DISEÑO DE UN PUENTE GRÚA CON CAPACIDAD DE LEVANTAR UNA TONELADA DE PESO PARA LA EMPRESA GILBERAUTOS S.A.S
JHON SEBASTIAN AGUIRRE SIERRA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA
DISEÑO DE UN PUENTE GRÚA CON CAPACIDAD DE LEVANTAR UNA TONELADA DE PESO PARA LA EMPRESA GILBERAUTOS S.A.S
JHON SEBASTIAN AGUIRRE SIERRA
Trabajo de grado para optar por el título de tecnólogo mecánico
Tutor: Oswaldo Pastrán Beltrán Ing. mecánico
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN MECÁNICA BOGOTÁ
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 13
ALCANCE 15
1.OBJETIVOS 16
1.1 OBJETIVO GENERAL 16
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 16
2. NORMAS Y GUÍAS 17
3. IDENTIFICACIÓN DE LA NECESIDAD 18
3.1 RECONOCIMIENTO Y DIMENSIONAMIENTO DEL ENTORNO 18
3.1.1 CAPACIDAD DE CARGA NETA 19
3.1.2 ALTURA 19
3.1.3 DESPLAZAMIENTO TRANSVERSAL (ANCHO DE LA BODEGA) 19 3.1.4 DESPLAZAMIENTO LONGITUDINAL (LARGO DE LA BODEGA) 19
3.1.5 DISTANCIA ENTRE APOYOS 20
3.2 INVESTIGACIÓN PRELIMINAR 23
3.2.1 PUENTE GRÚA 23
3.2.2 VIGAS CARRILERAS 23
3.2.3 VIGA TESTERA 24
3.2.4 VIGA PRINCIPAL 24
3.2.5 LUZ 24
3.2.6 CAPACIDAD DE CARGA NOMINAL 25
3.2.7 CAPACIDAD DE CARGA NETA 25
3.2.8 TROLLEY O CARRO DE TRASLACIÓN 25
3.2.9 MECANISMO DE ELEVACIÓN O POLIPASTO 25
3.2.9.1. Polipasto monorraíl 26
3.2.9.2 Carro polipasto 27
3.3 TIPOS DE PUENTE GRÚAS 28
3.3.1 GRÚAS PUENTE MONORRAÍLES 28
3.3.2 GRÚAS PUENTE BIRRAÍLES 28
3.3.3 PUENTES GRÚAS SUSPENDIDOS 29
4.POSIBLES DISEÑOS QUE SATISFACEN LAS ESPECIFICACIONES DE
DESEMPEÑO 37
4.1 DISEÑO 1. PUENTE GRÚA MONORRAÍL SUSPENDIDO 37
4.2 DISEÑO 2. PUENTE GRÚA SEMIPÓRTICO 39
4.3 DISEÑO 3. PUENTE GRÚA MONORRAÍL RETRÁCTIL 40
4.4 DISEÑO 4. PUENTE GRÚA MONORRAÍL RETRÁCTIL CON LA VIGA
PRINCIPAL PARALELA A LOS APOYOS 42
5. SELECCIÓN DE DISEÑO CON EL USO DE UNA MATRIZ DE DECISIÓN 44
6. INGENIERÍA DEL PROYECTO 46
6.1 MATERIALES 46
6.1.1 ACEROS ESTRUCTURALES 46
6.1.2 ACERO A-36 47
6.1.3 ACERO A-572 G 50 48
6.1.4 ACERO A-992 49
6.2 MECANISMO DE ELEVACIÓN (POLIPASTO) 50
6.3 PERFILES LAMINADOS EN CALIENTE 56
6.3.1 VIGA IPE 56
6.3.2 VIGA IPN 57
6.4 VIGAS TESTERAS 59
6.5 BOTONERA 62
7. DISEÑO DE ELEMENTOS NO ESTANDARIZADOS 63
7.1 ECUACIONES 63
7.2 FACTOR DE SEGURIDAD 67
7.3 VIGA DE CARGA RETRÁCTIL 67
7.3.1 ESFUERZOS EN LAS ALAS PRODUCIDOS POR EL MECANISMO
DE TRANSLACIÓN 90
7.4 VIGA DE CARGA FIJA 98
7.5 SOPORTE EN LA VIGA DE CARGA FIJA 116
7.5.1 SUJETADORES 116
7.5.2 RUEDAS 121
7.5.3 EJES 126
7.5.4 ESFUERZO EN EL ALA 132
7.5.3 ESPESOR DE PLACA 136
7.6 SOPORTE CON TRACCIÓN EN RUEDAS 148
7.6.1 SUJETADORES 148
7.6.2 RUEDAS 151
7.6.3 ESPESOR DE PLACA 153
7.6.4 EJES 154
7.6.5 ESFUERZO EN EL ALA 158
7.6.6 SOLDADURA 163
7.6.7 TRANSMISIÓN DE POTENCIA 165
7.6.8 DIMENSIONAMIENTO 174
7.6.9 SOPORTE PARA EL MOTORREDUCTOR 176
7.6.10 CHAVETERO 181
7.6.11 BUJES 181
7.6.12 EJES DE RUEDAS CON TRACCIÓN 184
7.6.13 PLACA DE BLOQUEO 185
7.7 PLACA DE CONEXIÓN 187
7.7.1 SUJETADORES 188
7.7.2 ESPESOR DE PLACA 190
7.7.3 SOLDADURA 192
7.8 COLUMNA UBICADA ENTRE LA VIGA FIJA A VIGA TESTERA 196
7.8.1 CÁLCULO DEL TUBO ESTRUCTURAL 197
7.8.2 SOLDADURA 200
7.9 PASADORES DE ESPIGA 204
7.10 ALA INTERIOR EN LAS VIGAS 207
7.10.1 ALA INTERIOR EN LA VIGA DE CARGA FIJA 207
7.10.1.1 LONGITUD 208
7.10.1.2 SOLDADURA 210
7.10.2 ALA INTERIOR EN LAS VIGAS CARRILERAS 213
8. TABLA DE COSTOS 215
9. MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL PUENTE GRÚA 217
10. ANIMACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL PUENTE GRÚA RETRÁCTIL 218
11. CONCLUSIONES 225
LISTA DE TABLAS Tabla 1. Especificaciones de desempeño.
Tabla 2. Dimensiones de algunos vehículos reparados por la compañía. Tabla 3. Elementos requeridos para el diseño 1.
Tabla 4. Elementos requeridos para el diseño 2. Tabla 5. Elementos requeridos para el diseño 3. Tabla 6. Elementos requeridos para el diseño 4. Tabla 7. Matriz de decisión QFD.
Tabla 8. Matriz de decisión.
Tabla 9. Propiedades del acero A-36 y A-572 G 50.
Tabla 10. Propiedades mecánicas de los diferentes grados del acero A-572. Tabla 11. Comparación de aceros estructurales propuestos.
Tabla 12. Características de un polipasto eléctrico suspendido por gancho. Tabla 13. Dimensiones de un polipasto eléctrico suspendido por gancho.
Tabla.14 Características del ensamble de un polipasto P010S con el trolley TE010. Tabla 15. Características del ensamble de un polipasto P010L con el trolley TE010.
Tabla 16. Características relevantes del polipasto monorraíl de altura reducida. Tabla 17. Comparación de algunas características de los perfiles IPE y IPN.
Tabla 18. Características de los modelos de vigas testeras para uso en puentes grúa monorraíles suspendidos.
Tabla 19. Accesorios incluidos.
Tabla 20. Datos de la sección transversal superior al eje neutro de un perfil IPE 300.
Tabla 21. Variables utilizadas para el cálculo de los esfuerzos que produce el trolley en el ala.
Tabla 22. Conversión de la unidad de los esfuerzos a unidades del SI.
Tabla 23. Datos de la sección transversal superior al eje neutro de un perfil IPN 200.
Tabla 24. Grados métricos de aceros para pernos. Tabla 25.Dimensiones de roscas métricas.
Tabla 26. Comparación de ruedas con el perfil seleccionado.
Tabla 27. Variables utilizadas para el cálculo de los esfuerzos que produce el soporte fijo en el. ala.
Tabla 28. Conversión de unidades de los esfuerzos calculados. Tabla 29. Esfuerzos cortantes y fuerzas sobre soldaduras. Tabla 30. Tamaños mínimos de cordón para placas gruesas.
Tabla 31. Variables requeridas para el cálculo de los esfuerzos que produce el trolley en el ala.
Tabla 32. Esfuerzos producidos en el ala de la viga de carga fija. Tabla 33. Modelos de motorreductores para gruas.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Modelo computacional del espacio en donde se realizará el puente grúa Figura 2. Vista frontal con dimensiones básicas
Figura 3. Vista lateral derecha con dimensiones básicas Figura 4. Área de operación del puente grúa
Figura 5. Uso de varios puente grúas monorraíles en una nave industrial Figura 6. Ubicación de las vigas en un puente grúa monorraíl suspendido Figura 7. Polipasto monorraíl
Figura 8. Trolley o Carro de traslación monorraíl para uso con polipastos suspendidos por gancho
Figura 9. Polipasto eléctrico de cadena suspendido por gancho Figura 10. Carro birrail con polipasto
Figura 11. Puente grúa monorraíl Figura 12. Puente grúa birraíl
Figura 13. Puente grúa monorraíl suspendido
Figura 14. Puente grúa retráctil realizado por la compañía Ingeval Figura 15. Grúa semipórtico
Figura 16. Motor diesel soportado por la estructura existente en la compañía Figura 17. Dimensiones del motor de un chevrolet swift
Figura 18. Vista frontal de un Chevrolet Sonic LT que se encuentra sin motor Figura 19. Vista de un Chevrolet Sonic sin motor
Figura 20. Vista de perfil de camioneta Nissan NP300 Frontier en reparación Figura 21. Vista frontal de Ssangyong Actyon
Figura 22. Ubicación del motor de Nissan NP300 Frontier Figura 23. Modelo computacional del diseño 1
Figura 24. Modelo computacional del diseño 2 Figura 25. Modelo computacional del diseño 3 Figura 26. Modelo computacional del diseño 4
Figura 27. Gráfica esfuerzo- deformación de los aceros A-36 y A572 G 50
Figura 28. Características de un trolley eléctrico para polipastos suspendidos por cable
Figura 29. Polipasto Hyundai monorraíl de altura reducida Figura 30. Perfil IPE
Figura 31. Perfil IPN
Figura 32. Modelo de viga testera para uso en puentes grúa de tipo monorraíl suspendido
Figura 33. Dimensiones de los modelos de vigas testeras para uso en puentes grúa monorraíles suspendidos
Figura 36. Disposición de las vigas cuando la viga retráctil no está desplazada. Figura 37. Disposición de las vigas cuando la viga retráctil se encuentra desplazada por completo.
Figura 38. Diagrama de cuerpo libre de la viga retráctil con la carga ubicada en uno de sus extremos; cuando no se encuentra desplazada con respecto a la viga de carga fija.
Figura 39. Diagrama de cuerpo libre de la viga retráctil desplazada por completo, con la carga ubicada en el extremo en voladizo.
Figura 40. Diagramas de fuerza cortante y momento flector para la viga con las carga ubicada en el centro de la misma.
Figura 41. Diagramas de fuerza cortante y momento flector de la viga retráctil con la carga ubicada en un extremo de la misma.
Figura 42. Sección transversal de la viga de carga fija que permite calcular el esfuerzo cortante máximo.
Figura 43. Diagramas de fuerza cortante y momento flector de la viga retráctil desplazada por completo con la carga ubicada en un extremo de la misma.
Figura 44. Disposición de las reacciones y la carga del caso (g) expuesto en el anexo F.
Figura 45. Ubicación de los puntos críticos en un perfil comercial.
Figura 46. Diagrama de cuerpo libre de la viga de carga fija sin ubicar las cargas. Figura 47. Diagrama de cuerpo libre de la viga de carga fija con las reacciones generadas por la viga retráctil cuando esta se encuentra desplazada por completo y con la carga en el extremo en voladizo.
Figura 48. Sección transversal de la viga que permite calcular el esfuerzo cortante máximo.
Figura 49. Diagrama de fuerza cortante y momento flector de la viga de carga fija cuando la viga retráctil se desplaza por completo y se ubica la carga en el extremo en voladizo.
Figura 50. Diagrama de cuerpo libre de la viga de carga fija cuando la viga retráctil no se desplaza y se suspende la carga en su centro.
Figura 51. Diagrama de fuerza cortante y momento flector para la viga de carga fija cuando la viga retráctil no se encuentra desplazada y la carga se ubica en su centro.
Figura 52. Diagrama de cuerpo libre de la viga de carga fija cuando la viga retráctil no se encuentra desplazada pero suspende la carga en uno de sus extremos. Figura 53. Diagrama de fuerza cortante y momento flector de la viga de carga fija cuando la viga retráctil no se desplaza pero suspende su carga en uno de sus extremos.
Figura 54. Disposición de los agujeros para los pernos en el ala de la viga de carga fija (perfil IPN 200).
Figura 55. Dimensiones del espacio que pueden ocupar las ruedas.
Figura 57. Altura requerida de un trolley mecánico.
Figura 58. Características de una rueda fabricada con poliamida.
Figura 59. Características de una rueda de acero mecanizado para riel de grúa con una pestaña.
Figura 60. Características de una rueda de acero sólido. Figura 61. Ruedas de acero sólido.
Figura 62. Disposición del eje en el soporte fijo.
Figura 63. Diagrama de cuerpo libre de los ejes del soporte fijo.
Figura 64. Concentradores de esfuerzo para un eje sometido a flexión. Figura 65. Soldaduras de chaflán.
Figura 66. Distancia desde el ala inferior de la viga de carga fija hasta el ala superior de la viga de carga retráctil.
Figura 67. Vista inferior del soporte.
Figura 68. Vista lateral del soporte con sus respectivas dimensiones. Figura 69. Vista frontal del soporte con sus respectivas dimensiones. Figura 70. Vista superior del soporte fijo.
Figura 71. Ubicación de los agujeros en el ala de la viga de carga retráctil.
Figura 72. Monobloque de acero mecanizado color gris para riel de grúa con una pestaña.
Figura 73. Disposición del eje cuando se encuentra acoplado al bastidor del soporte y a la ruedas del soporte móvil.
Figura 74. Diagrama de cuerpo libre de los ejes del soporte móvil.
Figura 75. Vista lateral de la viga de carga retráctil en donde se ubican los topes que limitan al mecanismo de translación (trolley).
Figura 76. Diagrama de cuerpo libre de las ruedas del soporte.
Figura 77. Diagrama de cuerpo libre de los engranajes que conforman la transmisión de potencia del soporte.
Figura 78. Vista frontal del soporte móvil Figura 79. Vista lateral del soporte móvil Figura 80. Vista superior del soporte móvil
Figura 81. Dimensiones del motor que se utilizara en el soporte Figura 82. Soporte para el motor
Figura 83. Diagrama de cuerpo libre de los soportes que tienen tracción
Figura 84. Vista preliminar de las placas que se soldaran a la viga de carga fija para realizar la sujeción con las vigas testeras.
Figura 85. Ubicación de la placa de conexión en uno de los extremos de la viga de carga fija.
Figura 86. Vista posterior del ensamble de las vigas testeras y la viga de carga fija en el modelo computacional de la bodega en donde se indica la diferencia de alturas.
Figura 89. Resistencia mínima de pasadores de espiga al cortante doble.
Figura 90. Punto en el cual la reacción Rb de la viga de carga retráctil tiene un cambio en el sentido de la magnitud.
Figura 91. Vista lateral del ala que se deberá soldar a la viga de carga fija.
Figura 92. Factor geométrico para el análisis de una soldadura sometida a flexión. Figura 93. Vista frontal en donde se aprecia el ala que se le debe soldar a la viga IPE 200 más baja que dispone la compañía Gilberautos S.A.S. como viga carrilera del puente grúa.
Figura 94. Modelo computacional de viga testera TX2-12 distribuida por la compañia Prowinch Colombia S.A.S.
Figura 95. Modelo computacional del trolley TE010 distribuido por la compañia Smart Motion S.A.S.
Figura 96. Modelo computacional del polipasto eléctrico P010S distribuido por la compañia Smart Motion S.A.S.
Figura 97. Modelo computacional del soporte con tracción con el motorreductor de 0.3Kw.
Figura 98. Inicio del ensamble del puente grúa en el modelo computacional de la bodega.
Figura 99. Ensamble final de las piezas que conforman el puente grúa retráctil. Figura 100. Adición de un motor lineal.
Figura 101. Ubicación del motor lineal en una de las vigas testeras. Figura 102. Inicio de simulación.
LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Perfiles estructurales Anexo B. Roscas métricas Anexo C. Tuberia estructural
Anexo D. Geometría para el análisis de las soldaduras
Anexo E. Diagrama de cuerpo libre utilizado para el cálculo de la transmisión de potencia
Anexo F. Fórmulas para deflexión en vigas Anexo G. Fragmento de la norma CMAA#74
Anexo H. Manual de operación y mantenimiento del puente grúa Anexo I. Planos de fabricación
Anexo J. Planos de montaje Anexo K. Cotizaciones
RESUMEN
La empresa Gilberautos S.A.S. dedicada al mantenimiento de automóviles requiere transportar componentes de vehículos que generalmente tienen gran peso-volumen, los cuales se deben trasladar desde un primer nivel a un nivel superior. El cliente busca reducir la posibilidad de que ocurran accidentes laborales e igualmente que se reduzcan los tiempos al realizar esta labor. Con las necesidades y requisitos planteados se opta por realizar el diseño de un puente grúa que se pueda implementar en las instalaciones de la compañía, el cual pueda elevar una carga de una tonelada y que tome como soportes unas estructuras que el ingeniero y gerente de la compañía Andrés Farfán asegura que servirán como apoyos para el puente grúa; utilizando los requisitos básicos del diseño los cuales se centran en generar estructuras que se encuentren en equilibrio (estática), en la selección del material adecuado (resistencia de materiales) y en el uso de criterios de falla (diseño de elementos) que garanticen la seguridad que debe tener toda estructura, en especial una de estas magnitudes. Teniendo en cuenta lo anterior se buscará generar un diseño eficiente, confiable y seguro para la implementación en la compañía. Antes de dar inicio a un posible diseño se deben recopilar las diferentes alternativas que surgen y se debe seleccionar la que contemple todas las necesidades que se solicitan, posterior a esto se seleccionan los componentes estandarizados y se diseñan aquellos elementos que no lo sean y que se requieren para la culminación del diseño general, luego de completar el diseño es importante realizar planos de fabricación y montaje que faciliten el proceso de materialización y puesta en marcha del proyecto por parte de la compañía. De igual forma, es transcendental dotar a los operadores de la estructura con la realización de un manual que detalle la correcta operación y mantenimiento de los diferentes componentes de la estructura. Debido a los altos riesgos que se producen al izar una carga de gran magnitud es importante verificar y validar el funcionamiento de la estructura realizando una simulación computacional en un software de diseño. El trabajo y dedicación que se le otorgará a cada objetivo propuesto del proyecto, concluirá con un diseño de una estructura confiable y segura para los operarios y una estructura eficiente para la compañía.
Palabras clave:
INTRODUCCIÓN
Lo que se busca realizar es el diseño teórico (cálculos estáticos, selección del material y cálculos de diseño) de un puente grúa que requiere un taller especializado en mecánica general automotriz, este taller al prestar diferentes servicios de mantenimiento y/o reparación general, necesita organizar una pequeña bodega de aproximadamente 7 m x 16 m (aprox. 112 m2) para realizar las diferentes labores que exige el mantenimiento y/o reparación de un vehículo (sincronización, reparación motor, latonería, frenos y suspensión, entre otras). El propietario del taller e igualmente de la bodega, en la cual se encuentra el mismo, explica cómo debido al gran hacinamiento que tiene en la primera planta de la bodega, construyó un segundo nivel justo al final de la bodega en donde instaló mesas de trabajo y dirigió las respectivas máquinas y herramientas necesarias para la reparación parcial o completa de un motor, sin embargo esta segunda planta está aproximadamente a una altura de 2.50 m del primer nivel de la edificación, como consecuencia de esto los técnicos se ven obligados a transportar los motores desde el vehículo hasta el espacio destinado para realizar las reparaciones pertinentes (segundo nivel); dentro de lo relatado por el cliente, él argumenta que a la fecha no se cuenta con un equipo óptimo para realizar el respectivo traslado de los motores, esto implica que la salud y la seguridad de los técnicos se pone en riesgo al realizar maniobras que los ubican en riesgo permanente.
Planteada una posible solución al problema de transporte de los motores al interior de la bodega, más específicamente en un área demarcada por el cliente como la zona desde la cual se requiere disponibilidad de un equipo para hacer el respectivo traslado, se comienza analizando una posible estructura que tenga las facultades para realizar las tareas necesarias, esto implica un sistema que brinde tres (3) movimientos en tres (3) direcciones establecidas de todo puente grúa e igualmente que tengan la capacidad de cambiar el sentido de sus respectivos movimientos.
ALCANCE
El principal impacto que conlleva a realizar un proyecto de estos alcances es aliviar tareas y laborales de la industria que comprometen la integridad de personas que deben realizarlas a diario, cada día se ve cómo la tecnología avanza en pro de cuidar la vida del hombre generando recursos que lo coloquen en posiciones seguras y que no sean vulnerables a sufrir un accidente, es por esto que se piensa que proyectos de este tipo sean el punto de partida para nuevos proyectos que puedan implementar las nuevas tecnologías y las que muy seguramente seguirán surgiendo cada día. Por último, se considera que este proyecto sea una base que sirva de apoyo e incentivo a otros estudiantes en la ejecución de proyectos con mayores alcances.
1.OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Diseñar una estructura de tipo puente grúa con capacidad de levantar una tonelada de peso para la empresa Gilberautos S.A.S..
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
❏ Recolectar la información necesaria en donde se evidencian todos los factores esenciales para el desarrollo del proyecto.
❏ Plantear las posibles soluciones que satisfagan las necesidades del cliente.
❏ Escoger la mejor alternativa que satisfaga los requisitos de la compañía y que se pueda implementar en la misma, dando uso a la herramienta “matriz de decisión” QFD.
❏ Seleccionar los elementos estandarizados que serán usados en el proyecto.
❏ Diseñar los componentes que no se encuentran estandarizados y que son primordiales en la estructura.
❏ Elaborar una tabla de costos de materiales.
❏ Dibujar los planos de fabricación y montaje de los mecanismos empleados para la construcción de la máquina, puente grúa.
❏ Elaborar el manual de operación y mantenimiento con los cuales se van a regir los usuarios del taller, es decir, los operarios.
2. NORMAS Y GUÍAS
En este espacio se encuentran algunas de las normas y guías de buenas prácticas que abarcan todo lo relacionado con los puente grúa, algunas de estas son mencionadas en el documento y de igual forma algunas definiciones se tomaron de las mismas.
❏ ASME B30.2 - 2005
❏ ASME B30.11 - 2010
❏ NTP 736: Grúas tipo puente (I): Generalidades.
❏ NTP 737: Grúas tipo puente (II): Utilización y formación de operadores.
3. IDENTIFICACIÓN DE LA NECESIDAD
La compañía Gilberautos S.A.S requiere un puente grúa para izar y transportar componentes de vehículos automotores dentro sus instalaciones.
3.1 RECONOCIMIENTO Y DIMENSIONAMIENTO DEL ENTORNO
Con una visita a la bodega de la compañía se realiza la respectiva recolección de dimensiones que definen el alcance o la zona de operación del puente grúa, se realiza el recorrido en compañía del gerente e ingeniero mecánico Andrés Farfán puesto que desde el planteamiento del proyecto él aseguró que no sería necesario realizar el calculó y diseño de los soportes de la grúa, afirmando que dos (2) vigas IPE que sostienen el tejado en esa área funcionarán como apoyos y/o vigas carrileras (vigas de soporte) para la estructura del puente grúa.
Con el ingeniero se confirmaron diferentes magnitudes de peso y desplazamiento que la compañía requiere y espera obtener cuando el puente grúa se encuentre en operación, entre éstas se encuentra la capacidad de carga y los valores de desplazamiento en cada uno de los movimientos del puente grúa (transversal, longitudinal y vertical); los especificaciones de desempeño se encuentran en la tabla 1.
Tabla 1. Especificaciones de desempeño
Minimos requisitos Magnitud
Capacidad de carga neta Una (1) tonelada (t)
Altura 3.20 metros (m)
Desplazamiento transversal (ancho de
la bodega) 2.9 metros (m)
Desplazamiento longitudinal (largo de la
bodega) 6 metros (m)
Distancia entre apoyos 3.15 metros (m)
3.1.1 CAPACIDAD DE CARGA NETA
Es el valor de carga que la empresa requiere del puente grúa, el ingeniero definió este valor teniendo en cuenta que en el taller solo se realizan reparaciones y mantenimientos a vehículos livianos, se consideró una carga neta puesto que en su magnitud no se tiene en cuenta el peso de componentes como cadenas, guayas, ganchos, grilletes, eslingas u otros elementos que podrían llegar a utilizar los técnicos del área para el izaje de elementos.
3.1.2 ALTURA
Es la dimensión vertical tomada desde el primer nivel de la bodega hasta la parte más alta del segundo nivel (mezzanine), la magnitud de esta dimensión fue tomada en compañía del ingeniero, sin embargo la altura de izaje debe ser mayor puesto que en ésta no se tiene en cuenta la altura máxima que pueden tener las cargas (componentes de los vehículos) y elementos de la infraestructura con los que pudiera haber colisión al momento de transportar las mismas dentro del área de operación.
3.1.3 DESPLAZAMIENTO TRANSVERSAL (ANCHO DE LA BODEGA)
El valor de este desplazamiento fue tomado como una medida simétrica que inicia en el centro del ancho del área demarcada, es decir a aproximadamente 1.5 m de sus extremos, en la magnitud de esta dimensión se tuvo en cuenta la ubicación de los vehículos en la zona de operación e igualmente espacios libres destinados al paso de personal.
3.1.4 DESPLAZAMIENTO LONGITUDINAL (LARGO DE LA BODEGA)
3.1.5 DISTANCIA ENTRE APOYOS
El valor registrado en la tabla fue el resultado de medir la distancia entre los apoyos (vigas IPE) existententes en la bodega, vigas que el gerente de la empresa aseguró que funcionarán como soporte o vigas carrileras para el puente grúa; esta dimensión será relevante en el planteamiento de posibles diseños.
Los anteriores fueron los requisitos que definió la compañía, estos contienen los valores mínimos que debe satisfacer el puente grúa durante su operación; los datos se utilizaron como punto de partida para el planteamiento de diferentes soluciones que se pueden utilizar con el uso de los diferentes tipos de puente grúa.
Figura 1. Modelo computacional del espacio en donde se realizará el puente grúa
Fuente: Autoría propia.
Con el modelo computacional realizado es sencillo delimitar el área de operación del puente grúa e iniciar a plantear posibles alternativas, puesto que en el modelo de la infraestructura se pueden apreciar posibles colisiones o restricciones que puede llegar a tener algún diseño con la misma.
Figura 2. Vista frontal con dimensiones básicas
Fuente: Autoría propia.
Figura 3. Vista lateral derecha con dimensiones básicas
Fuente: Autoría propia
Figura 4. Área de operación del puente grúa.
Fuente: Autoría propia.
3.2 INVESTIGACIÓN PRELIMINAR
3.2.1 PUENTE GRÚA
Es un tipo de grúa utilizada para el izaje y transporte de diferentes elementos que por lo general cuentan con gran peso-volumen, la aplicación de estas grúas es muy amplia, desde empresas dedicadas a la metalurgia, fabricación de elementos de concreto, ensambladoras de automóviles o cualquier industria en donde se tenga que trasladar cargas con alta frecuencia dentro de una bodega o nave industrial. Estas grúas están diseñadas para generar la elevación o izaje de cargas con el uso de un polipasto (mecánico o electromecánico) que se apoya y traslada sobre una o dos vigas denominadas vigas de carga, es así como se completan dos movimientos, uno vertical y uno horizontal, sin embargo las vigas de carga se encuentran apoyadas en otras vigas denominadas vigas carrileras; de igual forma la(s) viga(s) de carga son motorizadas para generar un último movimiento de avance a través del largo de las vigas carrileras.
Figura 5. Uso de varios puente grúas monorraíles en una nave industrial
Fuente: ABUS GRÚAS (2019).
3.2.2 VIGAS CARRILERAS
3.2.3 VIGA TESTERA
La labor de esta viga es desplazar la viga principal a lo largo de toda la viga carrilera hasta un tope o final de carrera.
3.2.4 VIGA PRINCIPAL
Para el caso de los puente grúas monorraíles solo se utiliza una viga sobre la cual se suspende el polipasto, para los puente grúas birraíles se utilizan dos vigas principales que soportan el carro ubicado encima de éstas, el cual transporta al polipasto.
Figura 6. Ubicación de las vigas en un puente grúa monorraíl suspendido
Fuente: Forvis. (04-2019)
3.2.5 LUZ
3.2.6 CAPACIDAD DE CARGA NOMINAL
La capacidad de carga nominal o carga máxima es el valor de carga que puede soportar el puente grúa definida por el diseñador, en esta se tienen en cuenta el peso de todos los elementos y accesorios como ganchos, eslingas, cadenas, cables entre otros; los cuales pertenecen al diseño.
3.2.7 CAPACIDAD DE CARGA NETA
La capacidad de carga neta o carga útil es la magnitud de peso que el puente grúa puede elevar sin tener en cuenta el peso de los accesorios como ganchos, eslingas, cadenas, cables entre otros que podrían llegar a ser utilizados en el izaje de cargas.
3.2.8 TROLLEY O CARRO DE TRASLACIÓN
Es un sistema o dispositivo equipado con ruedas que permiten el transporte de cargas pesadas a través de un sistemas de rieles, el uso de este sistema en los puentes grúa permite el movimiento del polipasto a lo largo de la viga principal; los polipastos que se utilizan para el izaje de cargas pesadas vienen equipados con el trolley, conformando un solo equipo.
3.2.9 MECANISMO DE ELEVACIÓN O POLIPASTO
Es un aparejo de la estructura encargado de izar la carga, esta operación se puede realizar por medio de un proceso mecánico o electromecánico, el mecanismo de elevación debe estar facultado para desplazarse a lo largo de la(s) viga(s) principal(es).
Figura 7. Polipasto monorraíl
3.2.9.1. Polipasto monorraíl
Este tipo de mecanismo es utilizado en puentes grúa del tipo monorraíl, en el izaje de cargas de hasta 10 t, aunque existen diferentes tipos en donde no todos se encuentran limitados al uso en puentes grúas, esto se debe principalmente al tipo de elemento por el cual se suspenden y se apoyan para realizar su operación; sin embargo los utilizados en puentes grúas monorraíl pueden elevar cargas con operación mecánica o electromecánica soportados sobre un sistema con ruedas denominado trolley el cual permite el acople a la viga principal y su desplazamiento sobre la misma.
Figura 8. Trolley o Carro de traslación monorraíl para uso con polipastos suspendidos por gancho.
Fuente: TecniYale. (04-2019).
Figura 9. Polipasto eléctrico de cadena suspendido por gancho.
3.2.9.2 Carro polipasto
En estos casos el polipasto se encuentra soportado por una estructura que se apoya en las vigas principales de un puente grúa birrail, esto infiere que su uso se encuentra restringido a sólo este tipo de grúas, su principal ventaja es que al estar ubicado en el centro de las dos (2) vigas permite elevar cargas de hasta 100 t, en la estructura que lo soporta se encuentran acoplados los componentes de izaje y traslación que generan un carro independiente que se desplaza a lo largo de las vigas principales, la robustez y el tipo de accesorios de izaje definen su capacidad de carga.
Figura 10. Carro birrail con polipasto.
3.3 TIPOS DE PUENTE GRÚAS
3.3.1 GRÚAS PUENTE MONORRAÍLES
Es un tipo de puente grúa que utiliza una sola viga de carga o viga puente, es utilizado en industrias que requieren elevar cargas de hasta 10 t con luces de hasta 22 m, lo que lo hace ideal para espacios reducidos, una de las ventajas que tiene este tipo de grúa es el alcance que tiene el polipasto, puesto que en estos casos el polipasto solo se encuentra suspendido de la viga de carga e incorporado en la misma mediante el sistema trolley.
Figura 11. Puente grúa monorraíl.
Fuente: ABUS GRÚAS. (2019).
3.3.2 GRÚAS PUENTE BIRRAÍLES
Figura 12. Puente grúa birraíl
Fuente: ABUS GRÚAS. (2019).
La mayoría de los puente grúa birrailes cuenta con plataformas de mantenimiento y acceso a cada uno de los componentes mecánicos de la estructura.
3.3.3 PUENTES GRÚAS SUSPENDIDOS
Este tipo de puentes grúa es utilizado en bodegas o naves industriales que cuentan con poco espacio para la instalación o montaje de otro tipo de grúa, este tiene como principal ventaja de que las vigas carrileras se apoyan bajo el techo de la estructura y no sobre columnas como en los demás, lo cual permite aprovechar el máximo ancho de la infraestructura, permitiendo utilizar los voladizos que se generan en la viga de carga lo que conlleva a un mayor desplazamiento del polipasto.
Por la forma de sus apoyos este tipo de grúa está limitado al transporte de cargas livianas de hasta 8 t con luces de hasta 10 m.
Figura 13. Puente grúa monorraíl suspendido.
3.3.4 PUENTE GRÚA SUSPENDIDO RETRÁCTIL
Es muy similar al puente grúa suspendido, su particular diferencia y ventaja es que cuenta con una viga de carga retráctil que permite extender la luz del puente grúa, esta particular diferencia le permite alcanzar espacios que se encuentran muy distantes de las vigas carrileras, sin embargo estos tienen la desventaja de poder trasladar cargas de bajo peso.
“Son grúas suspendidas, pero con la ventaja que su viga puente es retráctil, es decir, cuenta con una viga adicional, la cual puede prolongar su recorrido de la luz de los ejes. Su uso más importante es en aplicaciones donde el proceso requiere llevar un producto más allá de los límites del puente grúa” (SIMA, s.f., sistemas de izaje) . 1
Figura 14. Puente grúa retráctil realizado por la compañía Ingeval.
Fuente: Puentes Grúa Ingeval. (2018)
3.3.5 GRÚA SEMIPÓRTICO MONORRAÍL
Este tipo de grúas es utilizado en líneas de ensamble o puestos de trabajo contiguos, contando con relaciones similares a las de un puente grúa monorraíl este tipo de grúas cuenta con una viga estacionaria carrilera, una sola viga de
carga o viga puente y una viga carrilera que se encuentra soportada sobre una estructura que se desplaza a lo largo de una misma dirección, las capacidades pueden llegar a ser de hasta 10 t con hasta 10 m de luz.
Figura 15. Grúa semipórtico.
3.4 DIMENSIONES DE COMPONENTES DE UN VEHÍCULO LIVIANO
Al no contar con características de los componentes que son reparados por la compañía Gilberautos S.A.S, es necesario conocer dimensiones promedio que pueden llegar a tener dichos elementos, los cuales serán las cargas que se desplazarán con mayor frecuencia por el puente grúa que se busca diseñar.
Se pudieron tomar dimensiones a diferentes vehículos, realizando una visita al área destinada para la reparación de motores, en este mismo espacio el puente grúa debe operar y trasladar diferentes componentes mecánicos como motores, cajas de velocidades, diferenciales entre otros elementos; desde los vehículos hasta el segundo nivel (mezzanine) ubicado a 2.50 m del primero.
Figura 16. Motor diesel soportado por la estructura existente en la compañía.
Fuente: Autoría propia.
Figura 17. Dimensiones del motor de un chevrolet swift.
Fuente: Autoría propia.
Al realizar reparaciones a diferentes tipos de vehículos, fue necesario tomar dimensiones a diferentes vehículos que se encontraban dentro del área demarcada en la figura 4, algunos de estos vehículos se encontraban sin motor y otros en proceso de ensamble del mismo, sin embargo se tomaron dimensiones de largo, ancho y alto de los motores de dichos vehículos; la altura fue considerada como la medida desde el suelo hasta la parte superior de estos, puesto que en ese punto se ubican elementos como eslingas, cadenas u otros aparejos utilizados para el izaje.
En la tabla 2 se registraron las dimensiones de diferentes vehículos, reflejando que las camionetas de tipo SUV y Pick-Up (figuras 21 y 20 respectivamente) requieren menor cantidad de cable para el izaje de sus respectivos motores, esto debido a la mayor altura que tienen este tipo de vehiculos con respecto al suelo, sin embargo estos modelos utilizan motores de mayor cilindrada lo que en dimensiones los hace muy superiores a los de un vehículo de tipo sedán.
Figura 19. Vista de un Chevrolet Sonic sin motor.
Fuente: Autoría propia.
Figura 20. Vista de perfil de camioneta Nissan NP300 Frontier en reparación.
Fuente: Autoría propia.
Tabla 2. Dimensiones de algunos vehículos reparados por la compañía.
Vehículo
Dimensiones del motor
Largo (cm)
Ancho (cm)
Alto (cm)
Chevrolet Sonic
LT 50 54 80
Nissan NP300
Frontier 65 60 115
Chevrolet swift 45 58 70
Ssangyong
Actyon 60 80 120
Figura 21. Vista frontal de Ssangyong Actyon.
Fuente: Autoría propia.
Figura 22. Ubicación del motor de Nissan NP300 Frontier.
4.POSIBLES DISEÑOS QUE SATISFACEN LAS ESPECIFICACIONES DE DESEMPEÑO
Para el planteamiento de diferentes alternativas de diseño se tuvo en cuenta toda la información recopilada, partiendo del hecho de que todos los diseños planteados se adaptan en dimensiones y forma a la infraestructura de la bodega que se aprecia en la figura 1 y satisfacen las especificaciones de desempeño exigidas por la compañía, los cuales se encuentran registrados en la tabla 1. De igual forma se descartó el uso de algunos tipos de puentes grúa, debido a que no se adaptan a la infraestructura de la compañía o éstos exceden los requisitos de diseño.
El uso de un puente grúa de tipo monorraíl se descartó por la solicitud del cliente de utilizar las vigas IPE ubicadas en la bodega como apoyos y/o vigas carrileras del puente grúa, debido a que resulta imposible ubicar una viga principal que se ubique sobre estas vigas, ya que sobre éstas descansa el tejado de la edificación y se deberían realizar cambios de grandes proporciones a la infraestructura del lugar; por último se descartó el uso de un puente grúa birraíl puesto que estas estructuras se utilizan para izaje de cargas cuyas magnitudes de peso se encuentran en rangos desde 10 t hasta 100 t, valores que se encuentran muy por fuera de la carga requerida de una (1) t.
Debido a que todos los diseños deben de contar con al menos dos (2) motores eléctricos para generar el desplazamiento de las vigas testeras, éstos se calcularán en su momento y tendrán un espacio dentro de la tabla de costos de materiales, la cual se encuentra planteada como uno de los objetivos de este proyecto, sin embargo en el detalle de las alternativas solo se mencionará la cantidad de motores que se requieren para cada una de éstas.
4.1 DISEÑO 1. PUENTE GRÚA MONORRAÍL SUSPENDIDO
Figura 23. Modelo computacional del diseño 1.
Fuente: Autoría propia
Tabla 3. Elementos requeridos para el diseño 1.
Elemento Trabajo Cantidad
Motor eléctrico Movimiento de vigas testeras 2 Motor eléctrico
(opcional) Movimiento al carro de traslación 1 Polipasto eléctrico
(opcional) Izaje de cargas 1
En la tabla 3 se detallan los elementos estandarizados que se requieren en el diseño 1. Fuente: Autoría propia.
4.2 DISEÑO 2. PUENTE GRÚA SEMIPÓRTICO
Con esta alternativa de diseño se utiliza el tipo de grúa semipórtico en donde solo se usa como apoyo y viga carrilera una de las vigas IPE que se encuentra en la bodega, la viga que se utiliza es la que se encuentra más cerca del suelo, esto evita tener que dar solución a la diferencia de alturas que tienen los dos apoyos debido a la inclinación que tiene el tejado de la bodega.
El diseño debe de contar con la construcción de una estructura que sirva como apoyo a la viga principal, dicha estructura se tendrá que ubicar en el segundo nivel (mezzanine) de la edificación y debe de tener la capacidad de moverse transversalmente al utilizar ruedas motorizadas que se desplacen a lo largo de un riel fijo en el suelo, todo con el fin de satisfacer los movimientos realizados por la viga testera.
Tabla 4. Elementos requeridos para el diseño 2.
Elemento Trabajo Cantidad
Motor eléctrico Movimiento de viga testera 1 Motor eléctrico Movimiento a ruedas de la
estructura 2
Motor eléctrico (opcional) Movimiento al carro de traslación 1 Polipasto eléctrico
(opcional) Izaje de cargas 1
Figura 24. Modelo computacional del diseño 2.
Fuente: Autoría propia
Una ventaja importante que tiene la ejecución de este diseño es que se pueden evitar los grandes voladizos que se generan al utilizar las dos vigas IPE definidas por el cliente, puesto que toda la zona de operación del puente grúa queda por dentro de los apoyos que sostienen la viga principal, sin embargo la principal desventaja es la gran pérdida de espacio que se genera al ubicar una estructura de estos alcances en un área tan pequeña como la del segundo nivel de la edificación.
4.3 DISEÑO 3. PUENTE GRÚA MONORRAÍL RETRÁCTIL
Figura 25. Modelo computacional del diseño 3.
Fuente: Autoría propia
Tabla 5. Elementos requeridos para el diseño 3.
Elemento Trabajo Cantidad
Motor eléctrico Movimiento de vigas testeras 2 Motor eléctrico Movimiento de viga principal
retráctil 1
Motor eléctrico (opcional) Movimiento al carro de traslación 1 Polipasto eléctrico
(opcional) Izaje de cargas 1
En la tabla 5 se detallan los elementos estandarizados que se requieren en el diseño 3. Fuente: Autoría propia.
4.4 DISEÑO 4. PUENTE GRÚA MONORRAÍL RETRÁCTIL CON LA VIGA PRINCIPAL PARALELA A LOS APOYOS
Para el caso de este diseño se ubicarán dos vigas carrileras sostenidas por los apoyos que se encuentran en la bodega, sobre estas dos vigas se suspenderán las respectivas vigas testeras y se concluirá con el ensamble de las dos vigas principales que tiene un puente grúa retráctil; este diseño permitirá la operación del puente grúa en un área mayor a la demarcada por la compañía, sin embargo presenta la desventaja de aumentar considerablemente el valor de las reacciones en los apoyos, al tener que utilizar un gran número de componentes para materializar un diseño de este tipo y de igual forma el uso de este diseño no soluciona el problema de las cargas en voladizo.
Figura 26. Modelo computacional del diseño 4.
Tabla 6. Elementos requeridos para el diseño 4.
Elemento Trabajo Cantidad
Motor eléctrico Movimiento de vigas testeras 2 Motor eléctrico Movimiento de viga principal retráctil 1 Motor eléctrico
(opcional) Movimiento al carro de traslación 1 Polipasto eléctrico
(opcional) Izaje de cargas 1
5. SELECCIÓN DE DISEÑO CON EL USO DE UNA MATRIZ DE DECISIÓN
Para completar el proceso de selección de la mejor alternativa de diseño es necesario desarrollar una matriz de decisión en donde se tengan en cuenta diferentes criterios de evaluación que son relevantes en el diseño de una estructura segura, confiable y eficiente; de esta manera se le dará un factor de ponderación a cada uno de estos criterios definiendo la importancia de cada uno con respecto al tipo de diseño esperado.
Tabla 7. Matriz de decisión QFD.
La matriz de decisión que se muestra en la tabla 8 fue adoptada del libro “Diseño de maquinaria (4ta Ed.), introducción al proceso de diseño, Norton Robert”, en este espacio el autor manifiesta y recomienda una serie de pasos que debe tener el proceso de diseño para obtener el mejor resultado; para lograr los fines de este objetivo pareció conveniente utilizar un diseño similar al de la matriz de decisión que se encuentra como ejemplo en este libro. En la matriz se ubican los diferentes criterios de evaluación en columnas seguidas, con una última que define el rango o valor que tendrá cada diseño al final de la evaluación, en la siguiente fila se ubica el valor de importancia denominado factor de ponderación propuesto para cada criterio; la suma de la ponderación de cada criterio debe completar la unidad (1), por último se ubican los cuatro (4) diseños propuestos y se comienza a puntuar con una escala del 1 al 10 (en donde uno (1) será la calificación más baja y diez (10) la más alta) para cada uno de los diseños propuestos, al concluir con la calificación, ésta se multiplicará por el factor de ponderación correspondiente a cada criterio y se sumarán los resultados para obtener el rango o valor total otorgado a cada diseño.
Tabla 8. Matriz de decisión.
6. INGENIERÍA DEL PROYECTO
6.1 MATERIALES
Luego de conocer la alternativa de diseño, se debe continuar con la selección de materiales adecuados para la materialización del mismo, es por esto que se deben analizar los diferentes tipos de aceros con los que se podrían llegar a fabricar los componentes del puente grúa. Para la selección del material es importante tener en cuenta la eficiencia beneficio-costo que puede llegar a entregar dicho material, es por esto que se debe realizar un proceso de selección de posibles materiales. Al existir diferentes tipos de aceros, en donde cada uno de estos es utilizado en diferentes aplicaciones, es importante centrarse en el tipo de aceros que se utilizan en la construcción de armaduras o estructuras que estén sometidas a cargas y entornos similares al de este proyecto, es por esto que sin indagar demasiado se llega a los aceros estructurales; es conveniente conocer las propiedades mecánicas que tendrán más relevancia en la selección del material, de igual forma factores como las condiciones al medio en que se ubicará la estructura y la facilidad de soldar son puntos claves para la toma de una decisión; las propiedades mecánicas que se tendrán en cuenta serán la resistencia a la tracción, el esfuerzo de fluencia y la ductilidad e igualmente se considera que el acero se desempeñará en un ambiente cerrado que tiene baja humedad, en donde es poco probable que sea afectado por la corrosión o oxidación.
6.1.1 ACEROS ESTRUCTURALES
Los aceros estructurales son usados en diferentes aplicaciones, desde la construcción de edificios, viviendas, partes de vehículos hasta la construcción de puentes y estructuras diseñadas para diferentes fines; la principal característica de estos aceros es que cuentan con diferentes materiales como azufre, silicio, molibdeno, entre otros.
La composición química de estos aceros les permite tener alta confiabilidad de la calidad de los mismos e igualmente contar con propiedades y ventajas mecánicas, como lo son:
❏ Alta resistencia a la tensión y compresión.
❏ Rango elástico amplio.
❏ Facilidad de realizar uniones con soldadura.
Una de las falencias que tienen este tipo de acero es que al entrar en contacto con altas temperaturas las propiedades mecánicas se ven afectadas, de igual forma al estar en contacto con factores como el agua y el viento son susceptibles al óxido y a la corrosión, sin embargo este problema se soluciona con un mantenimiento preventivo en las estructuras.
6.1.2 ACERO A-36
El acero estructural A-36 está conformado por una aleación de hierro-carbono con porcentajes de mínimo 98% y máximo 0.26% respectivamente, a estos aceros se les agregan minerales como manganeso, fósforo, azufre, silicio, entre otros, esto con el fin de aumentar la resistencia y facilitar la soldabilidad del mismo; este acero brinda alta resistencia a esfuerzos de tensión y compresión y su costo es bajo con relación a los demás aceros estructurales.
El acero estructural A-36 es utilizado en diferentes aplicaciones para la construcción en donde puede estar en cables, varillas, mallas e igualmente laminado en diferentes formas.
Tabla 9. Propiedades del acero A-36 y A-572 G 50.
6.1.3 ACERO A-572 G 50
El A572 grado 50 es un acero de alta resistencia y baja aleación que cuenta con la adición de Columbio y Vanadio, componentes que le permiten tener alta resistencia a la fatiga, dureza y alta ductilidad; se utiliza principalmente para la fabricación de estructuras soldadas como puentes, chasises y maquinaria industrial, de igual forma se utilizan como vigas principales y secundarias de mezzanines.
Figura 27. Gráfica esfuerzo- deformación de los aceros A-36 y A572 G 50.
Fuente: Ferrocortes (2017).
Tabla 10. Propiedades mecánicas de los diferentes grados del acero A-572.
Fuente: Ferrocortes (2017).
6.1.4 ACERO A-992
El acero A992 es el más reciente en la lista de aceros estructurales su composición es muy similar a la del acero A572 grado 50 y se le considera una versión mejorada de este debido a que cuenta con una resistencia a la fluencia de hasta 450 MPa (65 Ksi), con un porcentaje de carbono que no supera el 0.47%, por esta característica facilita la soldabilidad y mejora la ductilidad. El principal uso de este acero es en estructuras que requieren altas propiedades mecánicas; el principal moldeado de este acero es en perfiles W.
Luego de mencionar algunos de los aceros estructurales que son utilizados en aplicaciones similares a las de este proyecto, se debe escoger el material adecuado que satisfaga las necesidades y requisitos especificados al inicio de este apartado; para tomar una decisión correcta es relevante realizar una tabla en donde se puedan comparar las propiedades mecánicas que se obtuvieron al investigar cada uno de los aceros.
Tabla 11. Comparación de aceros estructurales propuestos.
A-36 A-572 G 50 A-992
Ksi Mpa Ksi Mpa Ksi Mpa
Límite de fluencia (σy) 36 250 50 345 50-65 345-450 Resistencia última a la tracción
)
(σu 58 400 65 450 65 450
Alargamiento mínimo %.En
200mm (8in) 20 18 18
Es importante resaltar que el módulo de elasticidad es el mismo para todos los aceros estructurales y su valor es de aproximadamente 200 GPa (29000 Ksi), esto se puede apreciar en la gráfica mostrada en la figura 27, por esta razón esta propiedad mecánica no se tuvo en cuenta en la tabla 11.
Con la comparación de los aceros estructurales realizada en la tabla 11 se escogió el acero A-572 Grado 50 como el material indicado para diseñar los diferentes componentes del puente grúa, esto se debió principalmente por el alto valor de fluencia (σy) que tiene este acero en comparación al acero tradicional A-36, otro punto a favor de este acero es que todas las compañías del sector metalúrgico consultadas consideran que es un material ideal para la elaboración de bastidores, estructuras, vigas, puentes, entre muchos elementos del sector industrial, de igual forma mencionan un alto uso en países como Estados Unidos; el acero A-992 se descarto puesto que fue muy complicado obtener información de éste en compañías nacionales.
6.2 MECANISMO DE ELEVACIÓN (POLIPASTO)
El mecanismo de elevación que operará en el puente grúa está definido en cierta parte por el diseño propuesto, esto infiere a que se deberá utilizar un polipasto monorraíl el cual se transportará a lo largo de la viga retráctil del puente grúa, sin embargo la ejecución de los movimientos no está limitada por el diseño, éstos pueden ser de operación manual como electromecánicos. El polipasto que se seleccione para el diseño debe satisfacer la capacidad de carga neta de una (1) tonelada, valor de carga mínimo requerido por la compañía.
Una de las variantes que puede tomar el mecanismo de elevación para el caso de este diseño, es la posibilidad de acoplar un polipasto suspendido por gancho a un carro de traslación monorraíl justo como se aprecia en las figuras 9 y 8 respectivamente, no obstante es importante seleccionar un mecanismo de elevación que en dimensiones no restrinja en grandes proporciones la altura alcanzada por el puente grúa, esto principalmente por el poco espacio con el que se cuenta en la bodega, es por esto que se debe recurrir a una comparación entre un sistema compacto o el planteado anteriormente.
En la tabla 12 se aprecian las características de tres (3) modelos de polipastos eléctricos suspendidos por gancho que ofrece la compañía Smart Motion S.A.S, estos modelos son utilizados para izar cargas desde 500kg hasta 1 Tn, sin embargo uno de los requisitos de este proyecto es la capacidad de elevar una (1) tonelada de carga, es por esto que solo se analizaran los modelos PE010S y PE010L, estos modelos permiten izar hasta una (1) tonelada de carga, a pesar de ello se diferencian en las potencias de los motores y la velocidad de elevación de la carga factores que se ven directamente relacionados con el peso del mecanismo de elevación.
Tabla 12. Características de un polipasto eléctrico suspendido por gancho.
Fuente: Smart Motion S.A.S (05-2019).
De acuerdo a lo propuesto para la selección del polipasto, en la tabla 13 se muestran las dimensiones de los modelos que se podrían utilizar en el diseño, la dimensión H que se registra en la tabla será la más relevante para la toma de la decisión del tipo mecanismo a utilizar, a esta dimensión se le adicionará la altura que tiene el trolley.
Tabla 13. Dimensiones de un polipasto eléctrico suspendido por gancho.
En la figura 28 se muestran las características técnicas de los modelos de trolleys que se ofrecen para sostener los modelos de polipastos mencionados con anterioridad en la tabla 13, para este proyecto se requiere utilizar el modelo TE010 que se ofrece para acoplar con polipastos de hasta una (1) tonelada de carga, para cada modelo se especifican características como la potencia del motor, anchura de la viga, velocidad de desplazamiento, dimensiones generales y el peso del mismo.
Figura 28. Características de un trolley eléctrico para polipastos suspendidos por cable.
Fuente: Smart Motion S.A.S. (05-2019).
Tabla 14. Características del ensamble de un polipasto P010S con el trolley TE010.
Aparejo
Velocidades de elevación y
traslación (m/min)
Altura (mm)
Altura total (mm)
Peso (Kg)
Peso total (Kg)
Polipasto
P010S 6.6 650
862
61
103 Trolley
TE010 11 o 21 212 42
Tabla 15. Características del ensamble de un polipasto P010L con el trolley TE010.
Aparejo
Velocidades de elevación y traslación (m/min)
Altura (mm) Altura total (mm) Peso (kg) Peso total (Kg) Polipasto
P010L 3.3 670
882
49
91 Trolley
TE010 11 o 21 212 42
En la tabla 15 se calcula la altura y el peso del polipasto P010L al ser ensamblado con el trolley TE010 esto con el fin de poder ser comparado con un polipasto monorraíl. Fuente: Autoría propia.
Es necesario comparar las características de un mecanismo de elevación conformado por el ensamble de un polipasto suspendido por gancho a un trolley y de un polipasto monorraíl (equipo en donde todo se encuentra incorporado), esto con el fin de elegir el sistema de elevación más eficiente para el diseño; los parámetros más relevantes son la altura y el peso del aparejo.
En la figura 29 se pueden apreciar las características de un polipasto monorraíl de altura reducida, este tipo de equipos se utilizan cuando las dimensiones de altura que existen entre el suelo y la estructura del puente grúa se ven limitadas por la infraestructura de la bodega o nave industrial, debido a que el diseño propuesto requiere de dos (2) vigas principales (una de ellas retráctil) es importante seleccionar un mecanismo de elevación que utilice la mínima altura al momento de ser acoplado a la viga principal, es por esto que un polipasto de altura reducida es una opción viable para el uso en la estructura.
Tabla 16. Características relevantes del polipasto monorraíl de altura reducida
Mecanismo de elevación
Velocidad de elevación
(m/min)
Velocidad de translación (m/min) Altura (mm) Altura total (mm) Peso (Kg) Polipasto monorraíl altura reducida 1 Tn
6.7 a 12 13.3 a 24
H - 480
624 210
U - 144
