todas éstas escalas las más utilizadas para el caso de planos ordinarios supóngase de casas pequeñas de hasta 18 metros de longitud se usan las escalas 1/4″ y en el caso de la métrica 1/50. Para planos arquitectónicos empleamos las escalas de 1/8 ″ y la métrica de 1/100 y las escalas métricas finales para el caso de planos topográficos. Así mismo para los dibujos de piezas pequeñas generalmente se hacen en escala doble 2/1 y los mecanismos más pequeños con escalas más amplificadas como son: 10/1; 20/1; 40/1; 50/1; etc. DIMENSIONES OFICIALES DE LOS PLANOS (FORMATOS).

Después de considerado lo referente a escalas presentamos un enfoque de las diversas dimensiones oficiales utilizados para los planos en el campo de la ingeniería de acuerdo a las normas DIN 198, 476, 829, 4999.

El Dr. Porstmann, autor de los formatos normales, los desarrolló partiendo de una superficie rectangular (x . y = 1). De 1 m2 con una relación de lados x : y = 1 : √2 �

Del formato originario (rectángulo de 1 m2 con lados x = 0,841 m e y = 1,189 m) deriva la serie principal A de formatos, obtenida por dobladas a la mitad. � y �

Las series adicionales B, C, D se han previsto para los accesorios de papel (sobres, carpetas, archivadores, etc.) �

El lado menor de los formatos de la serie B es la media geométrica de los lados del formato A de la misma clase. El mayor es el menor resultante multiplicado por √2 .

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Y x Y/2 X X � � � Figura Nº 18 TABLA Nº I DIMENSIONES PARA LOS FORMATOS DE PLANOS

Formato Clase

Serie A mm.

Serie B mm.

Serie C mm.

0 841 x 1189 1000 x 1414 917 x 1297 1 594 x 841 707 x 1000 648 x 917 2 420 x 594 500 x 707 458 x 648 3 297 x 420 353 x 500 324 x 458 4 210 x 297 250 x 353 229 x 324 5 148 x 210 176 x 250 162 x 229 6 105 x 148 125 x 176 114 x 162 7 74 x 105 88 x 125 81 x 114 8 52 x 74 62 x 88 57 x 81 9 37 x 52 44 x 62

10 26 x 37 31 x 44

11 18 x 26 22 x 31 12 13 x 18 15 x 22

X/2

X Y/2 X/2 X y/2

Y = x √2

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NORMAS FUNDAMENTALES (DIBUJOS).

De acuerdo a las normas DIN 823 y 824, las normas para los dibujos facilitan su ordenación en el despacho, en el taller y en sus remisiones. Los dibujos recortados (originales y copias) deben corresponder a los formatos de la serie A � El margen de la portada (a) es: En los formatos A0 – A3 = ............................................................. 10 mm. En los formatos A4 – A6 = ............................................................. 5 mm. En los dibujos pequeños se permite un margen de 25 mm para el cosido, con lo que el tamaño útil resultante quedará algo menor que el formato normal DIN 820. a a � Figura Nº 19 . Dibujo Normalizado

Los formatos estrechos pueden componerse excepcionalmente por sucesión de tamaños iguales o de formatos inmediatos de la misma serie. �

Las anchuras usuales de los rollos, aplicables a los formatos de la serie A, son los siguientes: Para papel Canson y vegetal ......................................................................1500, 1560 mm. (De ellos se obtiene anchuras de 250, 1250, 660, 900 mm.). Para papeles de copias........................................................................650, 900, 1200 mm. Si todos los formatos hasta el A0 han de sacarse de una tira de papel, se necesita una anchura de rollo de 900 mm.

Hoja de papel sin recortar con 2 á 3 cm de margen sobre el tamaño del dibujo recortado.

Rótulo y lista de

piezas.

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� Figura Nº 20. Sucesión a lo largo de formatos normales.

Para el encarpetado al formato A4 se plegarán los dibujos como sigue: � 1. La portada, después de plegado el dibujo, quedará en la cara superior y bien centrada. 2. El primer pliegue se dará a 21 cm del borde izquierdo, para lo cual es ventajoso utilizar

una plantilla de 21 x 29,7 cm. 3. Partiendo de c se marca un pliegue triangular (pliegue 2) a fin de que, una vez plegado

el dibujo, quede libre el margen izquierdo para el cosido o taladrado. � a � 4. Partiendo del borde derecho a, se dan plegadas sucesivas hacia la izquierda cada 18,5

cm, siendo conveniente utilizar una plantilla de 18,5 x 29,7 cm. Si una vez deducidos los 21 cm del primer plegado, la longitud de dibujo que queda no es 2, 4, 6, etc, veces 18,5 cm, el residuo menor que 2 x 18,5 cm, se pliega por la mitad (pliegue compensador) �, �, � y �. En los dibujos pequeños puede hacerse el plegado a media portada �.

5. Finalmente, el dibujo plegado en longitud � se pliega en altura partiendo del borde b con dobleces cada 29,7 cm � a �. Como refuerzo del taladrado o del cosido para evitar que se desgarre el papel, puede pegarse al dorso del recuadro inferior izquierdo una cartulina del formato A5 = 14,8 x 21 cm � a � (parte punteada). En la forma explicada puede plegarse cualquier dibujo al formato que se desee.

En general, los dibujos con formato superior al A1 no se cosen a la carpeta, por resultar entonces de manejo difícil.

10,5 29,7

29,7 Figura Nº 21. a 29,7

� c Plegado del formato 2 A0=118.9x168,2 cm 29,7 Rótulo

P2 Pliegue 12 P1 P8 P7 P6 P5 P4 P3 Pliegue 11 21 Compensación 18,5 18,5 18.5 18,5 18,5 18,5

Pliegue 10 Cuadro

exterior b

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10,5

29,7 Anverso c a 29,7 29,7

Rótulo b 21 b Rótulo

21 18,5 18,5

� Plegado del formato A1=59,4 x 84,1 cm. � Plegado a media portada del formato A3=29,7 x 42 cm. Figura Nº 22 � Plegado en longitud. � Plegado en altura. Figura Nº 23 NORMAS FUNDAMENTALES (Rótulo y lista de piezas)

De acuerdo a la norma DIN 28. La aceptación del rótulo reglamentario en los dibujos de ingeniería tropieza con dificultades, ya que responde más bien a las necesidades de la construcción de maquinaria. Sin embargo puede resultar útil en los diversos planos, pues presenta muchas ventajas comparado con la rotulación usual.

Lo estrictamente unificado para la rotulación de planos es lo siguiente: El lugar para el rótulo y la lista de piezas es el ángulo inferior derecho del dibujo con posibilidades de ampliación a la izquierda y hacia arriba.

El número del dibujo se escribirá abajo y a la derecha.

P2 Pliegue

Compensador

Pliegue 6 P1 P4 P3 Exterior

P2 P1 Ext.

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La sucesión de las columnas. El tamaño del cuadro de rotulación se acomoda a las dimensiones del dibujo. Fig. Nº 24. Formulario de rotulación para grandes dibujos Colores para la representación de tuberías según la norma DIN 2403.

En los planos industriales y en las instalaciones se emplean un código de colores para la representación de las tuberías y es la que a continuación se detallan: Vapor Tuberías de ativación de minas Vapor de alta Aire Vapor de escape Aire caliente Agua potable Aire comprimido Agua caliente Polvo de carbón Agua condensada Gas de altos hornos, gas de Hornos de cok, depurado. Agua a presión Gas de altos hornos Agua salada gas de hornos de cok en bruto.

4 3 2 1 c b a Denominación y observaciones Pieza Nº de dibujo Material y Nº de Peso Nºde almacén 1ªs dimens. Modelo Nº de Piezas (Modificaciones) Fecha Nombre Dibujado (Firmas) (CASA) Examinado Ex. Normas Escala (Número) (ROTULO) Sustituye al..................... Sustituido por...............

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Agua para uso industrial Acidos Agua residual Acjdos Conc. Lejías Gas pobre Lejías Conc. Gas de alumbrado Aceite Gas de agua Gasoil Gas de aceite Aceite de Alq Acetileno . Acido carbónico Bencina Oxígeno Benzol Hidrógeno Alquitrán Nitrógeno Vacío Amoniaco

Figura Nº 25. Código de colores para tuberías. I.2. CLASIFICACION DE MAQUINAS Y SISTEMAS INDUSTRIALES.

Cuando nos referimos a las máquinas o equipos, o a los sistemas industriales debemos tener presente que: máquina, es un conjunto de elementos enlazados unos con otros formando combinaciones lógicas capaces de funcionar e interactuar de manera que cumplan una función predeterminada en su diseño, ejemplo: una bomba de agua, un televisor, un transformador eléctrico, una máquina de escribir, un motor eléctrico, un carburador, una bomba de inyección, una máquina de soldadura, un tecle, un molino, un martillo neumático, etc., y que interpretamos como equipo al conjunto de dos o más máquinas a fin de lograr una acción conjunta de ellas, sincronizadas adecuadamente para obtener un funcionamiento integral propuesto en el diseño del equipo, como ejemplo podemos plantear los siguientes: Un equipo de soldadura conformado por la máquina de soldar, los cables de acoplamiento con la tenaza del portaelectrodo y la tenaza de la mordaza de tierra; Un motor de combustión interna conformada por el monoblock, culata, carburador, bomba de aceite, bomba de agua, radiador, distribuidor, árbol de levas, árbol cigüeñal, etc., (conjunto de máquinas y elementos); Una grúa (conjunto de tecle, motor y elementos); Un equipo de molienda (conjunto de molino, motor, fajas, controles). Ahora bien, cuando nos referimos a sistemas en la industria, se entiende que viene a ser el conjunto de equipos y máquinas que actúan en labores conjuntas, cada una con su

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trabajo determinado a fin de lograr un producto final de la materia prima que ingresa al inicio del proceso del sistema y que al recorrer por las máquinas y equipos que la componen sufren cambios y variaciones en su estructura física y en otros casos en su estructura química y molecular hasta conseguir el producto terminado según lo planteado en el diseño de la planta industrial, la que viene a ser un sistema industrial.

De acuerdo a lo que acabamos de manifestar podemos decir que las máquinas, equipos o sistema industriales se clasifican en los siguientes grupos: ESTATICOS, todos aquellos que funcionan sin movimiento mecánico ejemplo: Los transformadores eléctricos, los tableros de control, etc.,. DINAMICOS, todos aquellos que presentan movimiento mecánico de una u otra forma para obtener los resultados propuestos, y ellos se clasifican a su vez en: CENTRIFUGALES, relacionado a todos aquellos que funcionan con movimiento rotativo, excéntrico, etc., y entre ellos podemos indicar a los siguientes: Un motor de combustión interna (por el movimiento circular en el volante), un motor eléctrico, una bomba centrífuga, molino de viento, ciclones, etc.,. RECIPROCANTES, referido a todas aquellas cuyo funcionamiento es de percusión o movimiento alternativo, o sea que su movimiento es lineal cíclico, pendular, excéntrico, etc., y como ejemplos se indican a los siguientes: Un motor de combustión interna (por el movimiento alternativo y de percusión de los émbolos en el árbol cigüeñal), un martillo de percusión, un taladro neumático, etc.,. I.3. CIMENTACION DE MAQUINAS.

La parte más importante del edificio de una planta industrial, es la cimentación. La determinación de la resistencia del subsuelo, la selección de un factor de seguridad de trabajo, y la determinación de la forma y tamaño de la zapata para lograr una construcción económica, requieren la aplicación de un criterio de ingeniería bastante experimentado y refinado. La cimentación es la parte de la estructura que transmite las cargas a los apoyos, por lo que es esencial que los asentamientos se reduzcan al mínimo y sean uniformes en todos los puntos, por lo cual debe darse a la cimentación un área de apoyo lo suficientemente grande para que se reduzca la presión en el material subyacente. En el caso de que los suelos tengan poca resistencia, pueden usarse cimentaciones de pilotes, para reducir los asentamientos, así mismo se debe proyectar de manera que la resultante de las cargas verticales pase por el centro de gravedad de éstas.

Para determinar el carácter de los estratos en que se apoyar la cimentación es necesario hacer sondeos.

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Fundaciones. Naturaleza del terreno. Reconocimiento del terreno.- Se realiza extrayendo muestras del terreno determinado por medio de sondas, bajo el nivel de cimentación, para averiguar la firmeza del suelo, lo que se consigna en perfiles geológicos. Ensayos de carga del terreno .- Se realiza mediante las máquinas de ensayo por vibración, para investigar la dinámica del suelo, con la finalidad de terminar el efecto de las cargas alternativas, a que están sujetas ciertas obras, así como también las compresiones del terreno y de ésta manera hallar la constante del suelo c = k/s (coeficiente de asiento), siendo k = la carga específica a que se le somete (kg./ cm2) y s = el asiento o compresión (cm.). Análisis físico químico.- Se emplea para completar los datos obtenidos por sondeo, nos da a conocer, la composición, cohesión, rozamiento interno, elasticidad, plasticidad, densidad aparente, finura de grano, porosidad, permeabilidad y humedad de los diversos estratos. Todos éstos datos sirven para decidir sobre las condiciones de resistencia de un suelo sometido a la carga variable de la obra. Su compresibilidad y elasticidad son los factores principales de su resistencia a la carga. Su cohesión y rozamiento interno los que determinan el empuje horizontal que producen las tierras sobre los muros de solecimiento. Clases de terreno . De acuerdo a su resistencia. Clase 1ª : Terrenos de roca, se comportan como cuerpos elásticos y resistentes y admiten compresión, extensión y cortadura (roca homogénea, y conglomerados). Clase 2ª : Terrenos coherentes, pero con cierta cantidad de agua capilar; la tensión superficial puede haber desaparecido (terrenos empapados, arcillas y limos recientes), o persistir (arcillas antiguas). Clase 3ª : Terrenos granulados, desprovistos de cohesión y por lo tanto sin resistencia de extensión y de cortadura (arena, guijo), la presión se transmite de grano a grano. Carga de seguridad. En la solera de la fundación se desarrollan fuerzas verticales y a veces horizontales las que pueden provocar asientos y éstos corrimientos. Acción de las presiones verticales.

El asiento elástico depende del módulo de elasticidad de los estratos que hay debajo

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del cimiento. Los asientos permanentes de un terreno son función de su resistencia a refluir por los costados, lo que debe prevenirse ya que pueden provocar aumento de fatiga en la obra, grietas, desplomes, etc.,. El asiento admisible es s = 0,4 á 2 cm. de acuerdo al efecto que pueda producir en la obra. La carga específica de seguridad (k0) se determina por:

K0 = c. s Donde: C = coeficiente de asiento en kg./cm2 determinado mediante aparatos vibradores. s = dato experimental extraído del manual de construcciones (pag. 55) Cimiento a b

Figura Nº 26. Asentamiento del terreno por acción del cimiento. Acción de los empujes horizontales. Debido a las fuerzas externas la presión resultante en la base del cimiento, a menudo es oblicua, su componente horizontal deberá contrarrestar el rozamiento de la base o el empuje pasivo de las tierras contiguas. Sistemas de fundación. Fundaciones en Seco. Terreno seguro a poca profundidad.- Los cimientos cargan directamente sobre un estrato consistente del terreno, situado a escasa profundidad, empleándose métodos como: Fundación por pilares o fajas.- Se construye de: hormigón en masa (a), o de hormigón armado (b); en terreno flojo es aconsejable el empleo de armadura. La sección peligrosa x – x del cimiento debe calcularse por flexión y cortadura, teniendo en cuenta la posibilidad de ser disimétrica la carga. En anteproyectos puede asumirse: Para hormigón en masa b = h cotg. 60º = 0,6 h Para hormigón armado b = 2h á 3h

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Pilar Pilar Basamento de Hierros de hormigón enlace armado. b Hierros de x enlace h b Cimiento de hormigón x apisonado Emparrillado del basamento Hierros inferiores (sin doblar) Hierros inferiores (doblados) (a) (b) Base de cemento armado

Figura Nº 27. Características de la armadura de una fundación por pilares. Terreno seguro a mucha profundidad.- En éste caso, es preciso crear una infraestructura que trasmita las fuerzas del cimiento hasta el estrato profundo consistente. La infraestructura puede consistir en una consolidación del terreno, en un emparrillado sobre pilotes de madera, metálicos o de cemento armado, o en una serie de pilares (o incluso de pozos). Pilotes de madera. Consolidación del terreno.- Los terrenos cenagosos y las formaciones palustres pueden consolidarse añadiéndoles arena, apisonando piedra, o cilindrando grava para formar una capa superficial dura. En capas permeables de guijo o de arena, se puede inyectar lechada de cemento o mortero fluido a presiones de hasta 12 atmósferas, mediante tubos de 1 ½ ″ que se hincan previamente.

h

α ≥ 60º α

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Fundación por pilotes.-

Para éste género de fundaciones (en seco) se emplea pilotes metálicos y pilotes de hormigón. Fundaciones en el agua. Consolidación del terreno.-

Superficial, mediante grava apisonada o cilindrada, o también comprimiendo en él piedra gruesa. De manera profunda, por inyecciones de cemento o de productos químicos, o por congelación en el caso de cimentarse sobre pozos. En terrenos pantanosos, y como base para la cimentación de obras secundarias, cabe la mejora del suelo por terraplenes de arena (dándoles la debida estabilidad mediante hileras de pilotes), la arena puede servir también para desalojar y sustituir el cieno. TABLA Nº II CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE DE DIFERENTES ESPECIES DE TERRENOS PARA CIMENTACIÓN EN (Kgr./cm2) Terreno aluvial...................................................................... 0,5 Arcilla suave. ........................................................................1,0 Arcilla firme...........................................................................2,0 Arcilla húmeda.......................................................................2,0 Arena y arcilla mezclada..... ..................................................2,0 Arena fina seca..................... .................................................3,0 Arcilla dura............................................................................4,0 Arena gruesa seca..................................................................4,0 Hormigón o grava..................................................................8,0 Hormigón compacto..............................................................8,0 Roca Pizarra.........................................................................10,0 Roca mediana........................ ..............................................19,0 Roca bajo cajones de cimentación... ...................................25,0 Roca dura.......................................... ..................................78,0 Roca nativa...............................................................175 y más Fuente: H. Dubbel. “Manual del Ingeniero” Editorial Mc. Graw Hill. México 1985. p. 1585

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TABLA Nº III CLASIFICACIÓN DE LOS TERRENOS POR SU NATURALEZA Y APTITUD

PARA SOPORTAR CARGAS

Terreno de cimentación Buena (3 á 30 kg/cm2)

Terreno de cimentación Mediana (1,5 á 3 kg/cm2)

Terreno de cimentación Mala (0 á 1,5 kg/cm2)

Terreno sin consistencia

ROCA HORMIGON GRAVILLA ARENA GRUESA

ARENA FINA ARENA MEDIANA

Terrenos consistentes

ARCILLA SECA BARRO SECO MARGA SECA

ARCILLA HUMEDA BARRO HUMEDO MARGA

MANTILLO, LIMO, FANGO, MARGA CON GUIJARROS, TURBA, TIERRA PANTANOSA RELLENO, ARENA MUY FINA.

CIMENTACIÓN.-

Es la parte de la estructura que normalmente se encuentra bajo la superficie del terreno y que transmite las cargas o el peso de la maquinaria y sus acciones al suelo.

Todos los suelos se comprimen algo cuando se les aplican cargas, originando asentamiento. Para una cimentación de máquinas se debe ele gir un terreno resistente. Los requisitos que deben tomarse en cuenta en el diseño de una cimentación para máquinas son:

Las cimentaciones totales de una estructura deben estar limitadas a una cantidad muy pequeña, no se debe sobrecargar al suelo. La diferencia del asentamiento, entre las diversas partes de la estructura debe ser eliminada

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tanto como sea posible.

Si se produce el asentamiento éste debe ser uniforme, no siempre se encuentra suelos de buena resistencia a profundidades razonables, y el uso de los pilotes se justifica en éste caso.

El cálculo de las cimentaciones para máquinas es considerado, dentro del medio práctico ingenieril, más bien un arte que una ciencia, arte que debe ser, sin embargo, elaborado con experiencia y mucha intuición, para proporcionar, de una manera adecuada, el elemento que servirá para soportar y transmitir al suelo de desplante las cargas, tanto estáticas como dinámicas, sin producir alteraciones en el funcionamiento normal de las máquinas ni en la estructura en la cua l son instaladas.

En éste tipo de cimentaciones, en el cual el concreto reforzado tiene tanta aplicación, las cargas estáticas tienen relativamente poca importancia comparadas con los efectos de las masas vibratorias. Aunque los fabricantes de máquinas proporcionan éstas más o menos equilibradas, siempre quedan acciones dinámicas remanentes no compensadas que tienen que ser tomadas en cuenta. Fuerzas que entran en consideración. Carga permanente.

Se considera al peso propio de los cimientos, peso de las máquinas sentadas sobre aquellos, esfuerzo de tracción de las correas de transmisión, aspiración del condensador en las turbinas, etc. Esfuerzos dinámicos. Pueden ser: irregulares y regulares o periódicos. Esfuerzos dinámicos irregulares o aislados.- Llamados así aquellos que se presentan en forma no continua, ejemplo: la percusión de los martinetes, los efectos de inercia en los montacargas y castilletes de extracción de las minas, los esfuerzos irregulares de las chancadoras, etc. Esfuerzos dinámicos regulares o periódicos.- Su característica principal es su variación en función del tiempo, según una ley sinusoidal. Como ejemplo tenemos: Las fuerzas de inercia de las masas alternativas (y sus momentos de 1º y 2º orden), los esfuerzos en las máquinas de émbolo, los componentes vertical, y horizontal de la fuerza centrífuga de las máquinas rotativas. Cargas estáticas virtuales equivalentes a las acciones dinámicas.

En la práctica se reemplazan los esfuerzos dinámicos que actúan sobre el fundamento, por una sobrecarga estática ideal que determinaría en aquel tensiones equivalentes, valiéndose de un coeficiente de vibración (ν ).Esta sobrecarga virtual debe

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aumentarse todavía (multiplicándose por un coeficiente de fatiga (µ),para tener en cuenta la disminución de resistencia debida a la alternativa de valor y signo de las fuerzas (resistencia a la vibración); para esfuerzos dinámicos que obren sin interrupción, µ = 3, si son intermitentes µ = 2. Multiplicando por (µ) y por (ν) el esfuerzo dinámico se obtiene la carga estática virtual ( Ps ). Equilibrio de los cimientos. Las cargas permanentes y las sobrecargas virtuales constituyen la totalidad de las fuerzas exteriores que obran en el cimiento. Para evitar asientos desiguales del fundamento, la resultante de todas las fuerzas debe pasar por el centro de gravedad de la base. Análisis de las sobrecargas estáticas virtuales. Siendo: G = peso total del macizo de fundación, incluso cargas permanentes de la máquina (t). G1, G2 =pesos parciales del cimiento, con las respectivas cargas de la máquina (t). Jg = momento polar de inercia (reducido al peso G) con respecto a un eje perpendicular al

plano de la figura que pase por el centro de gravedad (t m2). i = √ Jg/G el radio polar de inercia (m). g = 9,81 m/seg2. B = peso de la masa del martinete. v = velocidad ( m/seg. ) k = coeficiente de percusión entre 0 á 1 a = distancia de los pesos o fuerzas al centro de gravedad S en (m). δ = desplazamiento elástico del cimiento (m), o su rotación. δ0 = desplazamiento elástico vertical del cimiento, por efecto de su peso (m). ne = número propio de oscilaciones ( 1 /min. ). nm = número de carreras o de revoluciones de la máquina ( 1/min. ). µ = coeficiente de fatiga. ν = coeficiente de vibración P = esfuerzo desarrollado por la acción elástica (t) Ps = Sobrecarga estática virtual equivalente a las acciones dinámicas. Suponiendo que el cimiento constituye una placa rígida apoyada elásticamente, y que las fuerzas actúan tan solo en un plano (plano de la figura).

El macizo de fundación, de peso (G) incluyendo la carga permanente de la máquina, puede reemplazarse por dos puntos materiales rígidamente unidos, de pesos parciales G1 y G2 aplicados al eje vertical. Sus distancias (a1) y (a2) al centro de gravedad dependen del mayor o menor grado de elasticidad de apoyo de la placa. a1, 2 = a0 ± √ (a0)2 + i2

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h G1 1 a1 a2

δ P/2 P/2 2

Figura Nº 28. Esquema de las sobrecargas estáticas virtuales. Siendo: ( i2 δzz - δxx ) a0 = 2 δxz donde: δxx = traslación horizontal del centro de gravedad S por la acción de una fuerza horizontal

igual a uno, aplicado en aquel. δxz = la que provoca un par igual a uno, situado en el plano de la figura. δzz = la rotación del cimiento en virtud de un par unidad. Como: a1 . a2 = i2 resulta que determinan un triángulo rectángulo y los pesos parciales valen: a2 i2 a1 i2

G1 = G = G G2 = G = G a1 + a2 (a1)2 + i2 a1 + a2 (a2)2 + i2

B

G S i

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Cálculo en el caso de esfuerzos dinámicos irregulares.- Un choque o impulsión vertical que actúe según el eje vertical de gravedad, determinará una vibración del peso total G de frecuencia propia. Un choque horizontal en el punto de aplicación de G1 hará vibrar la masa de G1 con frecuencia propia (G2) permanece en reposo como centro de oscilación. Un choque horizontal en el punto de aplicación de G2 hará vibrar su masa alrededor del polo G1 (oscilaciones pendulares). Percusión vertical e irregular de un martinete.-

Cuando la masa de peso B percute sobre el cimiento con una velocidad ( vg ) la velocidad ( VG ) del bloque de fundación inmediatamente después del choque se tiene: Siendo: vB = √ 2 g h VG ( B + G ) = vB ( 1 + k )B A éste movimiento iniciado por el cimiento se opone (con intensidad creciente) la reacción elástica del suelo o superficie de asiento, reacción (P) en el instante de alcanzar el movimiento, su amplitud máxima ( δ ). δ = vB √ δ0 / g y la máxima reacción elástica del fundamento (compresión adicional del suelo) será: δ vG vG

P = G = G = ν G ν = δ0 √ g δ0 √ g δ0

coeficiente de vibración

El coeficiente de vibración expresa el tanto por ciento en que aumenta la presión estática de la base del cimiento por efecto de la percusión. Así la sobrecarga virtual equivalente a la reacción elástica del choque es: Ps = µ ν G

De ello deducimos que ( ν ) es tanto menor cuanto mayor la masa del fundamento y más plástica la superficie del asiento (valor k pequeño). De ahí la conveniencia de interponer una capa de material blando (corcho armado) debajo del cimiento.

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Cimentaciones sometidas a efectos dinámicos. Las cimentaciones para máquinas están sometidos tanto a los esfuerzos estáticos

debidos a la carga muerta total, como a los esfuerzos dinámicos producidos por las fuerzas de inercia según la ley de Newton: F = m a. Debido a esto las partes de una máquina en movimiento dan lugar a vibraciones que, muchas veces, producen efectos bastante complejos. Estos efectos dependen de la clase de máquinas de que se trate, y por lo tanto las características de la cimentación serán de acuerdo a esa variación en la maquinaria.

Las características principales de una cimentación para máquinas se resumen de la siguiente manera: a) Ser de tal naturaleza que pueda absorber en su interior, ya sea total o parcialmente, los esfuerzos producidos por las fuerzas de inercia. b) Evitar el fenómeno de resonancia, que se produce cuando el número de revoluciones de la máquina coincide con las oscilaciones propias de la cimentación, lo que hace imposible el funcionamiento de las máquinas. c) Mediante el empleo de adecuados amortiguadores, se elimina las vibraciones remanentes. Para proporcionar la resistencia adecuada a las reacciones cinéticas debidas al movimiento de las partes de una máquina, es obvio que el método más sencillo corresponde al empleo de cimentaciones pesadas. Haremos algunas indicaciones al respecto: 1.- Una masa m = P/g que se mueve a una velocidad (v), genera un trabajo de

m v2 /2 que debe ser absorbido por la cimentación de masa M , y la velocidad V de tal manera que:

m v2 M V2

= 2 2 De lo indicado se deduce que aumentando la masa (M ) de la cimentación, la velocidad (V) de la misma puede ser reducida a voluntad, es decir, se pueden reducir las vibraciones en la cimentación. El asunto estriba en cual es el peso adecuado que debe escogerse. Dunham aconseja que se obtengan recomendaciones del fabricante ya que, de pasadas experiencias, es el más enterado para proporcionar dicho dato según las condiciones imperantes. 2.- Considerando un movimiento de rotación, una masa cuyo centro de gravedad se encuentra a una distancia (R) del eje de rotación causará una fuerza centrífuga (F) tal que: m v2 F = R

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O

En éstos casos del problema se pueden presentar tres aspectos como son: 1º.- Cuando el centro de gravedad (c) de la parte que gira, en el sentido de las agujas del reloj, se encuentra arriba del eje de rotación (o). En estos casos la fuerza (F) que se produce tiende a levantar la cimentación, por lo que ésta debe estar fuertemente anclada mediante pernos que atraviesan toda la cimentación, si es necesario.

Figura Nº 29. Momento de volteo cuando el centro de gravedad está arribo del eje “o” 2º.- Corresponde al momento en que , durante el giro de la parte mencionada arriba, el punto (c) queda en la parte inferior de (o). En estos casos, la fuerza (F) provocará nada más que una compresión en la cimentación.

Figura Nº 30. Momento de volteo cuando el centro de gravedad está debajo del eje “o” 3º.- El aspecto corresponde al momento en el cual el centro de gravedad (c) de la parte que gira, se encuentra a la derecha del punto (o) y por lo tanto una componente de (F) es

C O

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horizontal e incrementa el valor total de (F). Cuando esto sucede, se produce un momento en el punto (A) de la base de la cimentación que vale FZ provocando un esfuerzo (σ): z -σ A +σ B

Figura Nº 31. Momento de volteo cuando el centro de gravedad está a la derecha de “o” MC FZC 12 FZC σ = ± = ± = ± l LB3 LB3

12

Estos movimientos alternativos del punto (c) durante el trabajo de la máquina provocarán cambios en los esfuerzos del terreno que deben ser considerados. De ahí que se recomiende, para cimentar máquinas, terrenos que sean resistentes y cuyo esfuerzo de trabajo o de capacidad de carga admisible se considere igual a la mitad del considerado para las cimentaciones comunes. Ejemplo: Calcular la cimentación para un martillo si se conocen siguientes características: Peso del martillo = P = 1,5 Tm. Velocidad de percusión (dato del fabricante) = 6,26 m/seg. Peso del yunque y de la máquina = Q = 20 Tm. Area de apoyo de la máquina sobre el macizo de cimentación = Ac = 4,5 m2 Bajo el yunque hay una capa de fieltro de 0,03 m de espesor. Módulo de elasticidad del fieltro = E1 = 400 kg/cm2.

O C

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Peso del macizo de la cimentación (supuesto) = G = 150 Tm. Entre el terreno y el macizo de cimentación hay dos capas de corcho de 0,06 m de espesor cada una, o sea, e = 2 x 0,06 = 0,12 m Módulo de elasticidad del corcho = E2 = 50 kg/cm2. Area de asiento sobre el terreno = At =20 m2. Módulo de reacción del terreno = K = 30 kg/cm3 = 30,000 Tm/m3 Coeficiente de percusión = k = 0,5 (choque imperfectamente elástico). Solución:

La velocidad inicial del choque en la parte superior del macizo de cimentación es de: vp (1 + k)P 6,26 (1 + 0,5)1,5 v = = = 0,65 m/seg. P + Q 1,5 + 20 Máquina Yunque Fieltro Corcho FIGURA Nº 32. Cimentación de martillo percutor

La deformación elástica del fieltro bajo el yunque es de: (Q + P) e (20 Tm + 1,5 Tm) 0,03 m S′1 = = = 0,0036 cm

Ac E 4,5 m2 x 4000 Tm/m2

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El coeficiente de vibración será: v 0,65 ν = = = 34,5 √ S2 g √ (0,000036) (9,81)

La sobrecarga virtual en la parte superior de la cimentación, haciendo uso de: µ = 3, será: Ps = µ ν G = (3) (34,5) (20) = 2070 Tm. La presión sobre el macizo de cimentación es: Ps + G + P 2070 + 20 + 1,5 σ = = = 465 Tm/m2 = 46,5 kg/cm2 Ac 4,5 En la superficie de desplante del suelo se tiene que la velocidad inicial transmitida por el choque es de: v (1 + k) Q 0,65 (1 + 0,5 ) 20 vg = = = 0,115 m/seg. Q + G 20 + 150 La deformación elástica inicial del corcho vale: ( Q + G ) e ( 20 + 150 ) 0,12 S′2 = = = 0,00204 m. Q x E 20 x 500 La deformación elástica inicial del terreno es : Q + G 20 + 150 S′3 = = = 0,000283 m. K At 30,000 x 20 La deformación elástica total en la base de la cimentación será de: S = 0,00204 + 0,000283 = 0,00232 m.

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El coeficiente de vibración vale: 0,115 0,115

ν = = = 0,77 √ (0,00232)9,81 0,15 La sobrecarga virtual en la superficie de desplante de la cimentación, empleando un valor para µ = 3, es: P = µ ν ( Q + G ) = (3) (0,77)(170) = 393 Tm. El suelo de desplante estará sometido a una presión de: G + Q + Ps 150 + 20 + 393 σ = = = 26,1 Tm/m2 = 2,61 kg/cm2

At 20 Refuerzo del macizo de cimentación. Estos tipos de cimentaciones que acabamos de analizar deben reforzarse en las tres direcciones del espacio mediante el uso de varillas del Nº 5 (5/8″ ) o del Nº 6 (3/4″ ) con separación de 0,40 m á 0,50 m respectivamente. Para resistir los esfuerzos horizontales de desgarramiento, además de los esfuerzos principales de tensión oblicua, se colocan varillas de refuerzo del Nº 6 (3/4″ ) inclinadas a 45º paralelamente al plano longitudinal del macizo de cimentación, con separaciones máximas longitudinales de un metro, y en sentido transversal a 0,50 m. Las varillas horizontales normales al contorno exterior serán del Nº 7 (7/8″ ) con el fin de evitar el agrietamiento del concreto. (ver figura Nº 33). Como puede observarse el macizo de la cimentación se encuentra instalado en un foso de concreto armado aislado del mismo por capas de corcho. El eje del yunque debe coincidir con el eje del macizo de cimentación para que los esfuerzos del choque se repartan más uniformemente. Los esfuerzos dinámicos periódicos. En la práctica de las cimentaciones de máquinas viene a ser el caso más común, y que es muy necesario evitar que se presente el efecto de resonancia, o sea que es importante evitar que el número de revoluciones de la máquina coincida con el número de oscilaciones propias de la cimentación. Teniendo una cimentación que se encuentre bajo los efectos de choques rítmicos

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verticales, como los producidos por un motor Diesel, la resultante de todas las fuerzas verticales deberá pasar por el centro de gravedad de la cimentación.

El descenso S1 de la cimentación se calcula, como en el caso de los choques no rítmicos, por la fórmula: Pt

S1 = At. K en la que: S1 = Asentamiento de la cimentación, en metros. Pt = Peso de la cimentación y de la máquina, en toneladas. At = Area de la base de la cimentación en metros cuadrados. K = Módulo de reacción del suelo en toneladas métricas por metro cúbico, o sea, la relación del esfuerzo en toneladas por metro cuadrado al asentamiento en metros. Obtenido el valor del asentamiento S1, es necesario calcular el número de oscilaciones verticales (nc) de la cimentación. Este valor de nc será mayor a medida que la masa de la cimentación disminuye y que aumenta tanto el área de apoyo de la cimentación y el módulo de reacción K del suelo. En el caso de oscilaciones horizontales el cálculo de la frecuencia se hace de la forma siguiente: Si se designa por (z) la altura del centro de gravedad del conjunto formado por la cimentación y la máquina, referida dicha altura a la superficie de desplante de la cimentación, el desplazamiento del centro de gravedad ( fG ) debido a la suma de los asentamientos S1 y S2 causados por el giro de la cimentación y el desplazamiento horizontal de la misma, se calcula de la manera siguiente: FG = S1 + S2

12 . z2 . Pt

S1 = h tan α = , en la que K . a. b3

α = Angulo de inclinación de la cimentación con la horizontal. Para calcular el valor de S2 es necesario hacer intervenir el coeficiente ( C ) de Rausch que es la relación entre el esfuerzo de tensión ( σ t ) en la base de la cimentación y su desplazamiento correspondiente. O sea que: σt C = S2 Por lo tanto:

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σt Pt

S2 = = C a b C Luego el desplazamiento del centro de gravedad es: 12 z2 Pt Pt Pt 12 z2 1 fG = S1 + S2 = + = + K a b3 a b C a b k b2 C Conociendo éste valor de fG se calcula las oscilaciones (nc) propias de la cimentación, o sea el número de oscilaciones por minuto o frecuencia de ellas así: 60 60√ g 1 300 300 nc = = x = = T 2π √ fG √ fG Pt 12 z2 1 + √ a b k b2 C

En la fórmula podemos ver que las oscilaciones horizontales propias de la cimentación serán mayores a medida que la masa de la cimentación es menor y mayores los valores de At = a b de C y de K. Si el ancho b en el sentido de las oscilaciones aumenta, y disminuye la profundidad z, también aumenta el valor de nc .

De todo ello podemos afirmar que si el valor de nc , se aproxima al valor de la

velocidad de la máquina (dato que proporciona el fabricante) y dicha velocidad no puede ser modificada, se hace necesario que se modifique la masa de la cimentación o que se modifique el valor del módulo de reacción K del suelo interponiendo una capa elástica entre el suelo y el macizo de cimentación, que a su vez también tiene la ventaja de que ayuda a impedir que las vibraciones se transmitan a las otras máquinas vecinas y a las construcciones próximas.

Del mismo modo, además de evitar la resonancia, hay que hacer intervenir los

esfuerzos estáticos equivalentes a los esfuerzos dinámicos, que como tratamos anteriormente se calculan por la fórmula:

Ps = µ ν P

Tomando µ = 3 para los choque rítmicos permanentes, y para el coeficiente ν el valor siguiente: (nc)2

ν = (nc)2 – (nm)2

en donde: nc = frecuencia de las oscilaciones de la cimentación, o sea el número de oscilaciones por

minuto de la cimentación.

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nm = frecuencia o número de oscilaciones de la máquina por minuto P = cada una de las componentes del sistema solicitante. Las fuerzas horizontales que actúan periódicamente pueden ser descompuestas en dos direcciones y en un momento de rotación equivalente a un par. Máquina Yunque Fieltro Corcho

Figura Nº 33. Cimentación reforzada de una máquina de percusión. De todo éste análisis observamos que, usualmente se sigue el método estático para el diseño de cimentación para maquinaria, el que consiste en incrementar el peso propio de la máquina con un factor de impacto, y luego diseñar la cimentación, sujeta a la carga estática incrementada. Sin embargo, aunque con ésta forma de análisis se llegue a condiciones de capacidad de carga admisible adecuada y a obtener asentamientos permisibles, se puede presentar la posibilidad de que la frecuencia de vib ración correspondiente a la velocidad de operación de la máquina o alguna de sus componentes armónicas coincida con la frecuencia fundamental de vibración del sistema suelo -cimentación, produciéndose un fenómeno de resonancia en que las amplitudes de vibración resultante pueden ser intolerables. Esto aunado al hecho de que las vibraciones producidas por la máquina produzca un incremento inadmisible en la capacidad relativa de los suelos arenosos en que descanse la cimentación, o que produzca remoldeo en las arcillas sensitivas, hacen resaltar la necesidad de recurrir a un método de diseño de las cimentaciones para máquinas que tome en cuenta la naturaleza eminentemente dinámica del fenómeno, pero partiendo como primer tanteo, del método estático.

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Para el diseño preliminar, puede procederse utilizando las recomendaciones del fabricante de la máquina o por medio de tanteos, pero en todos los casos deben satisfacerse los requisitos básicos tanto de la estática relativos a momentos de volteo, como los de la Mecánica de Suelos relativos a capacidad de carga y asentamientos producidos por cargas estáticas. Usualmente las cimentaciones de máquinas, consisten de un bloque de concreto masivo que, para el estudio de las vibraciones, suele considerársele infinitamente rígido. Así mismo, para evitar asentamientos diferenciales y vibración torsional de la cimentación, hay que proveer que el centro de gravedad común de la máquina y del bloque de cimentación coincidan con el centroide del área de contacto entre el suelo y el macizo de cimentación. Se recomienda que la frecuencia natural del sistema máquina – cimentación - suelo sea de una a dos veces la velocidad de operación de la máquina. Cimentación de concreto reforzado. Cimentación de tipo pedestal.

Figura Nº 34. Cimentación reforzada tipo pedestal Características: 1. Barras “a” para reforzar la tensión que se produce en los pernos de anclaje y los

refuerzos horizontales de montaje. 2. Barras en la parte superior para reforzar los mangos de tubo y evitar rajaduras y

mantener en su sitio las barras “a” en la construcción. 3. Las barras “c” sirven para hacer un amarre de los dos extremos de la estructura. 4. En cimentaciones pequeñas se pueden extender pernos de anclaje hasta la base y

suprimir las barras “a”. 5. No es necesario barras intermedias, salvo por fuerte vibración o por refuerzos de

temperatura.

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Ubicación del anclaje Area sobre el suelo • S S

Figura Nº 35 Determinación de la ubicación del área de cimentación.

Cimentación típica para máquinas centrífugas.

Figura Nº 36. Esquema de una cimentación típica para máquinas centrífugas. Características: 1. Cimentación pesada. 2. La base al nivel del piso. 3. Los pedestales son diseñados como vigas continuas a partir de la base 4. Podríase diseñar las bases independientes hasta A – B y C – D pero es aconsejable

como una unidad. 5. La máquina se sentará sobre el cemento sin relleno. 6. Los lados inclinados mejoran la apariencia y refuerza las bases del pedestal. 7. Los lados son verticales.