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DISEÑO DEL SISTEMA DE LIMPIEZA PARA BOCATOMA EN LA ESTACION
DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES PARAÍSO
(ALCANTARILLADO DE CARTAGENA)
EDWIN ENRIQUE BELEÑO GOMEZ
DAVID ANTONIO POLO PACHECO
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR
ESCUELA DE INGENIERÍAS
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
CARTAGENA DE INDIAS D.T. Y C.
2001
DISEÑO DEL SISTEMA DE LIMPIEZA PARA BOCATOMA EN LA ESTACION
DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES PARAÍSO
(ALCANTARILLADO DE CARTAGENA)
EDWIN ENRIQUE BELEÑO GOMEZ
DAVID ANTONIO POLO PACHECO
Proyecto de Grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Mecánico
Director Donald Argüello Vilchez
Ingeniero Civil
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR
ESCUELA DE INGENIERÍAS
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
CARTAGENA DE INDIAS D.T. Y C.
2001
Cartagena, 20 de Octubre del 2000
Señores:
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR.
COMITÉ DE EVALUACIÓN DE PROYECTOS.
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA.
L. C.
Por medio de la presente, se nos permite poner a su consideración, el estudio y aprobación del
proyecto de grado, titulado: “DISEÑO DEL SISTEMA DE LIMPIEZA PARA
BOCATOMA EN LA ESTACIÓN DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES
PARAÍSO (ALCANTARILLADO DE CARTAGENA)” como requisito para optar al
titulo de ingenieros mecánicos.
Agradeciendo de antemano la atención prestada y en espera de su decisión,
Atentamente,
EDWIN BELEÑO GOMEZ DAVID POLO PACHECO
C. C. 73.571.233 de Cartagena. C.C. 72.016.595 de Baranoa.
Cartagena, 20 de Octubre del 2000
Señores:
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR.
COMITÉ DE EVALUACIÓN DE PROYECTOS.
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA.
L. C.
Respetados Señores:
La presente es para manifestarle que a petición de los estudiantes, Edwin Beleño Gomez y
David Antonio Polo Pacheco, de la facultad de Ingeniería Mecánica de su institución, he
decidido aceptar la dirección de su proyecto de trabajo de grado, titulado: “DISEÑO DEL
SISTEMA DE LIMPIEZA PARA BOCATOMA EN LA ESTACIÓN DE BOMBEO
DE AGUAS RESIDUALES PARAÍSO (ALCANTARILLADO DE CARTAGENA)”
Atentamente,
______________________________
DONALD ARGÜELLO VILCHEZ
Cédula de extranjería 211286 de Bogotá
Articulo 105
La Corporación Universitaria Tecnológica de Bolívar se reserva el derecho de propiedad de
todos los trabajos de grado aprobados y no pueden ser explotados comercialmente sin su
autorización.
Nota de aceptación __________________________ __________________________ __________________________ __________________________ Presidente del Jurado __________________________ Jurado __________________________ Jurado Cartagena, 20 de Octubre del 2000
DEDICATORIA
A Dios,
a mis padres, Marlene y José,
porque en todo momento
estuvieron siempre cerca
dándome una voz de aliento
para seguir adelante, por
el gran sacrificio y la
inspiración que son para mi;
a mis hermanos,
Boris y Freddy; por su fuerza
Espiritual y a toda mi familia;
a mi novia, Angelina,
por darme animos en la
finalización de este proyecto.
A mi amigo, Edwin,
por confiar en mí y por
su valioso empeño para
sacar adelante este
proyecto.
David
DEDICATORIA
A Dios, por haberme guiado durante mi
carrera y haberme dado salud necesaria para
terminarla;
A mi mamá Karina, por haber creído en mi
y haberme apoyado en todo momento;
A mi papá Simón, quien siempre estuvo
apoyándome y ayudó a culminar mi carrera;
A mis hermanas, Julie y Yojaira, por su
apoyo y ayuda incondicional;
A mi Esposa, Laine, por su apoyo
incondicional en los momentos difíciles de
mi carrera;
A mi compañero, David por toda la ayuda y
apoyo que me brindó;
A toda mi familia que de una u otra forma
me apoyaron en el transcurso de mi carrera.
Edwin
AGRADECIMIENTOS
Los autores de este proyecto expresan sus agradecimientos a: Justo Ramos, Ingeniero Mecánico, por su valiosa ayuda, sin ella los integrantes de este proyecto no se hubieran juntado. Donald Argüello, Ingeniero Civil, por su valiosa colaboración, aportes y confianza brindada como director de este proyecto. Luis Teheran, Ingeniero Eléctrico, por su valiosa ayuda, gracias a sus bastos conocimientos en el área de la electricidad y la electrónica. José Cerro, Ingeniero Mecánico, una de las personas a quien le agradecemos las bases para el inicio de nuestro proyecto. Roberto Curiel, Ingeniero Eléctrico, por todo su apoyo en el desarrollo de este proyecto. Helmuth Nieto, Ingeniero Electromecánico, por su maravilloso apoyo como jefe y como amigo para que este proyecto se culminará. En fin a todas aquellas personas que de una u otra forma hicieron posible la realización satisfactoria de este proyecto.
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN 16
1. AGUAS DE CARTAGENA. 19
1.1. RESEÑA HISTÓRICA DE AGUAS DE CARTAGENA. 19
1.2. ESTACIONES DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES. 24 1.2.1. Estación de Bombeo Paraíso. 25 1.2.2. Equipos que componen la estación de Bombeo Paraíso. 26 2. AGUAS RESIDUALES. 28 2.1. PROBLEMÁTICA DE LAS AGUAS RESIDUALES DE CARTAGENA. 28
2.2. PLAN DE MANEJO DE LAS AGUAS RESIDUALES DE CARTAGENA. 29
2.3. PROYECTO DE EMISARIO SUBMARINO DE CARTAGENA. 29
2.3.1. Proyecciones para el diseño de Emisario Submarino de Cartagena. 30
2.3.2. Características de las aguas residuales. 31
2.3.3. Proyecto recomendado 33
2.3.3.1. Primera etapa (2005 a 2015) 33
2.3.3.2. Segunda etapa (2015 a 2025) 35
2.3.3.3. Etapa interina 35
2.3.4. Desarrollo del Emisario Submarino de Cartagena 35
3. ESTUDIO DEL IMPACTO AMBIENTAL DEL EMISARIO SUBMARINO DE CARTAGENA. 38
3.1. TERMINOS DE REFERENCIA. 38
3.2. GRUPO CONSULTOR. 38
3.3. OBJETIVOS DEL ESTUDIO DEL IMPACTO AMBIENTAL. 38
3.4. PLAN DE MANEJO AMBIENTAL. 39
3.5. AREA DE INFLUENCIA DEL EMISARIO SUBMARINO DE CARTAGENA. 40
3.6. CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS. 40
4. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. 48
4.1. TRATAMIENTO PRIMARIO. 48
4.2. TRATAMIENTO SECUNDARIO. 49
5. COMPONENTES PRINCIPALES DEL SISTEMA. 50
5.1. MOTORREDUCTORES. 50
5.1.1. Tipos de motorreductores. 51
5.1.1.1. Reductores integrales con base de montaje. 51
5.1.1.2. Reductores montados directamente al eje. 52
5.2. TRANSPORTACIÓN DE SOLIDOS. 54
5.2.1. Selección del transportador. 54
5.2.2. Transportadores de banda. 60
5.3. CABLES METALICOS. 65
6. EQUIPOS PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 75
6.1. REJAS DE BARRAS. 75
6.2. CLARIFICADORES. 77
6.3. SISTEMAS DE FLOCULACIÓN. 78
6.4. EQUIPO COMBINADO. 78
6.5. SISTEMAS DE FLOTACIÓN. 80
7. DISEÑO DEL SISTEMA LIMPIA-REJA 81
7.1. GENERALIDADES 81
7.2. TAMAÑO DE LA REJA 81
7.3. CALCULO DE LA POTENCIA DE ELEVACIÓN DEL RASTRILLO, PORTA-RASTRILLO Y LA CARGA 85
7.3.1. Peso del rastrillo. 85
7.3.2. Peso del porta-rastrillo. 86
7.3.3. Peso de la carga. 86
7.3.4. Fuerza de fricción. 89
7.4. CALCULO DEL TRABAJO. 90
7.4.1. Determinación del trabajo para elevar el sistema. 90
- Trabajo para elevar el rastrillo.
- Trabajo para elevar el porta-rastrillo.
- Trabajo para elevar la carga.
- Trabajo de la fuerza de fricción.
7.5. POTENCIA NECESARIA PARA REALIZAR EL TRABAJO DE ELEVACIÓN DEL SISTEMA. 90
8. SELECCIÓN DEL CABLE Y DISEÑO DEL TAMBOR DE ARROLLAMIENTO. 92
8.1. SELECCIÓN DEL CABLE. 93
8.2. SELECCIÓN DEL TAMBOR DE ARROLLAMIENTO. 96
8.3. SELECCIÓN DEL MOTORREDUCTOR DEL TAMBOR DE ARROLLAMIENTO. 99
9. DISEÑO DEL SOPORTE DEL RASTRILLO Y PORTA-RASTRILLO. 107
9.1. SELECCIÓN DE LOS TUBOS DEL SOPORTE. 107
10. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL SOPORTE. 113
10.1. CALCULOS DE DISEÑO. 113
11. SELECCIÓN DEL TRANSPORTADOR DE BANDA 124 11.1. POTENCIA DEL TRANSPORTADOR. 128
11.2. MAXIMA TENSIÓN DE LA BANDA. 130
11.3. SELECCIÓN DE BANDA Y LAS POLEAS 134
11.4. SELECCIÓN DEL MOTORREDUCTOR DE LA BANDA 141
12. SISTEMA ELECTRICO Y DE CONTROL SEMIAUTOMATICO 148
13. MANUAL DE MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE LIMPIEZA 150
13.1. MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y PREDICTIVO 150
13.2. INSTRUCCIONES DE LUBRICACIÓN 152
13.2.1. Reductores de velocidad 153
13.2.2. Motores eléctricos 156
13.2.2.1. Devanados del estator 157
13.2.2.2. Aislamiento 157
13.2.3. Banda transportadora 158
13.2.4. Cable y tambor de arrollamiento 158
13.2.5. Estructura 158
14. EVALUACIÓN ECONOMICA 160
14.1. EVALUACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS. 161
14.1.1. Condiciones generales de evaluación. 161
14.2. ANÁLISIS DE LOS COSTOS. 162
14.2.1. Inversión inicial. 162
14.2.2. Costos por mantenimiento. 162
14.2.3. Costos por reemplazo. 163
14.2.4. Costos por operación 164
14.3. EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LAS ALTERNATIVAS. 167
14.3.1. Evaluación alternativa 1. 168
14.3.2. Evaluación Alternativa 2. 170
14.4. COMPARACIÓN DE RESULTADOS. 172
15. CONCLUSIONES 173
BIBLIOGRAFIA 175
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Características de las aguas residuales en la ciudad de Cartagena. 31
Tabla 2. Características de Contaminantes Clase III (metales pesados) en sedimentos de Ciénaga de Tesca. 32
Tabla 3. Codificación para características de materiales. 57
Tabla 4. Propiedades de los cables metálicos. 95
Tabla 5. Factores de seguridad ν y coeficientes k y c. 97
Tabla 6. Dimensiones de las ranuras de los tambores. 98
Tabla 7. Motorreductor del tambor de arrollamiento. 101
Tabla 8. Factores de servicio dependiendo de la clasificación de las cargas 104
Tabla 9. Factor equivalente HP/100 RPM. 104
Tabla 10. Medidas y especificaciones del acople. 106
Tabla 11. Resultados obtenidos con diferentes diámetros de tubos. 109
Tabla 12. Resultados de pruebas para diferentes diámetros de tubos. 117
Tabla 13. Resultados de los cálculos de esfuerzos para diferentes diámetros de tubo. 123
Tabla 14. Fluidez del material. 125
Tabla 15. Máxima velocidad recomendada para bandas transportadoras. 125
Tabla 16. Velocidades de banda. 127
Tabla 17. Capacidad de la banda a 100 pies por minuto. 129
Tabla 18. Factor para hallar la potencia de manejo de la banda transportadora sin carga. 129
Tabla 19. Factor para hallar la potencia para mover horizontalmente la carga a 100 TPH. 131
Tabla 20. Factor de manejo. 131
Tabla 21. Peso promedio de la banda por pie de longitud. 133
Tabla 22. Espacio recomendado entre los rodillos locos de la banda transportadora 133
Tabla 23. Especificación de banda estandar según RMA. 135
Tabla 24. Número mínimo de pliegues para soportar la carga. 135
Tabla 25. Número máximo de pliegues para soportar la carga. 135
Tabla 26. Espesores de las capas por encima y por debajo de la banda. 137
Tabla 27. Diámetro mínimo recomendado para las poleas de la banda. 137
Tabla 28. Características de las poleas tensora y de descarga. 137
Tabla 29. Especificaciones de los rodillos intermedios o locos. 139
Tabla 30. Especificaciones de los rodillos de retorno. 139
Tabla 31. Motorreductor de la banda transportadora. 142
Tabla 32. Factores de servicio dependiendo de la aplicación de la carga. 146
Tabla 33. Lista de verificación para la instalación y puesta en marcha. 151
Tabla 34. Cantidad aproximada de aceite en litro (# tapón de nivel). 151
LISTA DE CUADROS
pag.
Cuadro 1. Inversión inicial de las alternativas 1 y 2. 165
Cuadro 2. Costos por mantenimiento de las alternativas 1 y 2. 166
Cuadro 3. Costos por reemplazo de las alternativas 1 y 2. 166
Cuadro 4. Costos por operación de la alternativa 1. 167
Cuadro 5. Discriminación de costos para las alternativas 1 y 2. 168
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Elementos que conforman la alternativa del proyecto. 34
Figura 2. Fases del desarrollo del plan de manejo de aguas residuales de Cartagena. 36
Figura 3. Grillete para cable de alambres: a)acción de verter zinc fundido en la canasta del grillete; b) grillete terminado. 73
Figura 4. Braga de anillo. 73
Figura 5. Braga de una pierna. 73
Figura 6. Accesorios para cable de alambres: a) grillete de tipo para verter zinc; b) grillete de tipo estampado; c) grillete de tipo de pasador; d) dedal normal. 73
Figura 7. Rejilla de barras limpiada mecánicamente. 76
Figura 8. Clarificador para un depósito rectangular. 76
Figura 9. Clarificador para un depósito circular. 76
Figura 10. Dispositivo mecánico de floculación. 79
Figura 11. Clarificador de sólidos de contacto. 79
Figura 12. Posición de la reja. 82
Figura 13. Posición del rastrillo y portarastrillo con respecto a la reja. 87
Figura 14. Triángulo que se forma entre la reja y el rastrillo. 87
Figura 15. Diagrama de Cuerpo Libre y Sistema de coordenadas. 89
Figura 16. Diagrama de cuerpo libre del sistema de limpieza. 93
Figura 17. Medidas representativas del motorreductor del tambor de arrollamiento. 102
Figura 18. Medidas del acople entre el motorreductor y tambor de arrollamiento. 106
Figura 19. Cargas aplicadas a un solo tubo del sistema de limpieza. 107
Figura 20. Medidas de longitud del tubo. 108
Figura 21. Diagrama de fuerzas aplicadas a los tubos. 108
Figura 22. Diagrama de las componentes de las fuerzas que actúan sobre los tubos. 108
Figura 23. Diagrama de carga. 110
Figura 24. Diagrama de cortante. 110
Figura 25. Diagrama de momento. 110
Figura 26. Esquema de la estructura de soporte del sistema. 114
Figura 27. Diagrama isométrico de cuerpo libre de la estructura soporte. 114
Figura 28. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte . 115
Figura 29. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte. 116
Figura 30. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte. 116
Figura 31. Diagrama de carga. 116
Figura 32. Diagrama de momento. 116
Figura 33. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte. 117
Figura 34. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte. 118
Figura 35. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte. 119
Figura 36. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte. 121
Figura 37. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte. 121
Figura 38. Diagrama de cortante. 122
Figura 39. Diagrama de momento. 122
Figura 40. Estructura soporte de la banda transportadora con sus componentes. 140
Figura 41. Medidas representativas del motorreductor de la banda transportadora. 144
Figura 42. Medidas del acople entre el motorreductor y la banda transportadora. 147
Figura 43. Diagrama de control de los motorreductores, del tambor de arrollamiento y banda transportadora. 149
Figura 44. Posiciones de montaje para los motorreductores ASSI. 154
Figura 45. Números y posiciones de los tapones de aceite para motorreductores ASSI. 155
Figura 46. Números y posiciones de los tapones de aceite para motorreductores ASSI. 155
LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Planos de montaje del sistema de limpieza.
RESUMEN
El objetivo principal del proyecto es diseñar un sistema de limpieza en la bocatoma de la
Estación de Bombeo de Aguas Residuales PARAÍSO de la Empresa Aguas de Cartagena
(ACUACAR).
El proyecto tiene como propósito mejorar los procedimientos que se utilizan actualmente para
la limpieza de la bocatoma de entrada a la estación Paraíso, así como también la adquisición de
experiencias y conocimientos en el manejo de la tecnología existente en el ámbito industrial,
que es finalmente donde se desarrollarán como personas y como profesionales los ingenieros
de esta institución.
En el primer capítulo se encuentra una breve reseña histórica de la Empresa Aguas de
Cartagena y su conformación, así como las actividades que realiza. También trata de forma
somera de explicar los diferentes tratamientos que se le realizan al agua para potabilizarla,
seguidamente se explica la ubicación y algunos datos de importancia sobre la estación de
Bombeo Paraíso, y para terminar se nombran los equipos que se encuentran en dicha estación.
En el segundo capítulo se muestra la problemática y el manejo de las aguas residuales de la
ciudad de Cartagena así como algunos datos técnicos. Se explica el proyecto del Emisario
Submarino de la ciudad de Cartagena.
En el capítulo tercero se hace alusión a la parte ambiental, es decir, impacto que causará tanto
el proyecto del emisario submarino como el manejo de desperdicios sólidos como parte de
dicho proyecto por parte del presente trabajo de grado.
En el capítulo cuarto se nombran dos de los tratamientos más primordiales que se le realizan a
las aguas residuales en cualquier empresa, ciudad o estamento que produzca deterioro en
cuerpos de aguas naturales por desecho de residuos sólidos.
En los capítulos quinto y sexto se describen los distintos componentes y clases de
componentes que hacen parte del diseño del sistema de limpieza para la bocatoma de la
estación de bombeo de aguas residuales Paraíso, así como la descripción de equipos utilizados
para el tratamiento de aguas residuales.
En el capítulo séptimo se empiezan a diseñar la reja, se muestran sus dimensiones y
especificaciones, se calcula la potencia de elevación del rastrillo, porta-rastrillo y carga.
El octavo capítulo trata de la selección del cable y del tambor de arrollamiento del mismo, así
como el motorreductor que será utilizado para acoplar al tambor y sus aditamentos.
En los capítulos noveno y décimo se diseñan y seleccionan las partes constitutivas de la
estructura del soporte del rastrillo y porta-rastrillo así como la estructura del soporte.
El capítulo once trata de la selección del transportador de banda con sus respectivos
componentes y especificaciones técnicas, así como de la selección de la estructura que
soportará a la misma.
El capítulo doce describe en forma clara y gráfica el sistema eléctrico y de control
semiautomático que se encargará de dirigir los movimientos sincronizados del sistema de
limpieza.
En el capítulo trece se describe el manual de mantenimiento que se recomienda practicar a la
maquina en general y a las partes que la componen para que su durabilidad y funcionamiento
no se vean comprometidas por daños que se puedan prevenir.
Finalmente el capítulo catorce, se presenta la evaluación económica de las posibles alternativas
para la solución del problema. Las alternativas que se trabajan son la de operar con el equipo
en el estado, las condiciones y procedimientos actuales, y la alternativa de hacer la inversión en
la maquina que se diseñó en el presente proyecto de grado, acarreando esto beneficios en
cuanto a costos de mantenimiento y costos por reemplazos de las piezas que constituyen el
equipo.
INTRODUCCIÓN
En estos últimos años se ha venido observando un crecimiento gradual pero constante de la
Ciudad de Cartagena de Indias en lo que se refiere al número de habitantes inmigrantes que
provienen de las zonas aledañas, esto a consecuencia de la situación política, económica y
social, por la que esta atravesando el país en estos tiempos, lo anterior lógicamente da como
resultado un crecimiento en la parte física de la ciudad en lo que respecta a la construcción de
viviendas, escuelas, etc.; lo anterior implica que las empresas que se dedican a prestar los
diferentes servicios públicos deban también hacer nuevas acometidas e instalaciones para
poder prestar eficientemente sus servicios a la nueva comunidad.
Uno de esos servicios públicos es el "AGUA", servicio éste que es prestado por la Empresa
Aguas de Cartagena (ACUACAR). En uno de sus procesos, más específicamente el de
recolección y bombeo de aguas residuales, es llevado a cabo por estaciones de bombeo, las
cuales están ubicadas en determinadas zonas de la ciudad, esas aguas residuales contienen en su
interior partículas sólidas en suspensión de diversidad de tamaños, aquellas partículas que
poseen un tamaño igual o mayor a un valor determinado no pueden dejarse pasar hacia las
máquinas que realizan el bombeo del liquido, ya que ocasionarían a las mismas daños de índole
físico, técnico y económico, que lógicamente no le convendrían a la empresa bajo ninguna
circunstancia.
La Empresa Aguas de Cartagena (ACUACAR) carece en la actualidad de un sistema
semiautomático, el cual le permita limpiar la rejilla de acceso de aguas residuales de la Estación
de Bombeo PARAÍSO, de los sólidos que allí se acumulan.
Las partículas sólidas que son retenidas en la rejilla de acceso se acumulan tanto que en
ocasiones algunas de ellas se logran ir al interior de las bombas que impulsan las aguas
residuales dando origen a daños en su interior, aumentando el consumo de electricidad y
provocando sobrecalentamiento en los motores que impulsan las bombas y por ende sacando
de servicio el equipo, acarreando grandes costos de mantenimiento y largos periodos de
tiempo en la limpieza de las respectivas rejillas de acceso.
Diseñar un sistema de limpieza en la bocatoma de la Estación de Bombeo de Aguas Residuales
PARAÍSO de la Empresa Aguas de Cartagena (ACUACAR), con el propósito de mejorar los
procedimientos que se utilizan actualmente, así como también la adquisición de experiencias y
conocimientos en el manejo de la tecnología existente en el ámbito industrial, que es
finalmente donde se desarrollarán como personas y como profesionales los ingenieros de la
institución es lo que se pretende con esta investigación.
Por otro lado se deberá diseñar el sistema mecánico capaz de limpiar la rejilla de acceso a la
bocatoma de la Estación de Bombeo de Agua Residuales PARAÍSO, en conjunto con el
sistema de transmisión de potencia, el sistema de control semiautomático, el sistema eléctrico,
seleccionar el sistema de transportación de los sólidos arrastrados por la máquina, elaborar el
manual de mantenimiento y operación de los equipos para su optimo funcionamiento y
cuidado, realizar un análisis de costos de inversión del proyecto y finalmente elaborar los
planos de montaje.
Además aplicar los conocimientos adquiridos en el transcurso de la carrera de Ingeniería
Mecánica así como adquirir conocimientos sobre la variedad de maquinas existentes para
realizar esta clase de limpieza.
El alcance inicial del presente diseño es local, pero con la posibilidad de extenderse a nivel
nacional y porque no a nivel internacional por ser una solución a este tipo de problemas.
Las limitaciones de este proyecto son debidas principalmente a los altos costos, es por eso que
este proyecto sólo será un diseño y no contará con la construcción ni el montaje por parte de
los creadores, sino por parte de la empresa interesada.
Aguas de Cartagena pretende seguir prestando un mejor servicio en el manejo de las aguas
residuales de esta ciudad, por lo tanto se hace indispensable y necesario, optimizar el método
de limpieza rústico y manual por un sistema semiautomático.
1. AGUAS DE CARTAGENA
1.1 RESEÑA HISTORICA DE AGUAS DE CARTAGENA
Tras concurso internacional se constituyó la Sociedad Aguas de Cartagena S.A. E.S.P., una
empresa mixta de servicios públicos domiciliarios, que asumió el manejo de los sistemas de
acueducto y alcantarillado de la Ciudad de Cartagena de Indias, el 25 de junio de 1995. Esta
organizada bajo la modalidad de Sociedad Anónima, con fundamento en la Ley 142 del 11 de
Noviembre de 1994 y en cumplimiento del acuerdo 05 emanado del Concejo de Cartagena.
En su composición accionaria participa el Distrito, que tiene el 50%; el socio operador, La
Sociedad General de Aguas de Barcelona (Grupo Agbar), con el 44.81% y el sector privado, el
5.19% restante.
El socio-operador Agbar posee una experiencia superior a los 125 años en el manejo de cerca
de 600 acueductos en más de 70 poblaciones de Europa y América Latina.
Han transcurrido más de cuatro años de gestión de servicios, lográndose el mejoramiento
continuo del acueducto y alcantarillado; la recuperación y crecimiento de la infraestructura; una
buena calidad de agua y la gestión permanente de capacitación y desarrollo de su personal.
Hoy, la empresa atiende a más de 100.000 usuarios del servicio de acueducto y alcantarillado.
Desde que Aguas de Cartagena opera el acueducto logró aumentar la producción de agua diaria
en la Ciudad.
En cuanto al Grupo AGBAR, la vocación en la gestión del agua, es un hecho constatado a lo
largo de su trayectoria, a partir la constitución de su sociedad matriz, Sociedad General de
Aguas de Barcelona, S.A., hace 128 años.
Como respuesta a las necesidades originadas en España relativas a la gestión del agua de sus
municipios, se fueron constituyendo en nuestro grupo, diversas sociedades especializadas en
tres actividades fundamentales: LA GESTIÓN DEL AGUA POTABLE, el TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES y, por último, la actividad de la GESTIÓN TÉCNICA DEL
ALCANTARILLADO, que surge como complemento obligado a la consecución de una
correcta gestión de saneamiento.
La experiencia del Grupo AGBAR le llevó a considerar de forma global la gestión del CICLO
INTEGRAL DEL AGUA, adelantándose a la tendencia que se ha visto refrendada por la
evolución en España de los consumos hidráulicos, de los estándares de calidad para los
servicios de agua y de los compromisos de protección medioambientales. En esta línea, el
Grupo Agbar, ha ido ampliando las actividades de varias sociedades especializadas inicialmente
en alguna de las fases del ciclo integral, hacia una tecnificación global mediante el equipamiento
en medios y la formación del personal en todos sus niveles, sin perjuicio de conservar algunas
sociedades con peculiaridades muy concretas.
ACTIVIDADES DEL GRUPO.
MANTENIMIENTO. Suministro, instalación, asistencia técnica y gestión integral de
instalaciones domiciliarias, industriales y comerciales: electricidad, fontanería, gas, calefacción,
aire acondicionado.
Sistemas de seguridad y equipos contra incendios. Sistemas para edificios inteligentes
cogeneración mantenimiento integral de hospitales, señalización, jardinería interior y exterior.
INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIÓN. Servicios de soporte tecnológico,
instalación y mantenimiento de redes, teleinformática, ordenadores, microinformática, redes de
cajeros automáticos, dispensadores, terminales de punto de venta, equipos de transmisión de
datos, etc. Servicios telefónicos de atención al cliente.
INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN. Consultoría en el campo de la ingeniería hidráulica,
sanitaria y medio ambiental. Ingeniería en instalación de sistemas de automatización, sistemas
de control en el ámbito de los servicios urbanos y protección medio ambiental. Obras
hidráulicas especializadas: Abastecimientos de agua, plantas de tratamiento y depuración,
emisarios submarinos, etc.
RESIDUOS SÓLIDOS. Recogida y eliminación de residuos sólidos urbanos. Servicios de
limpieza varia. Transporte y tratamiento de residuos especiales (industriales y hospitalarios) y
gestión de vertederos. Mantenimiento de superficies ajardinadas. Mantenimiento y
conservación de redes de alcantarillado.
SEGUROS DE SALUD. Producción, gestión y distribución de seguros privados de
asistencia sanitaria, individuales y colectivas, suscritos directamente o en régimen de coaseguro.
AGUA POTABLE. Gestión en el ámbito de la captación, tratamiento, transporte y
distribución de agua potable.
SANEAMIENTO. Gestión en el ámbito de la recolección de agua residual y/o pluvial,
transporte, depuración, reutilización / reciclaje de aguas depuradas, y vertido.
SOCIEDAD GENERAL DE AGUAS DE BARCELONA S.A.
EMPRESA MATRIZ DEL GRUPO. Aguas de Barcelona con más de un siglo en la gestión
del servicio de abastecimiento de agua potable a la ciudad de Barcelona y a municipios de su
entorno metropolitano, mantiene su compromiso de servicio a la colectividad.
Los rasgos que siempre han caracterizado nuestra actividad: La eficacia en las prestaciones, la
atención al cliente y la profesionalidad son el resultado de la atención a las innovaciones que en
los diferentes ámbitos aseguran la correcta gestión de los recursos naturales y la protección del
medio ambiente.
Aguas de Barcelona constituida con una voluntad de servicio a la comunidad incorpora a su
gestión una política de mejora continua de la calidad en el servicio. Igualmente, la protección
del medio ambiente y sobre todo del agua, recurso natural escaso que está configurando los
ámbitos socio económicos mundiales de finales de siglo, preside nuestra actividad.
El desarrollo de nuestra política de protección del medio ambiente se concreta en la
colaboración de nuestra sociedad con los principales estamentos estatales y autónomos y
locales para la promoción y difusión del respeto y a la educación medio ambiental.
GRUPO AGBAR COMO SOCIO OPERADOR. El socio operador de los servicios es la
Sociedad General Aguas de Barcelona, empresa matriz del grupo AGBAR, con amplia
experiencia en manejo de agua potable, saneamiento, residuos sólidos, comercial, informática y
telecomunicaciones, ingeniería y construcción, seguros de salud y mantenimiento, tanto en
España y en el resto del mundo como en Portugal, Cuba, Colombia, Argentina y Chile.
Esta empresa líder en el mercado español, abastece de agua potable a 13 millones y medio de
habitantes y trata las aguas residuales de otros 14 millones.
La participación de AGBAR en las empresas privadas y mixtas implica la operación y
aportación de tecnología y personal especializado.
En 1987 inició una limitada expansión internacional con la creación de la filial Lusagua en
Portugal. En 1993 incursiona en Latinoamérica con una participación protagónica en el
consorcio adjudicatario de la concesión del Gran Buenos Aires. Además de ello, tenía una
pequeña sociedad en Chile y un fuerte deseo de una expansión prudente y no arriesgada en
Latinoamérica.
Su incursión en Colombia es reciente pero con pasos firmes. El proceso es iniciado con Aguas
de Cartagena S.A. E.S.P. Luego asume el manejo del área comercial de la Aguas de Manizales y
posteriormente continuó su exitosa penetración con la empresa Triple AAA, en Barranquilla y
seguidamente se vinculó como operador privado de Metroagua S.A. E.S.P en Santa Marta.
Estas dos últimas ciudades, situadas relativamente cerca a La Heroica.
1.2 ESTACIONES DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES.
El proceso de tratamiento comienza en el momento de la captación, esta se realiza mediante
bombas de gran potencia, desde donde se conduce al agua hasta la planta de tratamiento
recorriendo un trayecto de 45 kilómetros aproximadamente.
La primera fase del proceso se inicia con la adición de químicos, (sulfato de aluminio y otros),
en la etapa denominada FLOCULACIÓN, en la que se consigue que las partículas en
suspensión que le dan turbiedad y color al agua se agrupen formando unos cúmulos
denominados “floc”.
La SEDIMENTACIÓN es el proceso por el cual los flóculos son obligados a depositarse en
el fondo de unas piscinas de sedimentación, este fenómeno se produce por la estructura de los
sedimentadores y por el gran peso de los flóculos. En este proceso el agua elimina el 70% de
sus impurezas biológicas y orgánicas.
En la FILTRACIÓN el agua, clasificada llega a unos filtros compuestos por tres capas, grava,
arena y antracita o carbón, como material filtrante, en esta etapa se le remueven todas las
partículas que no fueron sedimentadas.
Por ultimo en la CLORACIÓN al agua se le añade un desinfectante, el cloro, en forma
gaseosa, que elimina el resto de microorganismos que pudieran quedar en el agua procesada.
El cloro permanece en el agua en forma de cloro residual. Este sirve para oxidar materia
orgánica que pudiera aparecer en las tuberías de distribución o en los tanques de
almacenamiento y previene la aparición y desarrollo de microorganismos.
El agua se distribuye a toda la ciudad a través de la red de distribución, en ella se debe
mantener el agua con la misma calidad con la que salió de la Planta de Tratamiento.
Las diferentes Estaciones de Bombeo de Aguas Residuales están ubicadas en diferentes puntos
estratégicos dentro de la ciudad de Cartagena, estas se encargan de recibir las aguas ya
utilizadas por los usuarios, retirar los sólidos mas grandes que no pueden ser manejados por las
bombas y bombear las aguas hasta otros centros de bombeo que se encuentran más cercanas a
los lugares de vertimiento para su expulsión.
1.2.1 Estación de Bombeo Paraíso. Esta estación se encuentra ubicada en el barrio Villa
Estrella. Para la construcción de la Estación de Alcantarillado Paraíso, fue necesario solicitarla
por licitación pública internacional y nacional, la cual fue adjudicada al CONSORCIO R.M.
CIA. LTDA. Y CONSTRUCTURA GÓMEZ Y SANCHEZ. Esta estación demoró en
construcción aproximadamente dos años debido a muchas anomalías presentadas en ellas,
como fueron el tipo de terreno donde se construyó, el cual es muy fangoso y para poder
construir el pozo donde se encuentran actualmente las bombas, las válvulas, los cheques y el
manifol, fue necesario fabricar unas formaletas en fibra de vidrio, realizar la excavación e
introducir estas, fundir el concreto con acelerante y posteriormente sacar las formaletas,
ocasionando esto que el concreto tomara la forma del suelo a su alrededor y quedaran los
muros deformes y con infiltraciones, inconveniente que se reparó posteriormente.
Esta estación es en la actualidad la más grande que se encuentra en la ciudad de Cartagena, en
lo que se refiere a caudal manejado, fue diseñada para trabajar hasta el año 2025 con los
equipos que esta contiene en la actualidad. Hay fabricado otro pozo de bombas y de válvulas
para futuras instalaciones de estas, el pozo de bombas actuales consta de dos puestos
adicionales para el montaje de dos bombas de la misma capacidad.
El diseño final de las redes de alcantarillado es tal que todas las aguas residuales de la ciudad de
Cartagena, terminaran descargando en la estación de Paraíso.
A la estación de Alcantarillado Paraíso llegan dos colectores uno de dos metros de diámetro y
otro de uno con ochenta metros, los cuales recogen todas las aguas residuales del resto de las
estaciones tanto grandes como elevadoras.
1.2.2. Equipos que componen la estación de Bombeo Paraíso. Esta estación está
constituida por los siguientes equipos mecánicos y eléctricos:
• Tres bombas con una capacidad de 815 L/seg. una cabeza de 14 metros y una potencia de
250 H.P., las cuales tienen un valor de noventa y cinco millones de pesos ($95.000.000.oo),
las cuales son marca ABS distribuidas por la empresa Sterling Fluid Systems (Colombia)
S.A. El motor que las acciona es de 460 voltios, amperaje 240 amperios. Estas bombas
vienen con dos sellos mecánicos instalados en forma tándem el que tiene contacto con el
agua es de caras carburo de silicio vs. carburo de silicio, tanto en la estacionaria como en la
rotativa, y el que se encuentra en contacto con el aceite es de carbón en la rotativa y acero
inoxidable en la estacionaria, estos sellos son monoresortes y son marca BURGMANN
alemanes, el valor de estos sellos es de ocho millones de pesos ($8.000.000).
• Transformador de 1000 Kva. con una protección de sobretemperatura y un seccionador
bajo carga con unos fusibles de 63 amperios 24 kilovoltios. El valor de este transformador
con su celda de protección es de veinte millones de pesos ($20’000.000).
• Cada bomba contiene un breaker, un arrancador suave marca telemecanique y unas
protecciones adicionales para sobrecorriente y sobrevoltaje, con un valor de catorce
millones de pesos ($14’000.000).
• La estación en la parte de fuerza tiene un breaker general diferencial, es decir que puede
captar en un momento dado un bajo de voltaje según como se encuentre programado este,
es de 1600 amperios al igual que otro de 1600 amperios para el barraje y uno de 1000
amperios para la transferencia automática con la planta de emergencia los cuales tienen un
valor total de doce millones quinientos mil pesos ($12’500.000).
2. AGUAS RESIDUALES
2.1 PROBLEMÁTICA DE LAS AGUAS RESIDUALES DE CARTAGENA
En la actualidad la disposición de las aguas residuales de la ciudad de Cartagena de Indias,
caudal 1.7 metros cúbicos por segundo, se lleva a cabo mediante dos sistemas independientes,
sin tratamiento. A la bahía de Cartagena se vierte el 40% del caudal, a través de la red natural
de caños y lagos, varios colectores y mediante un emisario submarino de 0.76 metros de
diámetro, a 22 metros de profundidad. El 60% restante del caudal se vierte a la ciénaga de
Tesca mediante varias descargas y a través de la red de desagües pluviales.
Se denomina ciénaga de Tesca al estuario localizado al norte del casco urbano de Cartagena,
conformado por las ciénagas de Juan Polo al norte y la Tesca o de La Virgen al sur.
Los dos sistemas han causado el deterioro de la calidad del agua, de los recursos marinos y
estuarinos y aún de las playas, puesto que los reservorios tienen grandes limitaciones para la
depuración de las crecientes descargas. La bahía de Cartagena por su condición de abrigo es
más somera y sus aguas más quietas que las del mar Caribe. La ciénaga de Tesca es una laguna
costera extensa, de 22 kilómetros cuadrados, y muy somera, con una profundidad media de 1.3
metros; su comunicación actual con el mar es a través de una bocana que sólo se abre durante
la temporada de lluvias y en los episodios de mares de leva.
2.2 PLAN DE MANEJO DE LAS AGUAS RESIDUALES DE CARTAGENA
Con el objetivo de recuperar la calidad del agua de la bahía, de los caños y lagunas interiores y
de la ciénaga de Tesca, el Distrito de Cartagena desarrolla el plan de manejo de aguas residuales que
contempla las redes de desagües cloacales de las dos vertientes, los sistemas de elevación,
bombeo y transferencia y un emisario submarino de 2850 metros de longitud, con diámetro de
1.970 metros, para disposición de la totalidad de las aguas residuales al mar Caribe, a 20 metros
de profundidad en Punta Canoas, ubicada a 20 kilómetros al norte de la ciudad.
La entidad propietaria del proyecto es Acuacar S.A. E.S.P.
2.3 PROYECTO DE EMISARIO SUBMARINO DE CARTAGENA
Cartagena de Indias, una de las cinco ciudades colombianas más importantes, 750000
habitantes en 1997, es centro turístico, puerto comercial, zona industrial y ha sido catalogada
como Patrimonio Histórico de la Humanidad por sus tesoros arquitectónicos de la época
colonial española.
Los servicios de alcantarillado sirven a sólo el 60% de la población urbana. Las descargas del
sistema actual de la ciudad, con un promedio total de 144000 metros cúbicos por día, van hacia
la bahía interior en un 40% y a la ciénaga de Tesca el 60% restantes. Este hecho ha ocasionado
una notoria degradación de la calidad de agua y afectado a las comunidades residentes en las
orillas de la bahía y de la ciénaga.
Aguas de Cartagena S.A. E.S.P. (ACUACAR), se propone lograr una cobertura en
alcantarillado del 95% de la población urbana para el año 2003.
Para este objeto, se ha elaborado y esta en proceso constructivo un Plan Maestro de
Alcantarillado, iniciado en 1996, con la construcción de la primera etapa que incluye
rehabilitación, ampliación y construcción de conexiones domiciliarias, redes principales,
colectores, tuberías de presión (impulsores) y estaciones de bombeo. De esta manera serán
dotadas de redes amplias zonas de la ciudad, que actualmente no cuentan con el servicio,
especialmente en la zona suroriental. Esta primera etapa se adelanta con recursos provenientes
del Banco Mundial, del Distrito de Cartagena y aportes de la nación.
Adicionalmente se adelanta la construcción de un interceptor de 2 metros de diámetro para
eliminar las descargas múltiples a la ciénaga de Tesca y dirigirlas a la estación de bombeo de El
Paraíso.
El Plan Maestro de be ser complementado con el sistema de tratamiento y transporte de los
efluentes hasta un sitio final que no interfiera con el desarrollo y mejoramiento de la calidad de
vida, con los mínimos efectos ambientales posibles.
2.3.1 Proyecciones para el diseño. El diseño de ha realizado para cubrir, en dos etapas, las
necesidades de 1’058.000 personas en el año 2015 (Etapa I) y 1’295.000 para el año 2025
(Etapa II).
Adicionalmente al crecimiento esperado del casco urbano actual, se contempla la necesidad de
incluir en el proyecto el desarrollo urbanístico de la zona norte de la ciudad, caudal de 36000
metros cúbicos por día adicionales en el año 2025. A partir de dicho año, Cartagena deberá
contemplar otras soluciones para las necesidades suplementarias.
2.3.2 Características de las aguas residuales. Los muestreos de aguas residuales en
diversos puntos de la ciudad, realizados por Acuacar y complementados por Hazen & Sawyer,
arrojaron los valores típicos de aguas de origen doméstico, resumidos en la tabla 1, en lo
relacionado con los contaminantes convencionales de la clase I (nutrientes y material orgánico)
y clase II (patógenos, con los coliformes totales y fecales como indicadores). No se han
realizado muestreos de virus.
Tabla 1. Características de las aguas residuales en la ciudad de Cartagena.
Parámetro Unidades Concentración Condiciones
Promedio Valores de Diseño
Demanda Bioquímica de Oxigeno mg/L 200 275 Sólidos Suspendidos Totales mg/L 225 275 Nitrógeno Total mg/L 65 70 N - NH3 mg/L 40 45 Fósforo Total mg/L 15 18 Grasas y Aceites mg/L 35 35 Coliformes Totales UCF/100mL 109 109 Coliformes Fecales UCF/100mL 108 108
Para contaminantes de clase III (metales pesados), sólo se cuenta con muestras de fondo
béntico, tomadas por Carinsa & Hasckoning (1996) en la ciénaga de Tesca, con los valores
máximos mostrados en la tabla 2.
Tabla 2. Características de Contaminantes Clase III (metales pesados) en sedimentos de
Ciénaga de Tesca.
Metal Cr Cd Cu Zn Ni Pb As Hg
Máxima Tesca
78 9 37 49 90 14 18 -
Media Natural
72 0.2 33 95 52 19 7.7 0.2
Hazen & Sawyer hacen notar que, aunque las concentraciones de metales pesados observadas
son bajas, las muestras probablemente n fueron tomadas en la cercanía de las descargas, donde
pudieran ser más altas.
Tampoco se cuenta con información sobre la presencia en las aguas residuales de Cartagena, de
contaminantes de clase IV (químicos tóxicos o compuestos orgánicos sintéticos). De seis
químicos evaluados en la ciénaga de Tesca (Dieldrín, Aldrín, Endrín, DDT, PCB y HAPN),
tres (PCB y los insecticidas Dieldrín y DDT) exceden los limites establecidos en Holanda
(Carinsa-Hasckoning, 1996). Sin embargo, estas sustancias pueden ingresar a Tesca vía
escorrentía de zonas agrícolas y no vía aguas residuales de Cartagena (Hazen & Sawyer, 1998).
Los valores de diseño presentados en la tabla 1, dan márgenes de seguridad para las
fluctuaciones de los parámetros indicados. Pero será necesario incluir en la monitoría y en el
establecimiento de información antecedente, un programa de detección y medición de los
contaminantes de clases II, III y IV sobre cuya presencia en las aguas residuales de Cartagena
no se tiene certeza.
2.3.3 Proyecto recomendado. Por sus características ambientales, el proyecto debe ser
considerado en la Categoría A (emisario nuevo, en una ciudad mayor de 100000 habitantes).
La alternativa del proyecto, recomendada por Hazen & Sawyer en 1998, consta de los
elementos mostrados en la figura 1.
2.3.3.1 Primera etapa (2005 a 2015). Mejoras en la estación de bombas de El Paraíso.
Instalaciones de militamices y desarenadores para tratamiento preliminar:
• Seis rejillas de militamices rotativas, con posibilidad de instalación futura de dos
militamices más, para remoción del 99% de sólidos en suspensión, más el 30% de los
aceites y grasas.
• Dos cámaras desarenadoras de tipo vórtice, con 52 metros cúbicos de capacidad cada una.
Removerán el 75% de las partículas que pasan el tamiz 140.
Construcción del emisario final, en tubería de 1.83 metros de diámetro interior, en concreto
reforzado sin cilindro (o fibra de vidrio para el tramo terrestre):
• Tramo terrestre: 20850 metros de longitud, utilizará en su gran mayoría servidumbres
existentes.
• Tramo submarino: 2850 metros de longitud, hasta una profundidad de 20 metros.
• Difusor de 500 metros de longitud, con 27 tuberías elevadoras, con dos boquillas de 0.20
metros de diámetro cada una.
2.3.3.2 Segunda etapa (2015 a 2025). Estación de bombeo de transferencia:
• Adición de rejillas rotativas de apertura pequeña.
• Construcción de laguna de regulación aireada de nueve hectáreas, con volumen de 68000
metros cúbicos y aireadores de 200 caballos de potencia.
• Tuberías de conducción de 1.37 metros de diámetro.
2.3.3.3 Etapa interina. Durante el periodo transcurrido entre la entrada en operación de los
colectores (1999) y la puesta en marcha de las obras del emisario (2005), Hazen & Sawyer
recomienda que los efluentes de la vertiente de Tesca se concentren en la estación El Paraíso y
sean vertidos a la ciénaga de Tesca. Para el funcionamiento en esta etapa interina, se requiere
la construcción de 950 metros de tubería de 1.37 metros de diámetro, para descarga en la zona
de Caño Limón. Este depósito temporal deberá ser dragado con periodicidad anual para
mantener la capacidad de recepción de sólidos sedimentables.
2.3.4 Desarrollo del Emisario Submarino de Cartagena. Las fases del desarrollo del
Emisario Submarino de Cartagena y su relación con los demás componentes del plan de
manejo de aguas residuales de Cartagena son (ver figura 2):
1. Ampliación/construcción de las redes colectoras de las cuencas bahía de Cartagena y
ciénaga de Tesca, actualmente en construcción.
2. Modificación de planta de bombeo El Paraíso para incluir tratamiento preliminar
(militamices y sedimentadores de vórtice).
3. Las aguas cloacales de la vertiente de la bahía de Cartagena se concentrarán en la estación
El Bosque y se verterán a la bahía; las de la vertiente ciénaga de Tesca se concentrarán en
la estación de bombeo El Paraíso -ya construida- y se verterán a la ciénaga hasta la
conclusión de las obras del emisario submarino.
4. Una vez se concluyan las obras del emisario se efectuará el trasvase de las aguas cloacales
de la bahía a la cuenca de la Tesca, los vertimientos serán al mar Caribe a 20 metros de
profundidad, al frente de Punta Canoas.
5. Como segunda etapa del plan, se construirá una planta de tratamiento con laguna de
aireación, con el objeto de regular caudales y mantener efectivo el mismo diámetro de
tubería del emisario hasta alcanzar el caudal de diseño del presente proyecto en el año
2025.
3. ESTUDIO DEL IMPACTO AMBIENTAL DEL EMISARIO SUBMARINO DE
CARTAGENA
3.1 TERMINOS DE REFERENCIA
Los Términos de Referencia para el desarrollo del presente estudio fueron preparados por
Cardique (autoridad ambiental regional en cuya jurisdicción se encuentra Cartagena) y por el
Banco Mundial y suministrados al consultor por Acuacar.
3.2 GRUPO CONSULTOR
En Agosto de 1998 Acuacar contrato con la Fundación Neotrópicos de Medellín la
coordinación de todas las actividades requeridas para la formulación del estudio del impacto
ambiental. Neotrópicos conformo un grupo de expertos, tanto colombianos como
extranjeros, con amplia experiencia en la evaluación ambiental de proyectos de desarrollo en
áreas urbanas y periurbanas costeras.
3.3 OBJETIVOS DEL ESTUDIO DEL IMPACTO AMBIENTAL
El presente estudio tiene por objeto la evaluación ambiental de los procesos de construcción y
operación del Emisario Submarino de Cartagena de Indias y el planteamiento de los programas
de manejo ambiental requeridos para minimizar los posibles deterioros ambientales y optimizar
los beneficios derivados del Emisario Submarino de Cartagena de Indias.
3.4 PLAN DE MANEJO AMBIENTAL
El plan de manejo ambiental recomendado, incluye detalles, normativos en su mayoría, sobre
los programas citados a continuación:
1. Programa de reasentamientos. No se prevé la necesidad de reubicar pobladores, puesto
que el tramo terrestre del emisario utilizará en su gran mayoría servidumbres existentes,
pero se indican procedimientos de compra o indemnización de los propietarios de los
predios que puedan requerirse.
2. Plan de manejo ambiental de la construcción. Hace referencia al tramo terrestre. Contiene
criterios para control de polvos, ruidos y olores, seguridad, estética y control de tráfico.
Señala además que no habrá impactos en áreas comerciales ni residenciales. Los impactos
al ecosistema son de poca importancia, reacondicionables y recuperables.
3. Programas de seguridad. Contiene manuales para los contratistas de construcción de
tramos en tierra, seguridad en excavaciones en tierra, seguridad en entradas a espacios
confinados (como plantas de tratamiento) y control de patógenos por contacto con aguas
residuales.
4. Programa de pretratamiento industrial. Consta de guías para elaborar las bases de datos y
algunos elementos legales, técnicos y administrativos para implementar el programa de
control de efluentes industriales tributarios del sistema doméstico de aguas servidas.
5. Programa de monitoreo marino. Para caracterización de línea base y monitoreo durante
operación del emisario (monitoreo del efluente).
6. Programa de control de infiltraciones y conexiones irregulares. A implementarse durante la
segunda etapa del emisario submarino con el fin de evitar problemas de capacidad
hidráulica del emisario submarino y reboses del sistema de alcantarillado de la ciudad.
7. Programa de información pública. Este programa se presenta como una guía para una
eventual acción voluntaria de la empresa, pero no tiene en cuenta la obligación legal de
promover y permitir la participación ciudadana en las instancias de decisión sobre el
proyecto.
3.5 AREA DE INFLUENCIA DEL EMISARIO SUBMARINO DE CARTAGENA
Si bien toda la ciudad de Cartagena es influenciada por los beneficios del Emisario Submarino
de Cartagena, los procesos de construcción y operación del mismo, convergen sobre tres tipos
de áreas: la urbana (margen sur de la ciénaga de Tesca) y periurbana (barra litoral de la Boquilla
y margen este de la ciénaga de Tesca), beneficiada por la conexión de los colectores de aguas
cloacales al emisario y la rural (zona norte, desde la ciénaga de Tesca hasta Punta Canoas) que
solo facilitará la servidumbre para la instalación de la tubería del emisario, esta ultima incluye el
mar Caribe frente a Punta Canoas. Así conforman estas en área de influencia del Emisario
Submarino de Cartagena.
Las diferencias entre estas áreas, respecto al entorno físico y biológico y en especial a las
relaciones entre las comunidades humanas con aquel, determinan una percepción diferente
sobre el proyecto y la ocurrencia de efectos también diferentes.
3.6 CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS
El agua, un bien escaso. El agua es un elemento esencial para la vida humana. Es uno de
los componentes básicos de lo que hemos denominado medio ambiente. Pero aunque es uno
de los elementos más abundantes, no es un don ilimitado de la naturaleza.
Los dos mayores problemas que surgen en torno a las aguas son el abastecimiento y el de la
constante pérdida de calidad.
Actualmente, el agua útil al hombre, es decir, capaz de aplicarse a los usos domésticos,
agrícolas e industriales, se obtiene de las aguas superficiales y corrientes subterráneas. Sólo en
algunos casos se obtiene de la desalinización de las aguas marinas. Se están investigando
nuevos caminos, tales como la obtención de lluvias artificiales o el traslado y fusión de
icebergs. Por el momento no está claro que los beneficios esperados superen los prejuicios
ecológicos que de estos experimentos se puedan seguir.
El aumento del consumo de agua. El consumo actual por persona y día se puede estimar
en una media de 40 a 50 litros, con los que se atienden las necesidades de higiene personal y
usos domésticos. Pero si se contabilizan las necesidades de la agricultura la cifra se eleva a 500
litros, también por día y persona. Pero este consumo crece rápidamente, no sólo por el
aumento del número de los hombres y los progresos de la higiene, sino sobre todo por las
exigencias de las industrias. Las centrales térmicas, acerías, papeleras e industrias químicas
requieren para su funcionamiento grandes cantidades de agua dulce. Cada vez más, las grandes
concentraciones urbanas e industriales se ven obligadas a buscar, más lejos una fuente de
aprovisionamiento de aguas, con el consiguiente aumento de costos.
La mala distribución del consumo constituye un serio problema, pues mientras en unas zonas
se derrocha irresponsablemente, en otras apenas se obtienen los mínimos necesarios. Un
informe reciente de las Naciones Unidas señala que un 30% de la población rural del tercer
mundo no tiene apenas acceso al agua.
Evolución histórica de la contaminación de las aguas dulces. La contaminación del agua
dulce es conocida desde la antigüedad. Una de las diez plagas de Egipto consistía en que el
agua del Nilo se transformara en <<sangre>>. Se dice que en Roma eran frecuentes los
envenenamientos provocados por el plomo de las tuberías que conducían las aguas. Las aguas
de nuestras ciudades medievales eran con gran frecuencia sucias y pestilentes. También las
aguas <<potables>> de países no industrializados albergan numerosos bacilos, microbios y
virus de todas clases.
En la actualidad, el problema más alarmante es la constante pérdida de la calidad de las aguas.
Por calidad entendemos la aptitud para los usos a que se ha venido dedicando en el pasado,
esto es, para la bebida del hombre y de los animales, para soporte de una vida marina sana,
para riegos de las tierras de labor y para usos recreativos.
El problema fundamental es la contaminación de las aguas (ríos, lagos e incluso aguas
subterráneas) debida a la industria y a las necesidades de una población en continuo
crecimiento.
¿ Qué se entiende por agua contaminada ?. La Organización Mundial de la Salud afirma que el
agua está contaminada cuando su composición está alterada de modo que no se conserva las
propiedades que le corresponden en su estado natural. El grado de contaminación se mide por
la denominada demanda bioquímica de oxígeno (DBO o BOD en los autores ingleses). Ha de
tenerse presente que el oxígeno de las aguas se agota más rápidamente que el que se contiene
en el aire atmosférico. Por ello, las bacterias, los protozooarios y la misma trucha compiten
por el oxígeno cuando los elementos nutritivos orgánicos son abundantes. Con otras palabras,
si las sustancias contaminantes agotan el oxígeno disuelto en el agua pueden producir la asfixia
a gran número de seres acuáticos, consumándose una trágica aniquilación de diversas formas
de vida.
Las aguas de ríos y mares han sido - y lo son todavía - consideradas como un medio natural de
evacuación de desechos. Hasta tiempos recientes los ciclos biológicos del agua aseguraban la
reabsorción de tales restos, pero hoy cada vez es mayor la cantidad de materia orgánica no
biodegradable que no puede ser digerida por las bacterias aeróbicas (aquellas que en
condiciones normales mantienen el poder autodepurador del agua).
Origen de los contaminantes del agua. Los principales protagonistas de la contaminación
de las aguas se pueden agrupar, por su origen, en tres apartados:
1. De origen agrícola. En el medio ambiente rural, el uso de plaguicidas y pesticidas tiene
efectos negativos sobre la calidad de las aguas a las que llegan, en virtud de su gran
capacidad de difusión. Pueden alcanzar las aguas fluviales por lixiviación de los suelos o,
también, directamente a través de la atmósfera cuando se trata de pulverizaciones hechas
desde avionetas.
Ya nos hicimos eco de los efectos desastrosos que para peces y aves suponía la
concentración excesiva de insecticidas en las aguas de los ríos y lagos, puesto que son
compuestos químicos que contienen numerosos elementos tóxicos tanto para los animales
como para los hombres.
2. Aguas residuales urbanas. El volumen de estos vertidos aumenta progresivamente con el
crecimiento de la población urbana y con el creciente nivel de vida de gran número de
ciudadanos. Se trata de las aguas procedentes de los hogares, hospitales, escuelas, etc.
Contienen desechos de alimentos, excrementos humanos y otros residuos diversos (lejías,
detergentes, polvos, textiles, etc.). frecuentemente se las conoce con el nombre de aguas
negras, sanitarias o domésticas. La contaminación debida a los detergentes sintéticos que
producían grandes concentraciones de espumas ha disminuido recientemente por la
utilización de compuestos biodegradables. Sus efectos han sido nefastos, pues impedían la
oxigenación de los ríos y contribuían gravemente a convertirlos en cloacas muertas y
pestilentes. Las comunidades acuáticas eran las principales víctimas de sus nocivos
impactos.
3. Contaminantes de origen industrial. Constituyen, sin discusión, la principal fuente de
contaminación de las aguas. Son varios los tipos de industria de incidencia contaminante,
pero los de responsabilidad más alta son las industrias del petróleo, químicas, papeleras,
tintoreras, etc. Los productos vertidos en los distintos tratamientos químicos son muy
diversos, desde cianuros a fenoles y alcoholes. Además las dosis arrojadas han hecho
tristemente célebres las imágenes de miles de peces muertos flotando en aguas infectadas.
Los ríos reciben proporciones crecientes de hidrocarburos, bien por las fugas de los
motores de los barcos fluviales, bien por los residuos que llegan a ellos desde las plantas en
que se tratan esos mismos hidrocarburos. Esta fuente de contaminación tiene
proporciones más alarmantes en las aguas marinas. Pero en ambos casos el resultado es
igualmente grave. Significa la imposibilidad de reoxigenación de las aguas, y lo que es más
tremendo, la difusión en esas aguas de productos tóxicos cancerígenos (es conocido el caso
del benzopireno) que son absorbidos por peces y crustáceos que, finalmente, irán a parar a
estómagos humanos.
Contaminación de las aguas subterráneas. Por desgracia, la contaminación no se limita a
las aguas superficiales. Llega hasta las aguas subterráneas por filtración, a través del suelo, de
muchas sustancias químicas y pesticidas. La contaminación de esta agua es más lenta, pero es
difícilmente reversible debido a la falta de aireación que padecen.
Las principales fuentes de contaminación del mar. El mar en su estado natural tiene una
extraordinaria capacidad depuradora. Los procesos por los que es efectuada esa función son
complejos y pertenecen tanto al orden físico (insolación, acción de las sales, etc.) como a
agentes biológicos (depredadores de bacterias). Durante milenios, los ciclos biológicos
aseguraban la absorción de los residuos y la consiguiente purificación de las masas de agua. El
mar es un medio muy poco favorable para el desarrollo de los microorganismos patógenos.
Pero hoy los residuos depositados por la humanidad (aguas residuales y contaminantes
químicos son los más abundantes) pugnan por impedir la acción de esos mecanismos naturales,
interceptando la necesaria oxigenación o provocando una irremediable asfixia al dispersarse los
aceites en la superficie del mar.
En las zonas costeras, las inmundicias salidas de la tierra firme (aguas residuales y desechos
industriales) conservan y difunden incalculables cantidades de virus y bacilos que ya no pueden
ser neutralizados por las bacterias marinas. De los peligros que para la salud humana suponen
hablaremos más adelante.
Si la contaminación bacteriana es considerable, la contaminación de procedencia química
alcanza proporciones mucho mayores. Podemos señalar tres tipos de contaminación química:
1. En el se acumulan los pesticidas y detergentes arrastrados por los ríos. Estos productos
tóxicos tienen efectos fatídicos principalmente sobre los organismos próximos a las costas.
2. Uno de los factores más graves de contaminación son los vertidos de hidrocarburos. Sus
fuentes son diversas, pudiendo señalarse como las más reincidentes las que siguen:
a) La limpieza en alta mar de los grandes buques-cisterna, que hoy llegan a superar las
trescientas mil toneladas de desperdicios.
b) Las pérdidas habituales de los motores de todos los barcos.
c) Efluentes de las fábricas y refinerías costeras.
d) Los accidentes o las llamadas mareas negras. Con mucha menor incidencia hay que
apuntar también los accidentes que se producen en oleoductos y terminales.
Ha de tenerse en cuenta que esas masas de hidrocarburos pueden ser esparcidas por las
corrientes marinas hasta alcanzar otras zonas geográficamente distantes. También las
mareas y el oleaje lanzan sobre las costas y a lo largo de las playas cantidades considerables
de productos petrolíferos con los consiguientes efectos destructores para peces, crustáceos
y moluscos.
Por esa movilidad es difícil señalar mares contaminados y mares no contaminados por los
hidrocarburos. Las áreas más afectadas por soportar mayor tráfico petrolífero son: el Mar
del Norte, Canal de la Mancha, mares japoneses; pero también al Atlántico (costas
norteamericanas y aguas de Sudáfrica) y el Mediterráneo (éste, empero, recibe una grave
contaminación de otros orígenes.)
Como en los ríos, los hidrocarburos vertidos en los mares son absorbidos en parte por la
flora y fauna marina, transmitiéndose a los consumidores de pescados, crustáceos o
moluscos. En organismos marinos se han encontrado las conocidas propiedades
cancerígenas de los hidrocarburos del tipo benzopireno.
3. La contaminación de las aguas marinas también se ha visto protagonizada por algunos
productos concretos de origen industrial, que han ocasionado efectos catastróficos sobre
algunas poblaciones costeras. Entre estos productos se encuentran diversos compuestos
de metales, como el cobre, cadmio, plomo, cinc, etc. En la historia reciente, el caso de la
población japonesa de Minamata se ha distinguido como uno de los más trágicos. Por ser
suficientemente conocido este envenenamiento, debido a los vertidos de un derivado del
mercurio de una fábrica, no se expondrá con más detalle (Turk, 1973, 132). Pero lo que no
se debe omitir es el hecho de que la muerte legó a varios centenares de habitantes de
Minamata al ingerir pescados y mariscos contaminados con el mortal veneno.
4. TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES
La necesidad de un tratamiento eficaz de las aguas industriales de desecho debe considerarse
como parte integral del proceso de purificación de las mismas.
El método de tratamiento depende de las consideraciones económicas y del grado de
tratamiento necesario. El mejor sistema alternativo para la remoción de los contaminantes se
debe seleccionar sobre la base de estudio de la eficiencia y los costos reales de caso por caso.
Debe reconocerse que un sistema completo puede incluir varios componentes unitarios y que
se necesita un pre-tratamiento antes de un tratamiento terciario.
4.1 TRATAMIENTO PRIMARIO
Se clasifica como tratamiento primario la remoción física o la coagulación química combinada,
y la remoción física de los sólidos de las aguas de desecho, especialmente si estos procesos
están seguidos de un tratamiento biológico. Para retirar el material en suspensión o el material
coloidal coagulado se utilizan unidades de flotación o de gravedad. Los sólidos concentrados
de esta manera pueden tratarse más económicamente por medio del desecho, la incineración o
la degradación biológica.
Generalmente se tratan por separado las aguas aceitosas para retirar el aceite antes de
mezclarlas con otras corrientes de desecho. Se pueden utilizar sustancias químicas para
mejorar la separación por gravedad del aceite, cuando hay emulsiones presentes.
Las corrientes de desecho ácidas o alcalinas deben neutralizarse antes de su descarga o de un
tratamiento secundario.
4.2 TRATAMIENTO SECUNDARIO
El tratamiento secundario se utiliza para reducir los contaminantes orgánicos remanentes
(productos de degradación). Si la calidad del derrame requerido es mayor de la que se puede
obtener por medio del tratamiento biológico se necesita utilizar un proceso terciario para
remover las fracciones degradables con las no degradables.
Los procesos de tratamiento secundario utilizados comúnmente incluyen el proceso del fango
activado completamente mezclado, la aireación esparcida, las lagunas aeróbicas y aireadas, los
filtros de escurrimiento y las charcas de estabilización de desechos facultativos y anaeróbicos.
5. COMPONENTES PRINCIPALES DEL SISTEMA
5.1 MOTORREDUCTORES
Son dispositivos que reducen la velocidad de una unidad impulsora. Los reductores de
velocidad tienen una relación de velocidad fija que no se puede cambiar fácilmente. El término
reductores de velocidad también se aplica para multiplicadores de velocidad según las
consideraciones dadas; una misma unidad se usa para reducir o aumentar la velocidad.
Los elementos necesarios que constituyen un reductor de velocidad dependen del sistema de
lubricación, así:
• LUBRICACIÓN POR SALPIQUE: los reductores de velocidad que utilizan este sistema
de lubricación están constituidos por las siguientes partes; retenedor, tapa superior,
empaquetadura, tubo de ventilación, rodamiento, carcaza superior, eje vertical, perno, pin
para montaje, corona, tornillo, eje horizontal, indicador de nivel de aceite, carcaza inferior,
tapa inferior, disco para salpicar aceite, tapón de drenaje.
• LUBRICACIÓN POR CIRCULACIÓN: estos reductores están compuestos por; carcaza,
eje de entrada, deflector, cojinete, bomba de lubricación, acople, filtro, enfriador, válvula
de alivio, termómetro, manómetro, rodamiento, eje de salida, engranaje, piñón.
• LUBRICACIÓN POR SALPIQUE Y CIRCULACIÓN: los elementos constitutivos de
los reductores de velocidad que hacen parte de este sistema de lubricación son; soporte de
los rodamientos superiores, carcaza superior, tuercas, eje de salida, chaveta, arandela,
empaque, soporte de la corona, corona tren primario, tapa para inspección, rodamientos,
tuberías de circulación de aceite, conectores, tornillos, retenedores, engranajes de tren
secundario, piñón tren secundario, piñón tren primario, perno, o,ring, tapón de drenaje,
tapón de nivel, bomba de lubricación, soporte de la bomba, eje de la bomba, carcaza
inferior, disco para salpique de aceite, pin para montaje, separadores.
Los reductores de velocidad comunes se pueden clasificar bien sea como integrales con base
de montaje, o montados directamente al eje.
Frecuentemente los reductores de velocidad pequeños se combinan con un motor para formar
una sola unidad denominada motor con engranaje reductor, o motorreductor.
5.1.1 Tipos de motorreductores
5.1.1.1 Reductores integrales con base de montaje. Estos reductores se consiguen
con varios tipos de engranajes: helicoidales, doble helicoidal recto, cónicos especiales, cónicos
rectos, sin fin, de espina de pescado y doble envolvente sin fin; pueden usarse individualmente
o en combinaciones. Las disposiciones de ejes de entrada incluyen tipos concéntricos,
paralelos escalonados (vertical y horizontal) y en ángulo recto.
Este montaje se hace de acuerdo a las necesidades que se tengan, pero se debe tener en cuenta
el método de lubricación. Por lo general en posición horizontal se lubrican por salpique, y en
posición vertical por circulación con el fin de poder garantizar la lubricación de los engranajes
y de los rodamientos que se hallan en la parte superior. En este caso el motor debe quedar
montado en la parte de arriba del motorreductor, para evitar que el aceite penetre hasta el
interior del motor y dañe los embobinados, conmutador o carbones, originando su fallo.
En algunos casos reducciones sencillas, dobles o triples ofrecen una gran variedad de
relaciones de reducción.
5.1.1.2 Reductores montados directamente al eje. Este tipo de reductores consiste en
una unidad integral de engranajes montada y soportada por el eje de entrada de la máquina
impulsada. Para prevenir el giro de la envoltura de la unidad, ésta se ancla por medio de un
miembro que resiste el momento torsional.
Estos reductores se consiguen con engranajes helicoidales, de espina de pescado y rectos, en
unidades de reducción sencilla o de varias etapas. El cubo de salida puede ser concéntrico o
paralelo al eje de entrada del reductor.
Estas unidades utilizan cojinetes antifricción tanto para las cargas axiales como radiales y en
todas, los cojinetes y engranajes se lubrican por salpique.
Normalmente los reductores montados directamente al eje se combinan con transmisiones por
medio de correas en V. Combinando las velocidades normales de los motores eléctricos con
las transmisiones de correas en V y las relaciones de los reductores, se obtienen buenos
resultados en cuanto a velocidad, potencia y momento torsional.
La relación de velocidad de los reductores montados al eje, es fija. Los aumentos o
disminuciones de velocidad se obtienen cambiando la relación de la transmisión de correas en
V. Para obtener cambios continuos en la relación de velocidad, se puede instalar a estos
reductores una polea convencional de diámetro primitivo variable.
Los engranajes helicoidales y doble helicoidales, permiten transmitir altas potencias a elevadas
velocidades sin producir demasiado ruido. En las reducciones simples el nivel del aceite debe
ir a la altura del diámetro primitivo del engranaje de mayor diámetro (o máximo, a la altura de
la raíz del diente que ocupa la posición más baja). Los rodamientos de apoyo se lubrican por
salpique (incluyendo el del motor). En motorreductores de reducción múltiple el nivel del
aceite debe estar a la altura del diámetro primitivo del engranaje conducido de mayor diámetro.
Por lo general el rodamiento que está a la salida del motor se lubrica con grasa aplicada con
una pistola engrasadora y se utiliza sellos del tipo de resorte o de doble labio, (retenedores)
para impedir que ésta penetre hasta el reductor y contamine el aceite.
Con engranajes sinfín-corona: se deben emplear en su lubricación aceite de alta viscosidad y
con buenos aditivos de adhesividad. Cuando el tornillo sinfín está en la parte inferior el nivel
del aceite debe llegar hasta el eje del tornillo sinfín. Los rodamientos de apoyo de éste se
lubrican por inmersión, mientras que los de la corona por salpique. Cuando la corona está en
la parte inferior, el nivel del aceite puede estar, máximo, a la altura de la raíz del diente que
ocupa la posición más baja. En este caso por lo general todos los rodamientos se lubrican por
grasa empacada.
5.2 TRANSPORTACIÓN DE SÓLIDOS
5.2.1 Selección del transportador. La selección del transportador correcto para un
material específico en una situación dada, se complica debido al gran número de factores
relacionados entre sí que es preciso tomar en consideración. Primeramente, se deben sopesar
las alternativas entre los tipos básicos y, a continuación, escoger el tamaño y el modelo que
sean adecuados. Las posibilidades de trabajo constituyen el primer criterio, pero se debe
establecer también el grado de perfección en el desempeño.
Puesto que existen diseños normalizados de equipos y datos completos de ingeniería para
muchos equipos comunes de transportadores, su desempeño puede predecirse con exactitud,
cuando se usan con materiales que tengan características conocidas de transportación. Sin
embargo, incluso los mejores transportadores pueden tener un desempeño poco satisfactorio,
cuando las características de los materiales sean desfavorables. Con frecuencia resulta evidente
que la ingeniería de los transportadores es más un arte que una ciencia; los problemas relativos
a equipos o materiales raros o no acostumbrados se deberán abordar con cuidado.
Se pueden adquirir directamente muchos componentes prediseñados para transportadores;
resultan económicos y son fáciles de montar, además de que funcionan bien en las aplicaciones
convencionales (para las que se diseñaron); no obstante, es aconsejable verificar con el
fabricante para asegurarse de que la aplicación sea adecuada.
La capacidad requerida es un factor primordial en la selección de un transportador. Los
transportadores de banda, que se pueden fabricar en tamaños relativamente grandes, para
funcionar a velocidades elevadas, transportan económicamente grandes cantidades de
materiales. Por otra parte, los transportadores de tornillo helicoidal o sinfín se hacen
extremadamente torpes cuando aumenta su tamaño y no se pueden manejar a velocidades
elevadas sin crear problemas graves de abrasión.
Definitivamente la longitud de desplazamiento está limitada para ciertos tipos de
transportadores. Sin bandas de alta resistencia a la tensión, el límite de longitud para los
transportadores de banda puede ser de varios kilómetros. Los transportadores de aire se
limitan a 305 metros; los vibratorios a centenares de metros. En general, conforme aumenta la
longitud del recorrido, la elección entre las alternativas se va haciendo cada vez más estrecha.
La elevación de materiales se puede manejar por lo común en forma más económica mediante
elevadores de cangilones verticales o inclinados, pero cuando se combinan los desplazamientos
ascendentes y horizontales, es preciso tomar en consideración otros transportadores. Las
máquinas que combinan varias direcciones de desplazamiento en una sola unidad resultan casi
siempre más costosas; sin embargo, puesto que sólo requieren una unidad motriz simple, esta
característica compensa con frecuencia el costo básico adicional.
Se deben tomar en consideración las características de los materiales tanto químicas como
físicas; sobre todo la fluidez. También son importantes la capacidad de abrasión, la friabilidad
y el tamaño de los terrones. Los efectos químicos (por ejemplo, el aceite sobre el caucho o los
ácidos sobre los metales) pueden prescribir los materiales estructurales con los que se fabrican
los componentes de los transportadores. Los efectos de la humedad o la oxidación debido a la
exposición a la atmósfera, pueden ser perjudiciales para el material que se transporta y exigir un
cierre total del transportador, o incluso una atmósfera artificial. Evidentemente, algunos tipos
de transportadores se prestan a esos requisitos especiales mejor que otros.
Algunos transportadores pueden satisfacer los requisitos de procesamiento con cambios
ligeros de diseño. Por ejemplo, un transportador de flujo continuo puede proporcionar el
enfriamiento deseado de los sólidos simplemente al poner el material transportado en contacto
directo con metales conductores del calor. A los transportadores vibratorios se pueden
adaptar con facilidad plataformas de cribado, para realizar operaciones simples de clasificación
y selección por tamaños, y existen aspas o carcasas especiales en los transportadores de gusano
helicoidal para una gran variedad de operaciones de procesamiento tales como el mezclado, la
deshidratación, el calentamiento y el enfriamiento.
La tabla 3 es una lista codificada de características de materiales, que se debe usar. Aunque
esas tablas pueden servir como guías valiosas, la selección del transportador se debe basar en
las características del material sobre el transportador. Las condiciones de almacenamiento, las
variaciones de la temperatura ambiente y la humedad, los métodos de descarga y otros factores
pueden afectar las características del transporte. Esos factores se deben tomar en
consideración cuidadosamente, antes de realizar la selección final de un transportador.
Unidades motrices de transportadores. Las unidades motrices de los transportadores
pueden costar de 10% a 30% del costo total del sistema de transporte, dependiendo de las
necesidades específicas de trabajo. Pueden ser del tipo de velocidad fija o ajustable. Las
unidades motrices de velocidad fija se usan cuando la velocidad escogida inicialmente para
el transportador no requiera cambios en el curso normal de la operación. Los cambios simples
de polea o rueda dentada son suficientes cuando se requieran modificaciones ligeras de la
velocidad; sin embargo, para los ajustes importantes se necesitan cambios de motor o reductor
de velocidades. De todos modos, el transportador debe detenerse mientras se realiza el
cambio de velocidad. Las unidades motrices de velocidad ajustable se diseñan para
cambiar de velocidades ya sea en forma manual o automática mientras el transportador se
encuentra en funcionamiento, con el fin de afrontar las variaciones en las necesidades de
procesamiento.
El número de reducciones de velocidad es otro modo de clasificación de las unidades
motrices de transportadores. El más común de los métodos de reducción de velocidad es el
sistema de dos etapas, en donde el motor se acopla a un reductor de velocidad y el eje de baja
velocidad del reductor se conecta al eje impulsor del transportador mediante una cadena o una
banda en V. La segunda reducción no sólo permite el uso de un reductor de velocidad más
sencillo, sino también una disposición más flexible de la placa de montaje del reductor y el
motor. En muchas instalaciones, esto elimina la necesidad de un montaje de la unidad motriz
de diseño especial.
Motores de transportadores. Los motores para la impulsión de transportadores son en
general trifásicos, de 60 hertz, unidades de 220 voltios; 220/440 voltios, 550 voltios; y 208
voltios de cuatro conductores. Son también comunes las clasificaciones nominales de 240 y
480 voltios. Aunque hay muchas unidades motrices de velocidad ajustable que utilizan
motores de inducción de corriente alterna -impulsados mediante alternadores o embragues de
corrientes parásitas impulsados por corriente alterna-, cuando se requiera cambios de
velocidades a lo largo de una gama amplia, con ajustes extremadamente precisos, se prefieren
los motores de corriente continua.
El motor de jaula de ardilla se usa comúnmente con transportadores de banda y con
unidades motrices hasta de 7.457 kilovatios (10 horsepower); por lo común se especifica un
arranque a través de la línea. Los motores de jaula de ardilla de entre 7.457 y 37.285 kilovatios
(10 y 50 horsepower), se ponen en marcha, por lo común, mediante un arrancador manual de
voltaje reducido, o de un arrancador magnético de resistencia primaria. En general se
especifican motores de torsión normal, con la suposición de que, si la potencia es suficiente
para impulsar a la banda, sí se podrá desarrollar un momento de torsión suficiente para el
arranque. La selección del motor para transportadores grandes se debe basar en un estudio
cuidadoso, haciendo hincapié, en particular, en las condiciones de puesta en marcha.
Equipos auxiliares. Los transportadores elevadores deben equiparse con algún tipo de freno
o retención para evitar la inversión del desplazamiento y los atascamientos subsiguientes
cuando se corta inesperadamente la corriente. Se usan comúnmente los dispositivos de
retención a trinquete y de calce de rodillos. También pueden utilizarse frenos de solenoide y
embrague de resorte.
A menos que un material se descargue libremente, se necesitan limpiadores en los
transportadores de banda que pueden ser también útiles en otros. Los tipos comunes utilizan
una escobilla giratoria, impulsada mediante el eje de la polea principal del transportador, o en
forma independiente, sobre una paleta montada con resortes. Esta ultima sólo es aplicable en
algún punto en el que el transportador de banda esté razonablemente plano. Siempre que se
usan limpiadores, deben tomarse disposiciones para recoger el material y vertirlo a la corriente
principal de descarga o a un recipiente de recolección que pueda vaciarse periódicamente.
Como el material será transportado horizontalmente y recolectado en un depósito de desechos
sólidos se opta por elegir un transportador de banda.
5.2.2 Transportadores de banda. Los transportadores de banda se utilizan de manera casi
universal. Pueden recorrer distancias a velocidades de hasta 5.08 metros por segundo y
manejar hasta 4539 toneladas por hora. También pueden funcionar en distancias cortas a
velocidades suficientemente lentas, con una capacidad de solo unos cuantos kilómetros por
hora. Sin embargo, no son aplicables normalmente a las operaciones de procesamiento,
excepto en condiciones poco frecuentes.
Las pendientes de los transportadores de banda se limitan a un máximo de aproximadamente
300 grados, y las más comunes se encuentran en la gama de 180 a 200 grados. Sólo se pueden
producir cambios de dirección en el plano vertical de la trayectoria de la banda y se deben
diseñar cuidadosamente como curvas verticales o codos relativamente planos. Los
transportadores de banda dentro de las plantas pueden tener costos iniciales más elevados que
algunos otros tipos de transportadores y, dependiendo del diseño y los rodillos locos, pueden
necesitar o no un mayor mantenimiento; sin embargo, se puede esperar que un transportador
de banda con un buen mantenimiento de rutina, supere a casi todos los demás tipos de
transportadores.
El diseño de los transportadores de banda se inicia con el estudio de los materiales que se
van a manejar. Puesto que el peso por metro o pié cúbico es un factor muy importante, se
debe determinar con precisión con el material en condiciones de manejo. No conviene basarse
solamente en las tablas publicadas; de peso por metro o pié cúbico para diversos materiales,
puesto que muchas operaciones de elaboración afectarán ese peso, al esponjar o compactar los
materiales. También es importante el tamaño de los terrones. Para una banda de 600
milímetros (24 pulgadas), los tamaños uniformes de los terrones pueden llegar a 102
milímetros (4 pulgadas). Por cada 152 milímetros (6 pulgadas) de aumento en la anchura de la
banda el tamaño de los terrones puede aumentar aproximadamente 51 milímetros (2 pulgadas).
Si el material contiene aproximadamente 90% de partículas finas, el tamaño de los terrones se
podrá incrementar en cerca de un 50%; sin embargo, es preciso tener cuidado para mantener el
flujo uniforme de los materiales, haciendo que las partículas finas lleguen primeramente a la
banda para protegerla de los daños causados por los impactos. Cuando mayores sean los
terrones, tanto más peligro habrá de que caigan de la banda o rueden hacia atrás en los tramos
inclinados. Cuando la banda corra horizontalmente o tenga sólo ligeras inclinaciones en el
punto de alimentación, se reducirá al mínimo el problema de la caída de los terrones, sobre
todo si se tiene un cuidado especial en el diseño de los vertederos de alimentación.
La temperatura y la actividad química de los materiales transportados desempeñan papeles
importantes en la selección de las bandas. Las temperaturas altas pueden dañar a las bandas
con rapidez y en forma grave, por lo que la inversión en lo que a primera vista puede parecer
una banda de precio extremadamente alto, suele resultar económica a la larga. Hay muchos
productos elastoméricos superresistentes para la construcción de bandas. Entre ellos se tienen
el neopreno, el teflón, el caucho buna-N y los vinilos.
La humedad puede creas malas condiciones de descarga, debido a que los materiales se pegan a
la banda y a los vertedores y puede incluso reducir la capacidad, si se encuentra presente en
cantidad suficiente para dar a los materiales propiedades de fluidos. Aun cuando la abrasión
pueda crear problemas en los transportadores de bandas, éstos son más fáciles de resolver con
sistemas de bandas diseñados adecuadamente, que en el caso de la mayoría de los demás
transportadores.
Al establecer los requisitos de tonelaje de los transportadores de banda es importante
trabajar con cargas máximas en lugar de promedio. Sólo a veces esas dos cifras son idénticas,
debido a las variaciones intencionales o accidentales de los índices de producción. Las bandas
que funcionan en vacío la mitad del tiempo pueden llevar dos veces la carga promedio cuando
funcionan.
Las condiciones operacionales que afectan al diseño de transportadores de banda incluyen el
clima, el ambiente y las horas de servicio continuo. Los extremos de temperatura y humedad
pueden prescribir el cierre total de la banda; los ambientes con condiciones tales como alta
temperatura o una atmósfera corrosiva pueden afectar a la banda, a la maquinaria y a la
estructura; por lo cual el servicio continuo puede requerir componentes de una calidad
extremadamente alta e incluso equipos diseñados especialmente para recibir mantenimiento
mientras funciona la banda.
La velocidad y la anchura de la banda son funciones de la densidad masiva o a granel del
material y el tamaño de los terrones. Con frecuencia se puede obtener el costo inicial más bajo
al utilizar las bandas más estrechas posibles para un tamaño de terrones dados y un
funcionamiento a una velocidad máxima; sin embargo, la velocidad se puede ver limitada con
frecuencia por el polvo y, a veces, resulta más económico utilizar una banda más ancha con
menos pliegues para combinar la resistencia necesaria a la tensión con buenas características de
acanalamiento de la banda. Lo abrasivo del material puede afectar en gran medida la velocidad,
así como también el tamaño de los terrones, puesto que, a velocidades altas aumenta el
desgaste de abrasión y hay mayor peligro de que los terrones se caigan de la banda. Lo ideal
sería que una banda funcione con un tamaño de terrones, una inclinación y una carga menor
que los valores máximos recomendados, y con una alimentación uniforme introducida a la
banda en forma central, lo más aproximada que sea posible en la dirección y a la velocidad de
desplazamiento de la banda.
La potencia requerida para impulsar un transportador de banda tiene tres componentes:
potencia para desplazar la carga en contra de la fricción de todas las partes giratorias y mover el
transportador sin carga a la velocidad requerida, potencia para mover la carga horizontalmente
y la potencia para elevar o hacer descender la carga. Como en el caso de la mayoría de los
otros problemas de los transportadores, al realizar esos cálculos es aconsejable trabajar con
fórmulas y constantes de un fabricante específico.
La selección de la banda depende de la potencia requerida y el desarrollo de la resistencia
necesaria a la tensión. Al conocer la potencia requerida para la impulsión del eje, se puede
estimar la tensión de la banda y escoger el material apropiado para ella; sin embargo, puesto
que hay varias combinaciones de anchura y espesor que desarrollan la resistencia que se
requiere, la selección final se ve afectada por el tamaño de los terrones, la capacidad de
acanalamiento de la banda y sus posibilidades para soportar la carga entre los rodillos
intermedios. Así, es necesario utilizar un medio empírico para llegar a una selección de banda
que satisfaga todos los requisitos.
Una vez que se ha realizado la selección final de la banda, se pueden escoger también los
rodillos locos y los rodillos de regreso. El acanalamiento sobre rodillos intermedios de 200
grados con longitudes iguales es el más común, mientras que los materiales más ligeros se
adaptan a los rodillos locos de 450 grados de lados cortos o largos. Puesto que los materiales
más ligeros no necesitan bandas rígidas para la resistencia a la tensión, el acanalamiento o la
formación de artesas no suele ofrecer dificultades.
Una vez escogidos los rodillos apropiados para las condiciones de servicio y tamaño, la etapa
más importante es la de su ubicación apropiada. Para las bandas largas, la tensión varía
considerablemente y el espaciamiento de dichos rodillos se debe calcular para evitar que la
banda se hunda fuera de los límites razonables, a lo largo de toda la longitud del recorrido. El
hundimiento excesivo de la banda puede provocar una pérdida importante de potencia; pero
para la mayoría de las bandas de longitud ordinaria, suele ser satisfactorio el espaciar los
rodillos bastante cerca unos de otros en el punto de alimentación y, a continuación, más
alejados, a intervalos uniformes, durante el resto del recorrido de transporte.
Los puntos de carga y descarga sobre los transportadores de banda necesitan ajustarse a
diversos factores.
Es vital la descarga limpia para la duración de la banda. En el desplazamiento de regreso, el
lado portador de la banda está en contacto con los rodillos de regreso y cualquier material que
se adhiera se empotrará en ella o se depositará sobre los rodillos. Los materiales
extremadamente pegajosos pueden requerir el empleo de un dispositivo de limpieza de la
banda en la forma de una escobilla giratoria, raspadores de acero montados en resortes, paletas
raspadoras de hule, o a veces, un alambre tenso.
5.3 CABLES METÁLICOS
El cable metálico es un mecanismo flexible, tenaz y versátil para transmisión de fuerza,
compuesto de muchos alambres individuales, sometidos a esfuerzos de torsión, flexión,
tensión y compresión.
Cuando la fuente de potencia y la carga están ubicadas a distancias extremas entre sí, o cuando
las cargas son muy grandes, se sugiere el uso de cable metálico. El diseño y las decisiones
respecto al uso en relación con los cables metálicos son responsabilidad de los usuarios pero,
por lo general, los fabricantes auxilian a éstos a realizar selecciones apropiadas.
El cable metálico se compone de alambres que forman un torón, torones torcidos
helicoidalmente alrededor de un núcleo y un núcleo. La descripción completa de un cable
incluirá también la longitud, el tamaño (diámetro), si el alambre esta preformado o no antes de
torcer, la dirección del torcido (derecho o izquierdo, lo que indica la dirección en la que los
torones se tuercen en torno al núcleo), grado del cable (lo que refleja la resistencia del alambre)
y núcleo. El torcido regular derecho (en el que el alambre se tuerce en una dirección para
formar los torones, y éstos se tuercen en la dirección opuesta para formar el cable) es el más
común. Los cables de torcido regular no se enredan ni se destuercen y se manejan con
facilidad. Los cables de torcido paralelo (en los que los alambres y los torones se tuercen en la
misma dirección) son más resistentes al desgaste abrasivo y a la falla por fatiga. El torcido
puede ser largo o corto; el torcido corto forma al cable más flexible. El núcleo del cable de
alambre es, como regla, de sisal saturado con lubricante. Provee poca resistencia adicional
pero actúa como un colchón y ayuda a lubricar los alambres. Un núcleo formado de torón de
alambres o de cable de alambres agregará de 7% a 10% la resistencia del cable, pero se gastará
por fricción entre él y los torones tan rápidamente como el exterior del cable. Esto no se
aplica a los cables estacionarios.
Para flexibilidad grande, los torones de los cables de alambre algunas veces están compuestos
de cables de alambres, que a su vez están hechos de torones compuestos de alambres, como el
cable extraflexible. Los cables corredores y una construcción de cable para remolque de
barcos están hechos con torones compuestos de 12 o 18 alambres cada uno, torcidos alrededor
de un núcleo de fibra. Los cables así formados son muy flexibles y presentan una buena
resistencia a la fricción externa. Los torones individuales de alambre se emplean como
retenedores de chimeneas, alambres de suspensión para los caminos de transportes eléctricos, y
dondequiera que se necesite flexibilidad moderada.
Tamaños de los cables. El diámetro del cable metálico es el del círculo que justamente
contendría al cable. La clasificación de los cables metálicos se hace al dar el número de
torones, el número de torones secundarios en un torón principal (si lo hay) y el número
nominal de alambres por torón. Un valor nominal representa sencillamente una gama o rango.
Si hay un núcleo de alambre, el cable se identifica por IWRC (Independent Wire Rope Core:
núcleo independiente de cables de alambres), o si el núcleo es lo mismo que los torones
principales, se cuenta como un torón.
Resistencia y carga de trabajo. La resistencia de prueba de los cables de alambres rara
vez excede del 90% de la resistencia agregada de todos los alambres; en promedio es de 82.5%.
La carga de trabajo nunca debe exceder de 1/5 de la resistencia de rotura y para muchas
condiciones no debe ser de más de 1/6 a 1/8. El factor de seguridad apropiado para un cable
de alambres exige considerar todas las cargas: aceleración, desaceleración, velocidad del cable,
accesorios de los cables, número, tamaño y disposiciones de poleas ranuradas y tambores;
condiciones que producen corrosión y abrasión; longitud del cable, etc. El factor de seguridad
deseable para las condiciones dadas puede obtenerse mejor consultando a los fabricantes del
cable de alambres.
Tamaños de tambores o garruchas. Para las condiciones promedio, los diámetros de llanta
para el cable 6x7 (6x19), 66x377 {8x19} debe ser, aproximadamente, 72 (45) 6277 {31},
multiplicado por los diámetros de cable. Para servicio económico, muchas veces estos deben
aumentarse. En ciertos casos, los diámetros de llanta pueden ser menores, pero no estar abajo
de 42 (30) {18,21}, multiplicado por los diámetros de cable. Con mayores diámetros de llanta
aumenta la duración del cable y el servicio es más económico. El tamaño y condición de las
ranuras de la garrucha son muy importantes para determinar la duración del cable.
Si un cable se opera sobre ranuras que son demasiado pequeñas, el cable se gastará pronto;
además, una ranura de garrucha apretada o corrugada puede perturbar la relación entre torones
del cable y necesitar su remoción prematura. La presión del cable de alambres contra una
ranura de garrucha se calcula dividiendo la tracción del cable en libras por el producto del
radio hasta el fondo de la ranura de garrucha y el diámetro del cable, ambos en pulgadas. Esta
cantidad no debe tener un valor mayor que 450 libras por pulgada cuadrada para hierro de
fundición, u 850 libras por pulgada cuadrada para acero de fundición. Para presiones mayores,
se debe usar un material de mayor resistencia al desgaste, tal como el acero al manganeso.
Manejo. El cable de alambre no se debe enrollar o desenrollar como el cable de cáñamo.
Cuando se recibe sobre un carrete, éste se debe montar sobre un eje o mesa giratoria y luego, el
cable se correrá hacia fuera. Cuando se embarca en rollo, se debe rodar sobre el terreno como
una rueda. Se debe evitar todo destorcido y formación de cocas. Cuando se corta un cable de
alambre, se debe amarrar alambre de hierro dulce a cada lado del lugar en donde se va a hacer
la división para evitar que el cable se destuerza.
Materiales. El cable hecho con alambre de hierro ahora sólo se usa para ascensores y servicio
similar en donde la tendencia a la abrasión es comparativamente ligera, la velocidad es alta y las
cargas son moderadas. Los tres grados de aceros usados comúnmente por el fabricante de
cable de alambres se llaman “de centro azul” o “acero mejorado para arados”, “acero para
arados” y “acero dulce para arados”.
Cable normal para elevación. Estos están hechos de seis torones, cada uno de 19 alambres;
los torones se tuercen sobre un núcleo de fibra.
Cable extraflexible para elevación. Se hace de seis torones de 37 alambres cada uno y un
núcleo de fibra. Los alambres de este cable son mucho más finos que los usados en el cable
normal de elevación y, por lo tanto, no es conveniente para soportar la abrasión. Estos cables
se usan en grúas eléctricas, dragas y para servicio similar, que requiere un cable fuerte y
resistente que opere con éxito sobre las garruchas pequeñas.
Cable extraflexible para elevadores. Se hace de ocho torones de 19 alambres y núcleo de
fibra, es más flexible que el de construcción normal de seis torones de 19 alambres. El área
metálica de un cable de ocho torones no es tan grande como la del cable de seis torones, y los
alambres son más pequeños, pero bajo severas condiciones de esfuerzos por flexión la
disminución en resistencia es ampliamente compensada por la gran flexibilidad. Puede usarse
sobre garruchas y tambores comparativamente pequeños, como los que encuentran con
frecuencia en las grúas fijas. No es bueno usarlas excepto para cargas comparativamente
ligeras o donde hay mucho sobreenrollamiento, a causa de que se aplanaría y perdería su forma
más rápidamente que el cable de 6x19. Además se estira más que el cable de 6x19.
El cable galvanizado extraflexible para elevación de fundición de acero es más flexible que el
cable para elevación de seis torones y muchas veces se usa de preferencia al cable galvanizado
corredor de fundición de acero.
Cable normal de torcido grueso. Hecho de seis torones y un núcleo de fibra con siete
alambres por torón. Es mucho más rígido que el cable normal para elevación y requiere
garruchas más grandes. A causa del menor número de alambres, este cable también se debe
usar con un factor de seguridad más alto, ya que la rotura de uno o más alambres reduce
materialmente la resistencia del cable. Los alambres usados tienen mucho más grande su
diámetro que el cable para elevación y, por lo tanto, soportarán mayor desgaste. El cable de
hierro de esta construcción se recomienda para transmisiones de potencia equipados con
grandes garruchas. El cable de fundición de acero y el cable de fundición de acero
extrafuerte se recomienda para acarreo en minas, tranvías, cables de cuchara (equipo
petrolero) y servicio similar, donde las condiciones tienden a la abrasión fuerte. Los cables de
acero para arados y de acero mejorado para arados son más recomendables que el de
fundición de acero, cuando se desea reducir el peso muerto del cable mismo, o cuando, por
razón del aumento de cargas, es necesario usar un cable más fuerte sin aumentar su diámetro.
Este cable se adapta particularmente para arrastres muy largos en las minas.
El cable de alambres con torones aplanados. Este está diseñado para aumentar el área de
contacto o la superficie de desgaste. Por lo tanto, el desgaste sobre un alambre individual
disminuye y también la necesidad de utilizar alambre más pesado, con lo cual se consigue
mayor flexibilidad. La superficie de desgaste es, aproximadamente, 150% mayor que un cable
de torón redondo. Otra característica de éste tipo de cable es que, al disminuir los intersticios
entre torones, se usa mayor número de alambres para el mismo diámetro. Siempre se hace en
la trama lang. El cable de torón aplanado casi no forma cocas y, debido a su superficie de
desgaste lisa, ahorra desgaste sobre poleas, garruchas y tambores. No es tan flexible ni tan
resistente a la fatiga como el cable de torón redondo de la misma clasificación general. La
resistencia es mayor que la de los cables de torón redondo, pero el peso es proporcionalmente
mayor que el aumento en resistencia.
El cable para elevación que no gira. Esta constituido de seis torones de siete alambres cada
uno, de trama lang (los alambres de los torones y los torones mismos torcidos para la
izquierda), torcidos sobre un núcleo de fibras, y cubierto con una capa exterior de 12 torones
de siete alambres, trama regular (los alambres de los torones torcidos hacia la izquierda y los
torones mismos torcidos hacia la derecha). El objeto de ésta combinación de tramados es
evitar que gire una carga libre suspendida en el extremo de un cable solo. Este tipo de cable se
recomienda para "retroarrastre" o para grúas giratorias de un cable; también para
profundización de pozos y elevación en minas en que el balde o caja oscila libre y sin guías.
Trabaja mejor en donde no se sobreenrolle en el tambor.
Un grillete ya sea abierto o cerrado, forma la mejor sujeción para el extremo del cable que no
gira. Estos pueden sujetarse como cualquier grillete de cable, pero se debe tener mucho
cuidado de unir el grillete al cable para que los torones no se destuerzan ni permitir que el
mismo cable se afloje. Lo mejor es amarrar con fuerza el extremo del cable por una distancia
de cuatro a cinco pulgadas justamente fuera del grillete hasta que no se termine su colocación,
después de lo cual puede quitarse el amarre.
Los cables revestidos de acero. Se hacen en tres construcciones, con el fin de asegurar
diferentes grados de flexibilidad; los tipos 6x19, 6x37 y 6x61, respectivamente. Las tiras planas
de acero tejidas en espiral alrededor de cada uno de los seis torones que componen el cable
dan superficie de desgaste adicional sin sacrificar la flexibilidad. Cuando esta totalmente
gastado el revestimiento de acero plano, queda el cable de elevación completo, sin que
disminuya su resistencia. Estos cables se proyectan para satisfacer condiciones de servicio muy
severas. La duración aumentada obtenida con el uso del cable revestido de acero, en los
lugares en que las condiciones son adecuadas, es de 50% a 100%. Se recomienda en servicios
como en las dragas. La resistencia de rotura de estos cables es menor que la de un cable de
torones redondos del mismo diámetro y grado.
El cable de alambre galvanizado. Este casi ha sustituido al cable manila para los obenques y
tirantes de los barcos. Es barato, la intemperie lo afecta relativamente poco, no se estira ni
contrae por las condiciones atmosféricas y se ahorra mucha labor de colocación. Con su
empleo, hay una gran reducción en volumen y peso, ya que su tamaño es sólo 1/5 a 1/6 de un
cable manila de igual resistencia. Por lo tanto, sólo ofrece la mitad de la superficie al viento.
Es de menos riesgo para los accidentes, por ser cortado o escoriado y no se pudre ni falla
súbitamente. El cable galvanizado se adapta mejor para retenidas de grúas giratorias que el
cable de cáñamo o las varillas unidas entre sí.
El torón de alambre de acero galvanizado. Se usa principalmente para atirantar postes y
chimeneas, para soportar alambre para trole y para la operación de señales de ferrocarriles.
Para la construcción de catenaria aérea del alambre para trole de suspensión, son preferibles los
grados especiales de torón, porque poseen mayor resistencia y tenacidad. Los tamaños más
pequeños (llamados a veces "torón galvanizado de reforzar") se usan para reforzar o amarrar
los extremos del cable de alambres y empalmes de ojal y para atar el cable en rollos.
Accesorios para cable de alambres. La unión a un grillete se hace separando y enderezando
los alambres, cortando el centro del cáñamo, limpiando con kerosina, sumergiendo en una
solución de mitad de ácido muriático y mitad agua (que se debe limpiar de los alambres
después de la sumersión), distribuyendo alambres dentro del grillete y vertiendo zinc fundido
después de taponar el extremo inferior con barro refractario. Tal unión desarrollará una
resistencia igual que la del cable (ver figura 3). Cuando las conexiones de empalme de ojo se
hacen apropiadamente no se zafan y revelan desde 60% de la plena resistencia de un cable de
2½ pulgadas de diámetro hasta 95% para un cable de ½ pulgada. Las conexiones de grapa y
de abrazadera no son recomendables como sujeciones permanentes en los cables para
elevación y revelarán de 75% a 85% de la resistencia del cable. Las abrazaderas se deben
instalar de modo que la parte del tornillo U esté alrededor del extremo corto, o muerto del
cable.
Las eslingas de cable de alambre se fabrican en muchos estilos, algunas de las cuales no
tienen extremos por su forma de anillo y desarrollan la plena resistencia del cable (ver figuras 4
y 5).
Los ejemplos de extremos y accesorios para cable de alambre se muestran en la figura 6.
La eficiencia de una unión de extremo se mide por su capacidad de sostener el cable de
alambre. Si el conjunto alcanza la resistencia de catálogo del cable antes que la unión de
extremo se afloje o falle, la eficiencia de la unión es 100%.
El cable galvanizado para brazo de mástil se usa para luces de arco, brazos de mástil u
otros propósitos en que éste presenta la exposición a la humedad. El cable es más durable que
el de manila (o cáñamo) y no se encoge.
6. EQUIPOS PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Existen una gran variedad de equipos para tratamientos de aguas residuales, que depende de la
casa fabricante, los hay de tipos mecánicos y también existen de tipos automáticos, aunque
algunas veces se pueden combinar.
Se pueden combinar varias unidades unitarias de equipos para proporcionar el grado de
tratamiento adecuado o requerido.
6.1 REJAS DE BARRAS
La herramienta más simple para retirar los desperdicios o la materia suspendida que podría
dañar al equipo o interrumpir el proceso de bombeo y posteriormente el proceso de
tratamiento es una reja de barras de limpieza mecánica, como la que se muestra en la figura 7.
Todos los sólidos mayores de ¾ a 2 pulgadas (2 a 5 centímetros) (mayores que las aberturas de
las rejas de barras) son atrapados en el lado de la corriente hacia arriba y retirados por medio
de rejas móviles.
Son ideales para la mayoría de las aplicaciones industriales y municipales, los rastrillos limpian
la pantalla o rejilla en el frente por aguas arriba, y vuelven al pie del eje en la misma cara. Los
rastrillos endientan exacto con las tapas y las caras de las platinas de la rejilla para una limpieza
positiva sin resbalar o saltar, concluida la limpieza de escombros.
El espaciamiento de la barra es uniforme, y el estante de la barra es integral con la placa
muerta, para prevenir la pérdida de escombros río abajo. Un limpiador positivo, reservado,
limpia los rastrillos a conciencia.
Una característica opcional es que giran, esta disponible para que el acceso, observación y
servicio sean fáciles, sin necesidad de drenar el canal. Levantado por un sistema simple o
marco simple, elimina la necesidad de compuertas reguladoras de corriente, o volver a dirigir el
flujo de aguas para examinarla nuevamente. El eje de pivote principal de la sección de monta
en los cojinetes resistentes del bloque de la almohadilla.
Las piezas de este equipo tienen su calidad certificada que asegura larga vida útil y un
apropiado funcionamiento.
6.2 CLARIFICADORES
Los clarificadores utilizados para la remoción de sólidos sedimentables, aceites y grasas que
flotan fácilmente son depósitos rectangulares o circulares (ver figuras 8 y 9). El tamaño de los
clarificadores se calcula basándose en el valor de sedimentación (área) y en el tiempo de
retención (volumen).
Los valores típicos de sobreflujo varían desde 250 hasta 1400 galones por día y por pie
cuadrado. El tiempo de retención se encuentra en el rango de 1 a 4 horas.
6.3 SISTEMAS DE FLOCULACIÓN
La floculación es la aglomeración de materia suspendida dividida finamente y grumos causados
por el movimiento suave o por la agitación de las aguas de desecho. El aumento resultante en
el tamaño de las partículas, incrementa el valor de la sedimentación y mejora la remoción de los
sólidos suspendidos y proporcionan un contacto más eficiente entre los sólidos en suspensión,
las impurezas disueltas y los coagulantes químicos.
La floculación mecánica utiliza paletas que giran lentamente sobre un eje vertical u horizontal
(ver figura 10). La velocidad periférica de la punta de la paleta es de aproximadamente un pie
por segundo. Se utilizan otros dispositivos mecánicos diferentes para obtener el mismo
resultado. Un sistema de floculación de aire tiene difusores a lo largo de uno de los lados del
depósito cerca del fondo, para producir una acción de giro suave perpendicular al flujo.
El tamaño del depósito necesario se determina por medio del tiempo de retención, que se
encuentra normalmente en la gama de 20 a 30 minutos del flujo valorado. En algunos casos
que tienen que ver con los desechos industriales, el tiempo de retención puede reducirse a tan
poco como 10 minutos.
6.4 EQUIPO COMBINADO
Muchos diseños de clarificadores, como la unidad de contactos de sólidos (ver figura 11),
combinan la mezcla, la floculación y la coagulación en un solo depósito. Esto puede tener
ventajas económicas y puede producir un derrame de mejor calidad con un tiempo de
retención total más corto que si se utilizan unidades separadas de tratamiento.
6.5 SISTEMAS DE FLOTACIÓN
La flotación es la sedimentación inversa para remover materiales flotantes y sólidos, con una
gravedad específica tan cercana a la del agua que se sedimentan muy lentamente, o no lo hacen.
El principio de la flotación del aire se basa en el hecho de que cuando se reduce la presión en
un líquido, los gases disueltos son liberados en forma de burbujas extremadamente finas.
Estas burbujas de adhieren a cualquier materia suspendida presente y hacen que flote
rápidamente hacia la superficie, en donde se concentran y pueden ser removidas por medio de
la desnatación.
Las unidades de flotación-presión disuelven aire en el agua bajo presión y después lo liberan a
la atmósfera en el tanque de flotación.
El equipo de flotación puede ser circular o rectangular.
Filtros de alta gravedad. Los filtros de alta gravedad remueven sólidos en suspensión y
operan en el rango de 5 a 10 galones por minuto y por pie cuadrado. Pueden ser verticales u
horizontales y están llenos de diversas sustancias, como carbón de antracita, arena y grava.
7. DISEÑO DEL SISTEMA LIMPIA-REJA
7.1 GENERALIDADES
Principalmente el diseño del sistema de limpieza se lleva acabo para generar ventajas en cuanto
a mayor rapidez en el proceso de limpieza y mantenimiento de la reja de acceso a la Estación
de Bombeo Paraíso, la precisión y economía del trabajo, originando esto un mejoramiento en
el servicio de bombeo de aguas residuales.
Algunos elementos del sistema de limpieza fueron calculados y los restantes seleccionados.
Los motorreductores, por ejemplo, fueron seleccionados de acuerdo a la facilidad de su
consecución en el mercado y teniendo en cuenta la potencia requerida y la velocidad en el eje
de salida.
Este equipo deberá tener las características de funcionalidad, para aminorar los costos de
mantenimiento cuando este se necesite, así como su fácil manejo por parte del operador y
versatilidad por los diferentes equipos que lo conforman.
7.2 TAMAÑO DE LA REJA
El tamaño de la reja queda determinado por la geometría del canal, en consecuencia el ancho
de la misma será el ancho del canal, la altura quedará determinada por la altura de la pared
donde se encuentra colocado el tubo de acceso a las bombas de la estación más una longitud;
calculada a partir de la altura a la cual se colocará la banda transportadora que será utilizada
para retirar los desechos recogidos por el rastrillo, y la separación entre las platinas que
conformaran la reja. Las medidas nombradas anteriormente fueron tomadas directamente en
la estación y su resultado es el siguiente:
Ancho del canal = 2296 milímetros
Altura de la pared donde se encuentra el acceso a las bombas = 4953 milímetros
Separación entre platinas = 38.1 milímetros
Distancia pared que contiene el tubo descarga y el acceso a las bombas = 4203 milímetros
Angulo de inclinación de la reja = 70 °
La forma como quedará colocada la reja se puede ver en la figura 12.
Figura 12. Posición de la reja.
Pared donde se encuentra el canal de acceso a las bombas
4953
2400 1803
α =70º
d
e 1500
Nivel del piso
Pared donde se encuentra el tubo de descarga
Medidas en milímetros
Variables a utilizar en el cálculo de la longitud de la reja:
Lreja = Longitud total de la reja
α= Angulo de inclinación de la reja
d = longitud de la reja desde el fondo del canal hasta el nivel del piso
e = longitud de la reja desde el nivel del piso hasta la altura de la banda transportadora
Por geometría se halla que:
sen α = 4953
d
d mm= = ≅4953
705270 872 5271
sen.
o
Por semejanza de triángulos:
sen α = 1500
e
e mm= = ≅1500
701596 26 1596
sen.
o
La longitud total de la reja es: Lreja = d e mm+ = + = ≅5271 1596 6867 6870
La separación de las platinas que conforman la reja fue tomada del máximo tamaño de los
sólidos que pueden manejar las bombas sin presentar problemas de funcionamiento y daños al
impeler, y la forma constructiva esta basada en rejas ya fabricadas y utilizadas en otras
estaciones de bombeo.
Por lo anterior las platinas tendrán un espesor de 9.525 milímetros y un ancho de 63.5
milímetros.
En el plano del anexo A se observará la geometría de la reja de acceso, con sus respectivas
dimensiones y el ensamblaje de la misma.
MATERIAL DE LA REJA. Como la reja estará en constante contacto con las aguas
residuales, sometidas a pequeños impactos de los sólidos que se queden atrapados en la misma,
a desgaste por la fricción generada al arrastrar los sólidos en el proceso de limpieza, el material
de la reja es el mismo de las rejas utilizadas en las otras estaciones de bombeo, acero inoxidable
con las siguientes especificaciones:
• Acero inoxidable austenitico.
• Tipo AISI 304.
• Composición nominal
Carbono = 0.08% máximo
Manganeso = 2% máximo
Silicio = 1% máximo
Cromo = 18 a 20% máximo
Níquel = 8 a 10.5% máximo
• Propiedades mecánicas nominales.
Condición: Recocido
Resistencia a la tracción: 586 Mpa.
Resistencia a la fluencia: 241 Mpa.
Alargamiento en 50 milímetros: 60%
Reducción de área: 65%
Dureza Brinell: 150
Densidad (ρ): 8 gr/cm3 a 15.5 °C
Por las medidas anteriormente descritas salió una reja con 49 platinas, por lo que el peso total
de la reja será de:
Wplatina = Vplatina x ρacero inoxidable x gravedad
Vplatina = anchoplatina x espesorplatina x largoplatina = (7.62 x 0.925 x 687)/1000 = 4.98 m3
Wplatina = 4.98 x 8 x100
1000
3
≅ 40 Kgf.
Wreja= 40 x 49 + (10x0.9525x5.08x17)x0.008 + (7x0.9525x5.08x229.6)x0.008 +
(196x0.9525x5.08x3.81)x0.008
Wreja= 2060 Kgf.
Para el soporte de esta reja son necesarios unos chazos los cuales a continuación se calculan.
τπ
=
×
= ⇒ =2060
104
16 42
2
d
Kgf
mmd mm
por ser el fluido tan corrosivo y teniendo en cuenta la fuerza del agua que viene por gravedad
por los colectores se escoge un chazo de 5/8”.
7.3 CÁLCULO DE LA POTENCIA DE ELEVACIÓN DEL RASTRILLO,
PORTARRASTRILLO Y LA CARGA
7.3.1 Peso del rastrillo. Para el calculo del peso del rastrillo se tendrán en cuenta los
siguientes parámetros:
ρinox = Densidad del acero inoxidable
t= Espesor de lamina de acero inoxidable del rastrillo y portarastrillo.
A= Ancho de la reja.
La forma que se le dará al rastrillo y sus dimensiones se pueden observar en los anexos, de la
cual podemos encontrar que:
Wrastrillo = Vrastrillo x ρinox x g
Wrastrillo = (229.6 cm x 50 cm x 0.9525 cm) x 0.008 kg-f/cm3
Wrastrillo = 87.5 kgf
7.3.2. Peso del Porta-rastrillo. La forma que se dará al porta-rastrillo y sus
dimensiones se pueden observar en los anexos, de la cual podemos encontrar lo siguiente:
Wporta-rastrillo = Vporta-rastrillo x ρinox x g
Wporta-rastrillo = ( 229.6 cm x 60 cm x 0.9525 cm ) x 0.008 kg-f/cm3
Wporta-rastrillo = 105 kgf
7.3.3. Peso de la Carga. El peso de la carga se basa en el volumen máximo que puede ser
atrapado por el rastrillo y porta-rastrillo y el material sólido considerado como mas critico que
puede llegar al sitio donde se ubicara el sistema diseñado. Dicho sólido es la piedra, con una
densidad de 1444.69 kg/m3.
ρpiedra = Densidad de la piedra.
ρpiedra = 1444.69 kg/m3
El volumen máximo se calcula como sigue según la figura 13.
Figura 13. Posición del rastrillo y portarastrillo con respecto a la reja.
Vmax= Vtriangulo + Vrectangulo
Vtriangulo = Atriangulo x Ancho reja
2
296.25.0296.2
2
⋅⋅=⋅
⋅=
hhbVtriangulo
Del triángulo según la figura 14 tenemos que:
Figura 14. Triángulo que se forma entre la reja y el rastrillo.
L h
0.5 mts
70o 500 cm
300 cm
300 cm
30o
150o
Rejilla Rastrillo y Porta-rastrillo
30º
33
3
3
57.05635.03976.016588.0
3976.0
296.23.05773.0296.23.0
1658.02
296.2289.05.0
5773.0
5.030cos
289.05.0
30
mmV
mV
LV
rejaAnchoLLV
mV
mL
L
mh
htan
maximo
rectangulo
rectangulo
menorrectangulo
triangulo
≅=+=
=
⋅⋅=⋅⋅=
⋅⋅=
=⋅⋅
=
=
=
=
=
El peso del sólido mas critico es el siguiente:
kgfW
VW
ac
maximosolidoac
82441.82357.069.1444
*
arg
arg
≅=⋅=
= ρ
7.3.4. Fuerza de fricción. Observando el diagrama de cuerpo libre de la figura 15
obtenemos que:
Figura 15. Diagrama de Cuerpo Libre y Sistema de coordenadas.
kgfF
kgfN
WWWWWN
WN
NormalFuerzaN
aceroacerofricciondeestaticoecoeficient
Donde
inminentemovimientodecondicionNF
friccion
rastrilloportaacrastrillototalytotal
ytotal
y
s
sfriccion
27265.34778.0
65.34770cos)82497.1045.87(
70cos)(70cos
0
0
:
78.0
:
arg_
_
=⋅=
=⋅++=
⋅++=⋅==
=−
=
−=
⋅=
−
∑F
:que Tenemospositiva. es ascendente x ejeal
larperpendicu direccionla que asumiendo y ¨y¨ ejeel sobre fuerzas desumatoria Haciendo
µ
µ
Wtotal
Felevación
Ffricción
70º
Wtotal
Felevación
Ffricción
N
X Y
70º
7.4. Calculo del trabajo.
7.4.1. Determinación del trabajo para elevar el sistema.
- Trabajo para elevar el rastrillo.
Por definición el trabajo es el producto de la fuerza y la distancia recorrida. Por
consiguiente y observando la figura 15:
mkgf
LW
rastrilloele
rejarastrillorastrilloele
⋅=⋅⋅=Τ
⋅⋅=Τ
−
−
56570sen87.65.87
70sen
var
var
- Trabajo para elevar el porta-rastrillo.
mkgf
LW
rastrilloportaele
rejarastrilloportarastrilloportaele
⋅=⋅⋅=Τ
⋅⋅=Τ
−−
−−−
67870sen87.6105
70sen
var
var
- Trabajo para elevar la carga.
mkgf
LW
acele
rejaacacele
⋅=⋅⋅=Τ
⋅⋅=Τ
−
−
532087.670sen824
70sen
argvar
argargvar
- Trabajo de la fuerza de fricción.
mkgf
LF
friccion
rejafriccionfriccion
⋅=⋅=Τ
⋅=Τ
186887.6272
7.5. POTENCIA NECESARIA PARA REALIZAR EL TRABAJO DE ELEVACION DEL SISTEMA.
El tiempo que tardará el sistema en recorrer la longitud de la reja teniendo en cuenta un
recorrido adicional para garantizar que el rastrillo descargue totalmente su contenido en la
banda transportadora y no caiga nuevamente sobre la reja. Se considerará un tiempo de 4
minutos.
Hps
mkgfP
mkgf
T
tiempoP
elevacion
total
friccionacelerastrilloportaelerastrilloeletotal
totalelevacion
47.036240
8431
8431
18685320678565argvarvarvar
=−
==
⋅=Τ
+++=Τ+Τ+Τ+Τ=
Τ=
−−−−
8. SELECCIÓN DEL CABLE Y DISEÑO DEL TAMBOR DE ARROLLAMIENTO
Para la selección del cable metálico que será utilizado en este sistema de limpieza, se escogió
evaluar los criterios de fatiga y estática, para dar como resultado un cable que cumpla con los
requerimientos exigidos por el trabajo al que será sometido. Las variables utilizadas para tal
selección fueron las siguientes:
Dr = diámetro del cable
Dw = diámetro del alambre
Ds = diámetro de la polea mínimo admisible
w = peso por metro de longitud del cable
Am = área de la sección transversal del cable
Er = Modulo de elasticidad del cable = modulo de elasticidad del material del cable, en este
caso Acero ( E=2’109.000 kg/cm2 ó 3x104 ksi )
Fb = carga equivalente de flexión
N = coeficiente de seguridad estático
Fu= resistencia a la rotura del cable
Ft = carga máxima de trabajo sobre el cable
8.1 SELECCIÓN DEL CABLE
Se iniciará la selección del cable metálico del análisis al diagrama de cuerpo libre de la figura 16,
para calcular la carga máxima de trabajo sobre el cable:
Figura 16. Diagrama de cuerpo libre del sistema de limpieza.
La aceleración media se calcula para tener en cuenta el efecto dinámico, de la siguiente manera;
2
22
008,0
008,0.1000
115625,7
4
625,28
04
0625,28
seg
ma
seg
m
mm
m
seg
mm
t
va
=
≅×==−
−=
∆
∆=
Utilizando el diagrama de cuerpo libre de la figura 16, se hallará la componente del peso total
(Wt) que actuará sobre el cable metálico, el cual se denominará Wh , entonces:
kgfW
kgfkgfWW
h
th
956
95619,95570sen5,101670sen 00
=
≅=×=×=
Teniendo en cuenta que la longitud que recorre la carga total no es muy significativa, no se
tendrá en cuenta el peso del cable. Se decidió entonces utilizar dos cables metálicos IPS 6x19,
ya que este es un cable de una resistencia considerablemente alta para esta utilización y que
y x Donde: a = aceleración media del sistema. Wh = carga a
Wtotal
Ft
Wh
70º
posee una buena flexibilidad, lo cual es importante ya que este trabajará arrollado sobre un
tambor.
De la sumatoria de fuerzas en el diagrama de cuerpo libre de la figura 16, y tomando como
positivo las fuerzas que actúan en el sentido de la aceleración se tiene lo siguiente:
kgF
amW
F
amF
t
h
t
y
4792
=
×=−
×=∑
Para los cables IPS la resistencia ultima a la tracción esta comprendida entre 2
16870cm
kg f y
219680
cm
kg f , aquí se utilizará el valor promedio que es 2
18275cm
kg f , considerando el sistema de
limpieza como un equipo diverso de elevación se tomó un factor de seguridad a la fatiga de
N=3 y como se debe utilizar un coeficiente de presión sobre la resistencia máxima a la tracción
que garantice durabilidad, se trabajará con el valor de 0015,0=Su
p, entonces:
D DN F
p
SuSu
r s
t× ≡
× ×
×
2
Tomando el valor de Ds de la tabla 4 se halló que:
( )
cmD
D
D
DD
r
r
r
rr
52.1
33.2
105)(45
182750015.0
4793245
2
2
=
=
=
×
××=×
Estandarizando este valor con los valores estándar de la tabla 4 se encontró que cmDr 59.1=
el cual da como resultado que Fu=15.16 toneladas .
Comprobando si estos valores cumplen con el factor de seguridad a la fatiga escogido se
calcula nuevamente dando un valor de N=3.25, lo cual es satisfactorio, cumple con lo asumido
e indica que el cable no fallará por fatiga.
Calculando el siguiente factor de seguridad se asegurará que el cable no fallará por el criterio
estático, ahora calculando la carga equivalente de flexión se halla que es:
fb
s
mwmbb
kgF
D
ADEASF
1699
59,145
59,14,0057,0000.109'2 2
=
×
×××=
××=×=
Con este valor y reemplazando el valor del diámetro del cable seleccionado se halla que la
fuerza máxima de trabajo sobre el cable es de ft kgF 479= , fuerza esta que se utilizará para
calcular el factor de seguridad estático así:
( ) ( )
1,28
479,0
699,116,15
=
−=
−=
N
F
FFN
t
bu
Este valor asegura que estáticamente el cable difícilmente fallará. Así entonces los dos cables
seleccionados serán IPS 6x19 de diámetro 1,59 cm.
8.2 SELECCIÓN DEL TAMBOR DE ARROLLAMIENTO
Los tambores de arrollamiento de los cables metálicos deben ser lo suficientemente grandes
para permitir el arrollamiento total del cable en una capa, por lo anterior la longitud del tambor
depende de la longitud del cable a enrollar.
El número n de espiras necesarias en el tambor se calcula de la siguiente manera:
D
Ln
×=
π
Donde:
n = número de espiras del tambor
L = longitud del cable a enrollar
D = diámetro del tambor
Es necesario y recomendable además dejar al menos dos o tres espiras muertas, para el
presente proyecto de dejarán tres espiras muertas, las cuales ayudarán a la fijación del cable y
que impedirán que se desarrolle por completo, por lo tanto:
tFcD ×=
donde c es un coeficiente que se seleccionará de la tabla 5:
Tabla 5. Factores de seguridad ν y coeficientes k y c.
Grupo
Cable Tambor
C
Polea
c
Polea de
Compensación c
Valores de ν Para
160 kg/mm2
k
Para cables de 160 y 180 kg/mm2
I II III IV V
5.5 a 6 5.5 a 6 6 a 7 7 a 8 8 a 9.5
0.30 a 0.32 0.30 a 0.32 0.32 a 0.34 0.34 a 0.37 0.37 a 0.40
5 a 6 6 a 7 7 a 8 8 a 9 8 a 9
5.5 a 7 7 a 8 8 a 10 9 a 12 9 a 12
4.5 a 5 4.5 a 5 5 a 6 6 a 7.5 6 a 7.5
espirasn
espirasn
cmD
mmD
c
5,11
5,111416,319
687
19
1864795,8
5,8
=
=×
=
=
=×=
=
Sumándole finalmente las tres espiras muertas resulta que espirasn 5,14= .
Las dimensiones de las ranuras del tambor de arrollamiento, el paso y la distancia del centro del
cable a la parte más alta de la ranura del tambor se seleccionaron de la tabla 6 dando como
resultado:
Tabla 6. Dimensiones de las ranuras de los tambores.
Diámetro del cable 10
13
16
19
22
27
33
40
44
s ........... r .......... a ..........
12 5.5 1
15 7 1.5
18 9 2
22 10.5 2.5
25 12 3
31 15 3.5
37 18 4
45 22 5
49 24 6
tambordelranuraladealtamáspartelaacabledelcentrodeldistanciamma
tambordelranuraslasderadiommr
tambordelranuraslasdepasomms
,2
,9
,18
=
=
=
Es espesor de las paredes del tambor es igual al diámetro del cable, y el material del mismo será
de fundición.
8.3 SELECCIÓN DEL MOTORREDUCTOR DEL TAMBOR DE
ARROLLAMIENTO
Con la velocidad a la cual se moverá el sistema de limpieza, es decir, la velocidad con la que
s
h
a
r
será elevada la carga, la cual fue calculada anteriormente en el capitulo de la selección del cable
que es seg
mm625,28 y el diámetro del tambor de arrollamiento del cable se encontrarán las
revoluciones por minuto a las cuales debe girar el motorreductor en el eje de salida, entonces:
seg
mmV 625,28=
La velocidad lineal se define como:
rV ×= ω
donde:
)(
)(
mmcabledelntoarrollamiedetambordelradior
segundo
radianesangularvelocidad
=
=ω
Realizando los cálculos respectivos resulta:
rpm
cm
mmcm
seg
mm
877,2
1
10
2
19625,28
=
××=
ω
ω
Seguidamente utilizando la potencia necesaria para elevar el sistema de limpieza, que es de 0,47
H.P. y la velocidad angular a la cual deberá girar el tambor de arrollamiento el cable, que es de
2,877 rpm, y además teniendo en cuenta las pérdidas de potencia por fricción en los elementos
constitutivos del motorreductor y del tambor de arrollamiento, los cuales se considerarán del
20%, con lo cual la potencia del motorreductor deberá ser de 0,564 H.P.
Ahora teniendo en cuenta la potencia y la velocidad angular anteriormente calculada, se
selecciona de la tabla 7 del catálogo de motorreductores ASSI, un motorreductor trifásico de
0,6 H.P. de potencia, ya que es el valor más cercano al calculado, con velocidad angular de 3,22
rpm, con lo que recalculando la velocidad a la cual se moverá el sistema nos da seg
mmV 32= .
Las especificaciones técnicas del motorreductor seleccionado son las siguientes:
Velocidad de entrada = 1645 rpm
Velocidad de salida = 3,22 rpm
Relación de velocidad = 510,4 RD
Torque nominal = 1144 N•m
Factor de servicio = 2,10
Carga radial = 16,3 KN
Modelo motor/reductor = 71-4/BG253-244
Por lo cual las medidas representativas del motorreductor se observan en la figura 17.
Para el acople del motorreductor y el tambor de arrollamiento del cable se decidió escoger un
acople omega, ya que este es un acople que posee las siguientes características:
∗ Absorber choques y reducir vibraciones debido a las fluctuaciones del momento del par
que actúa sobre el árbol o la de la velocidad angular de este.
∗ Es de fácil consecución en el mercado a un bajo costo.
∗ Una larga vida útil.
∗ Permite leves desalineamientos entre los ejes que serán acoplados, 4º angulares y 3/16” en
forma paralela.
∗ Son resistentes a la humedad, corrosión y a trabajar a la intemperie.
∗ Bajos tiempos improductivos por daños en el acople ya que su diseño permite que sea
desensamblado y ensamblado facilmente.
∗ No existe un contacto de metal a metal entre el eje conductor y el eje conducido.
∗ Se pueden inspeccionar visualmente.
∗ No necesita lubricación.
∗ Los cubos conectores son intercambiables y ajustables a los espacios requeridos.
Para la selección del mismo se partirá de la potencia transmitida (H.P) y las revoluciones por
minuto a las cuales deberá girar el acople (rpm), las cuales son:
rpmminutoporvoluciones
PHPotencia
22.3Re
..6.0
=
=
Se halla luego un factor, el cual es la relación entre la potencia y las revoluciones por minuto:
6.18100/.22.3
1006.0100..100/.
=
×=
×=
rpmPH
RPM
PHrpmPH
Luego se busca en la tabla 8 el factor de servicio que cumpla con la aplicación del
acoplamiento y se encontró que F.S=1.5, por ser para acoplar motorreductor a tambor de
arrollamiento del cable y clasificarse como carga de servicio de torque variable durante la
operación del equipo, con los datos anteriores se encuentra un factor equivalente, el cual esta
determinado por la multiplicación del factor de servicio y el factor hallado anteriormente:
9.27)100/.(
5.16.18100/.)100/.(
=
×=×=
eequivalent
eequivalent
rpmPH
serviciodeFactorrpmPHrpmPH
Con este factor equivalente se selecciona el tamaño del acople de la tabla 9 con un valor igual o
mayor que el hallado anteriormente (27.9), con lo cual se halló un acople E70, las
especificaciones técnicas del mismo se observan en la figura 18 y sus medidas en la tabla 10.
9. DISEÑO DEL SOPORTE DEL RASTRILLO Y PORTA-RASTRILLO
9.1. SELECCIÓN DE LOS TUBOS DEL SOPORTE.
Para calcular la sección de los tubos guías del peine ubicamos principalmente el peine en el
punto medio de la luz de los mismos. Por esta razón no coinciden su punto de aplicación con
el centro de masa de los tubos. A continuación en la figura 19 se presenta, por motivos de
simplicidad, el esquema de las cargas aplicadas a un solo tubo.
Figura 19. Cargas aplicadas a un solo tubo del sistema de limpieza. El soporte del peine esta conformado por un par de tubos, los cuales se calcularan a
continuación, por esto debe tenerse en cuenta que por tratarse del análisis para cada tubo se
debe tomar solo la mitad de los pesos del rastrillo, porta-rastrillo, y de la carga que recoge el
sistema.
Wrastrillo=87.5 / 2 = 43.75 kgf Wportarrastrillo=105 / 2 = 52.5 kgf Wcarga=824 / 2 = 412 kgf
WPEINE WTUBO
Fy Fx
Ry 20º
70º
70º 70º
70º
E
D C
B
A
4.4 0.1 4.3 0.2
( )
( )
MW W W
X
M
M kgf m
c a rastrillo portarrastrillo
=+ +
⋅
=+ +
⋅
= −
arg
..
2
824 875 105
2012
61
Figura 20. Medidas de longitud del tubo.
Figura 21. Diagrama de fuerzas aplicadas a los tubos.
Figura 22. Diagrama de las componentes de las fuerzas que actúan sobre los tubos.
0.1 m
4.3 m
0.2 m
Fy*Sen20 Fx*Sen70
Fx*Cos7
Fy*Cos2 Wtubo*Cos70
Wtubo*Cos70
Wportarrastrillo*Cos70 Wrastrillo*Cos70 Wcarga*Cos70
Wportarrastrillo*Sen70
Wrastrillo*Sen70 Wcarga*Sen70
M Ry*Sen70
Ry*Cos70
70o A B
C D
M
70°
Ry
Wtubo
Wporta-rastrillo
Wrastrillo Wcarga
Fx
Fy
70o 20o
4.4 m
Luego de analizar el diagrama de cuerpo libre del tubo procedemos a plantear las siguientes
ecuaciones :
kgfRy
Ry
RyMWW
Ma
RyWWFyFx
Fy
RyWWFyFx
Fx
peinetubo
peinetub
peinetub
4.8770cos8.8
8.2270cos4.4190
070cos8.870cos4.470cos3.4
0
070cos70cos70cos20sen70sen
0
070sen70sen70sen20cos70cos
0
=
×
−××=
=××++××−××−
=
=×+×−×−×+×−
=
=×−×+×+×−×−
=
∑
∑
∑
o
o
ooo
ooooo
ooooo
Ahora simplificando, asumiendo el peso del tubo como cero (0) da que:
kgfFy
kgfFx
FyFx
FyFx
6.102
2.0
1.3534.094.0
4.9694.034.0
=
−=
=+−
−=−−
Desarrollando el sistema de ecuaciones utilizando para ello tres tubos de diferentes diámetros
obtenemos, lo que se observa en la tabla 11:
Tabla 11. Resultados obtenidos con diferentes diámetros de tubos.
Diám Tubo (plg)
Sch.
Peso Tubo (kgf)
Fx (kgf)
Fy (kgf)
Ry (kgf)
Momento Max. De grafica (kgf- m)
I/C Tubo (mm3)
I/C Tubo Max. Adm.
Observacion
2 40 54 0 300 261 452 15067 9186 Falla
4 40 160 0 355 313 527 17567 52668
6 10 140 0 345 303 514 17133 71218
Veamos los diagramas para uno de los diferentes tubos ensayados, para los demás es el mismo
diagrama con diferentes valores:
• Diámetro=4 pulgadas cédula 40. Este tubo resiste la carga aplicada con un factor de
seguridad de tres.
Diagrama de carga
Figura 23. Diagrama de carga.
Diagrama de Cortante
Figura 24. Diagrama de cortante.
Diagrama de Momento
Figura 25. Diagrama de momento.
527
466
(+)
520
121
54.7 173.5
61
107
121
-107
66.3
( - )
( + )
E
D B A
F
Del análisis de los tubos se concluye que se tomara el tubo de 6 pulgadas cédula 10 el cual
permite soportar las cargas provenientes del rastrillo, porta-rastrillo y la carga a elevar
asegurando su desplazamiento en toda su longitud con un factor de seguridad de 4.
Tubo seleccionado:
Diámetro: 6 pulgadas cédula. 10.
Material: Acero Inoxidable Tipo 304
Longitud de cada tubo: 9 m.
Cantidad: 2.
El sistema de fijación entre el rastrillo, porta-rastrillo y soporte de deslizamiento debe cumplir
las siguientes características:
∗ Permitir un deslizamiento de tal manera que no existan muchas pérdidas por fricción y no
causen fuerzas de atascamiento que impidan un libre movimiento.
∗ Que el material de contacto con el acero inoxidable del soporte de deslizamiento sea de
menor dureza, mayor desgaste, barato y de fácil consecución en el mercado.
∗ Debe tener un bajo coeficiente de rozamiento.
∗ Tendrá que poseer otro material que cumpla con la función de limpieza entre las
superficies en contacto para que minimice la introducción de material sólido capaz de
causar ralladuras entre los materiales en contacto.
∗ Deberá brindar estabilidad y ser robusta, ya que este elemento cargará al rastrillo y porta-
rastrillo.
∗ Será de un material poco corrosivo, ya que estará expuesto al contacto con aguas
residuales.
Por las razones antes mencionadas el sistema de fijación se constituirá con materiales que
cumplen con los requisitos de solicitación, los cuales son:
∗ Bronce: material que posee un bajo coeficiente de rozamiento con el acero inoxidable,
aproximadamente de 0.34 encontrándose las superficies en contacto secas y de 0.173 con
las superficies en contacto grasosas. Además es material de fácil consecución en el
mercado y de costos muy bajos.
∗ Tibar 1000: material que posee también un bajo coeficiente de fricción y que con la forma
en la cual será utilizada en el sistema de fijación entre el rastrillo, porta-rastrillo y soporte
de deslizamiento servirá de limpiador de materiales sólidos pequeños capaces de causar
ralladuras entre los metales en contacto e ir deteriorando y causando imperfecciones que
aumenten a largo plazo y causen pérdidas por fricción considerables como para causar
atascamiento y dificultar la transportación de los sólidos atrapados por el sistema de
limpieza.
Los materiales antes mencionados serán unidos y protegidos con una carcaza de acero
inoxidable, el cual le dará las características de robustez y firmeza, agregando a esto un aspecto
compacto y de geometría muy sencilla y de fácil mantenimiento y recambio. La geometría del
presente sistema de fijación se observa en los anexos.
10. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL SOPORTE
La estructura del soporte es la encargada de sostener los dos tubos guías calculados en la
sección anterior y permiten el desplazamiento del rastrillo a lo largo de la rejilla cumpliendo
con su trabajo de limpieza.
La estructura debe poseer características de resistencia que le permitan desempeñar su trabajo
satisfactoriamente sin fallar. Ésta debe sostener el tambor de arrollamiento que permiten
mover el rastrillo y a su vez debe estar ubicada estratégicamente para permitir el
funcionamiento de la banda transportadora sin llegar a interrumpirla.
10.1. CALCULOS DE DISEÑO.
Inicialmente se partirá de un bosquejo de la estructura, figura 26, el cual cumple con los
requerimientos funcionales para el sistema tales como, sostener los tubos guías, permitir el
paso de la banda transportadora por debajo de la misma, soportar el tambor de arrollamiento
y también el motorreductor.
Figura 26. Esquema de la estructura de soporte del sistema.
Se analiza inicialmente la estructura cuando la carga sobre el rastrillo esta aplicada pero aún no
hay tensión en el cable para ascenderla. Partimos del diagrama de cuerpo libre de la estructura
representado en la figura 27.
Figura 27. Diagrama isométrico de cuerpo libre de la estructura soporte.
F R RF
kgfy A B
y= = = = =∑ 0
2
345
2173:
65
RA RA
RB RB
Fy Fy
A B
C
D E
2960 mm
3130 mm
1000 mm
2600 mm
1000 mm
A B
C
D E
Análisis del Elemento C-D-E.
Figura 28. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte.
( )
F F Cos F F
F Sen
M Sen Cos Cos Sen F
F
Solucionando
F kgf
F kgf
F kgf
x BC AB DE
y
A DE
DE
BC
AB
DE
= − ⋅ + + =
= ⋅ =
= ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ − ⋅ = ⋅
⋅ − ⋅ =
=
=
=
∑
∑
∑
0 65 0
0 65 0
0 4 3 65 65 4 3 65 65 213 148 345
213 510 6
190
25
55
:
:
: . . . .
. .
:
F
F
3.3 F
BC
BC
BC
Análisis del elemento C-C
Por simplicidad se asume el elemento C-C como una viga apoyada en ambos extremos, por lo
que resultan una reacción vertical a cada lado para sostener elemento.
4300 mm
65o
FAB
RA
FDE
FBC
Fy
Figura 29. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte.
Fy Fc Fy kgf= = =∑ 0 345
Figura 30. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte.
Diagrama de Carga cortante:
Figura 31. Diagrama de carga.
Diagrama de Momento:
Figura 32. Diagrama de momento.
345 345
C C
345 345
( + )
( - )
345
345
( + )
320.9 kgf-m
0.93m 0.93m 0.74m
Fy Fy
C C
Fc Fc
Mmax kgf m
M c
I
I
c
Mmm
= −
=⋅
= = =
320 9
320900
3010696 3
.
σ
σ
Para este elemento C-C se prueba para diferentes tubos de acero en la tabla 12 que aparece a
continuación.
Tabla 12. Resultados de pruebas para diferentes diámetros de tubos.
Diam. Tubo
(in)
Schedule I/C tubo
(mm3)
Observación Factor seguridad
2 40 9186 Falla -
2.1/2 40 17435 1.6
3 40 28250 Ok 2.6
Análisis Elemento A-B
Figura 33. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte.
A B
FAB FAB
F kgf
SyF
A A
Akgf
kgf
mm
mm
AB
AB
AB
AB AB
AB
=
= =
= =
25
25
25
3008
2
2.
Este elemento A-B presenta una carga axial muy pequeña por lo que no se considerará
elemento de interés en el cálculo de la estructura.
Análisis Elemento C-D
Figura 34. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte.
65o
FDE
FAD
C
D
Fy
FBC
Fx
F Cos F F Cos
FCos
Coskgf
AF
Sy
kgf
kgf
mm
mm
AD DE BC
AD
AD
AD
=
⋅ + − ⋅ =
=⋅ −
=
= = =
∑ 0
65 65 0
190 65 55
6560
60
302
2
2
El elemento de la estructura que está más solicitado es el elemento C-C por lo tanto es el que
rige el diseño estructural. Este elemento está sometido a flexión y tomando un factor de
seguridad de 2.6 nos resulta un tubo de 3 pulgadas Schedule 40.
Pero el análisis que hasta aquí se ha hecho del elemento C-C proviene de las cargas que sobre
él actúan sin tener en cuenta el momento en que se intenta elevar el rastrillo en el cual aumenta
la carga debido a que el tambor de arrollamiento se apoya practicamente en él y por lo tanto
también debe analizarse esta situación del funcionamiento.
A continuación se analiza la estructura de soporte teniendo en cuenta la fuerza de elevación del
cable que intenta subir el rastrillo y crea una carga ubicada en la parte superior de la estructura.
Se empieza observando la acción del cable de ascenso sobre el sistema de tubos guías y su
consecuencia sobre la estructura de soporte. Los tubos guías se apoyan sobre la estructura de
soporte en el punto B transmitiéndole las cargas denominadas Fx y Fy como se observa en el
siguiente esquema:
Figura 35. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte.
F F W Cos
F Cos
F kgf
cable friccion c a rastrillo portarastrillo
cable
cable
= + ⋅
= + ⋅
=
arg , ,
.
70
272 10165 70
620
Wtubo
Wportarastrillo
Wrastrillo
Wcarga
Fcable
Ffriccion
Ry
Fy
Fx
A
B
E 70o
Fx
Fx F Cos F Cos
Fy
Fy Ry F Sen F Sen W W
Fy Ry
M
Ry
cable friccion
cable friccion tubo rastrillo portarastrillo c a
B
=
= ⋅ − ⋅ =
=
+ + ⋅ − ⋅ − − =
+ =
=
⋅ = ⋅ + =
∑
∑
∑
0
70 70 120
0
70 70 0
970
0
3 147 280 704 11156
:
:
:
. .
, , arg
Ry kgf
Fy kgf
=
=
372
598
Calculando la fuerza resultante en el punto B tenemos:
F F F kgf kgfB x y= + = + = ÷ =2 2 2 2120 598 610 2 305
La estructura recibe una carga resultante de 305kgf en cada apoyo superior de los tubos guías
cuando el cable intenta elevar la carga.
Se analizará el elemento C-C como una viga apoyada en los ambos extremos. Este análisis se
hará en el plano vertical que corta la viga por ser en ese plano donde actúan las cargas debidas
a la tensión del cable al elevar la carga provenientes del tambor de arrollamiento.
Para observar este efecto se muestra un esquema de la vista frontal y lateral de la parte superior
de la estructura con la ubicación del tambor de arrollamiento.
Figura 36. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte.
Diagrama de cuerpo libre
Figura 37. Diagrama de análisis de elementos constitutivos de la estructura soporte.
F F Sen kgf
Fy
Fc
cable vertical cable= ⋅ =
=
= ⋅ + ⋅ =
∑
70 583
0
583 2 299 2 882
:
Fcable vertical Fcable vertical
C C
FB FB
0.74m
1m
2.6 m
Fc Fc
FB
C C
FB
tambor
0.5m
1 m
Vista Frontal
tambor
C-C
Vista Lateral
Diagrama de Cortante:
Figura 38. Diagrama de cortante.
Diagrama de Momento:
Figura 39. Diagrama de momento.
Mmax kgf m
M c
I
I
c
Mmm
= −
=⋅
= = =
744 5
744500
3024817 3
.
σ
σ
882
( + )
( - )
299
299
882
744.5
705.6 705.6
( + )
A continuación se presenta la tabla 13 donde aparece el resultado del cálculo de esfuerzos para
diferentes tubos con el fin de determinar el mas adecuado.
Tabla 13. Resultados de los cálculos de esfuerzos para diferentes diámetros de tubo.
Diam. Tubo
(in)
Schedule I/C tubo
(mm3)
Observación Factor seguridad
3 40 28251 - 1.14
3 80 36461 OK 1.5
3-1/2 40 39230 - 1.6
4 40 52668 - 2.1
El tubo de 3 pulgadas de diámetro puede soportar la carga solicitada con un factor de
seguridad del 50% el cual se considera suficiente para el tipo de trabajo a realizar.
11. SELECCIÓN DEL TRANSPORTADOR DE BANDA.
La selección del transportador de banda se basará inicialmente en las características del material
que será manejado o transportado, según lo anterior y observando la tabla 3 junto con la
consideración de que el sólido más crítico es la piedra se encontrará que se puede enmarcar
dentro de las siguientes características:
• Tamaño: El sólido a manejar tendrá un tamaño mayor de 38.1 mm (1-1/2 pulgada), por lo
cual se considerará como aterronado, con terrones de un tamaño mayor de 12.7 mm (1/2
pulgada). Código D en la tabla 3.
• Fluidez: Al observar la tabla 14, y considerando que el sólido manejado es de forma
irregular, aterronado y de mediano peso el ángulo de reposo se considerará de 30 grados, lo
que resulta en un ángulo de sobrecarga de 20 grados. Código 2 en la tabla 3.
• Abrasividad: Por ser un material bastante rugoso y tratando de compensar las características
provenientes del contenido químico de las aguas negras se tomará como material muy
abrasivo. Código 7 en la tabla 3.
• Características misceláneas: El material al ser sacado del agua tendrá una humedad,
característica que lo lleva a ser considerado como ligeramente corrosiva. Código P en la
tabla 3.
Otro parámetro para la selección del transportador es el espacio disponible para su montaje, el
cual limita a que la banda no sea de un ancho mayor a un metro (1 m) ni de una altura mayor a
1.3 metros debido a la geometría de la estructura de soporte. Se requiere una banda con una
longitud de por lo menos 5.5 metros lo cual es suficiente para cruzar el canal de entrada de la
estación donde se instalará el equipo y pueda descargar en un contenedor dispuesto para tal
propósito.
Con las características del material y las limitantes de espacio antes mencionadas se encuentra
en la tabla 15 la siguiente opción:
• Opción:
Velocidad máxima recomendada para la banda = 20 a 100 pie/min.
Ancho de la banda = 30 pulgadas.
En la tabla 16 aparecen las recomendaciones de velocidad de la banda dependiendo del ancho
de la misma. La banda de 30 pulgadas de ancho permite transportar elementos hasta de 10
pulgadas, a una velocidad máxima de 400 pie/min.
Para calcular la capacidad de carga de la banda se tomó como parámetro el ángulo de
sobrecarga del material sobre la misma ( 20 grados), hallado anteriormente, el peso por pie
cúbico del material, asumiendo el material como piedra caliza triturada se utilizará un ángulo
de inclinación de banda de 20 grados y un ancho de 30 pulgadas se tiene que:
Wcarga=824 kgf.
Densidad caliza=90 libra/pie3.
El tiempo que toma el sistema entre dos descargas consecutivas sobre la banda es de unos 6
minutos=720 segundos, con lo cual se puede calcular que habrá una razón de carga de:
Razon c aWc a
tiempo
Razon c akgf
s
s
min
min
h
kgf
h
ton
hora
argarg
arg .
=
= ⋅ ⋅ = =824
720
60
1
60
14120 412
Esta es la máxima razón de carga que el sistema mecánico descargará sobre el transportador
de banda.
De la tabla 17 la capacidad de la banda viajando a 100 pie/min es:
Capacidad
Capacidadpie
hora
libra
pie
libra
hora
kg
lb
kg
hora
ton
hora
= ⋅
= ⋅ = ⋅ = ≈
Factor de Tabla densidad del material
3137 90 2823301
2 2128331 128
3
3 ..
La velocidad requerida para dar 4.1 ton/h será:
velocidad requeridaton
h
pie
min= ⋅ =412
128100 32
..
Esta es la velocidad lineal con la que debe moverse el transportador de banda para recibir la
carga que le entrega el sistema mecánico, pero se considera que es una velocidad sumamente
baja por lo que no se tendrá en cuenta al momento de seleccionar el motor y se tomará como
velocidad de la banda el valor de 50 pie/min.
11.1. POTENCIA DEL TRANSPORTADOR
La potencia del eje principal requerida para manejar el transportador de banda está compuesta
por los siguientes factores:
• Potencia para vencer la fricción de todas las partes que se mueven para manejar el
transportador de banda descargado a la velocidad requerida.
• Potencia para mover la carga horizontalmente.
• Potencia para levantar la carga verticalmente, para este caso la potencia es cero ya que el
transportador a considerar solo moverá la carga horizontalmente.
La potencia para manejar descargado el transportador de banda viene dada por la siguiente
fórmula:
El factor sale de la tabla 18.
PotFactor Tabla Velocidad requerida
hpfriccion =⋅
=⋅
=100
0 324 50
1000162
..
La potencia para mover la carga horizontalmente viene dada por la siguiente ecuación:
El factor sale de la tabla 19.
PotFactor Tabla capacidad
hphorizontal =⋅
=⋅
=100
0 364 41
1000 015
. ..
La potencia total es :
Pot=0.162+0.015=0.18hp
11.2. MAXIMA TENSION DE LA BANDA.
La máxima tensión de la banda está determinada por:
• Tensión efectiva de la banda.
• Tensión en el lado flojo.
• Tensión de flecha.
La tensión efectiva de la banda se calcula de la siguiente ecuación:
lbfTe
Veloc
PotTeT
banda
efectiva
8.11850
3300018.0
33000)(
=⋅
=
⋅=
La tensión en el lado flojo se toma de la ecuación:
TablaFactorTeTsT flojolado ⋅=)(
Asumiendo sistema de tornillo para tensionar, polea desnuda y 210º como ángulo del arco de
contacto, el factor de manejo de la tabla 20 es 1.Reemplazando en la ecuación:
lbfTs 8.11818.118 =⋅=
la tensión de flecha maneja la siguiente ecuación para su cálculo:
ApielbfPesominpieVeloc
htonCapacidadTsagT banda
bandaflecha ⋅⋅
+
⋅
⋅= 25.6)/(
60)/(
2000)/()(
Donde:
Pesobanda: Se obtiene de la tabla 21.
A: Espaciamiento entre rodillos (pie), tabla 22.
El factor de 6.25 tiene como función limitar el pandeo de la banda entre rodillos a un 2%.
Para una capacidad de carga de 90 (lib/pie3) tenemos:
A=4.2 pie.
Reemplazando en la ecuación :
lbfpiepie
lbf
min
pie
h
ton
Tsag 223)(2.425.675.5
6050
20001.4
=⋅⋅
+
⋅
⋅
=
La tensión máxima de la banda es la suma de la tensión efectiva y la tensión en el lado flojo o
la tensión efectiva y la tensión de flecha. Se compara ambos valores y se toma el mayor:
Tmax=Te+Ts=118.8+118.8=237.6 lbf.
Tmax=118.8+223=341.8 lbf.
Se tiene que:
Tmax=341.8 lbf.
La esfuerzo lineal de la banda se encuentra dividiendo la tensión máxima y la anchura de la
misma :
==
in
lbfTbanda 4.11
30
8.341
Esto es, unidad de fuerza por pulgada de ancho de la banda.
De la tabla 22 se obtiene también los datos de espaciamiento de rodillos del transportador:
A=4.2 pie
B=4.5 pie
C=3 pie
D=10 pie
11.3. SELECCIÓN DE BANDA Y LAS POLEAS.
Para hallar las características de la banda y los diámetros mínimos de las poleas se utiliza el
número de la banda usada en los cálculos de las tensiones. En la tabla 23 encontramos la
especificación estándar de la Rubber Manufacturer Association (RMA), la tracción permisible,
el número de pliegues o lonas de nylon y la anchura máxima de la banda:
Banda No. 150
Especificacion: RMA 70
Número de pliegues: 2
Máximo ancho: 30 in.
Tensión permisible por pulgada de ancho: 150 (lbf/in)
Se observa que la banda escogida cumple con los requerimientos de carga ya que la tensión
permisible es mayor que la tensión soportada por la banda.
De la tabla 24 encontramos el número mínimo de pliegues entrando con el ancho de la banda y
el peso por pie cubico del material transportado, el cual es de 2 pliegues, perteneciendo al
rango de carga mediana.
De la tabla 25 encontramos el número máximo de pliegues entrando con el ancho de la banda,
el cual es de 5 pliegues.
Por lo tanto 2 pliegues están dentro del rango del valor máximo y se considera satisfactorio.
En la tabla 26 se encuentra el espesor de la cubierta superior e inferior de la banda
respectivamente. Entrando con el número de la banda y las propiedades abrasivas del material
a transportar:
Espesor superior: 3/16 in.
Espesor inferior: 1/16 in.
En la tabla 27 se localizan los diámetros mínimos recomendados para las poleas del
transportador de banda:
Diámetro polea del cabezal: 14 in
Diámetro polea tensora: 10 in.
Diámetro polea de descarga: 12 in.
De la tabla 28 se encuentran las características de las poleas del cabezal de descarga y tensora
entrando a la tabla con el ancho de banda .
Diámetro polea cabezal: 14 in.
Diámetro eje: 2-3/16 in.
Ancho de polea: 32 in.
Distancia entre centros de los rodamientos: 39 in.
Peso de las poleas 140 lbf.
De la tabla 29, con el ángulo de la banda de 20º y el ancho de banda de 30 pulgadas se
encuentran las especificaciones de los rodillos intermedios:
A = 39 pulgadas
Bmax = 7.1/2 pulgadas
Bmin = 6 pulgadas
C = 11.3/16 pulgadas
D = 9.1/4 pulgadas
E = 13.3/16 pulgadas
F = 33 pulgadas
G = 5/8 pulgada
H = 9 pulgadas
J = 20º
Peso de cada rodillo intermedio = 58 libras
De la tabla 30, entrando con el ancho de banda se encuentran las especificaciones de los
rodillos de retorno:
A = 39 pulgadas
B = 33 pulgadas
Peso de cada rodillo de retorno = 31 libras
En la figura 40 se muestra la forma como debe quedar montada la estructura que soportará a la
banda transportadora y a sus componentes.
11.4. SELECCION DEL MOTORREDUCTOR DE LA BANDA
Con la velocidad requerida y el mínimo diámetro de polea del cabezal se encuentran las
revoluciones por minuto a las que debe girar el motorreductor.
Vrequerida=50 pie/min.
La velocidad lineal es:
v= ω �r
donde:
w: Velocidad angular (rad/s).
r: Radio de la polea conducida o polea del cabezal (in)
Entonces:
( )
rpmmin
rev
radmin
revs
s
radw
winpie
in
s
min
min
pie
64.1364.132
6043.1
71
12
60
150
=
=
⋅
⋅
⋅⋅
=
⋅=
⋅
⋅
π
La potencia calculada para movilizar la banda transportadora en las condiciones de trabajo
antes impuestas es de 0.18 HP, pero teniendo en cuenta las respectivas pérdidas por fricción,
que se asumirán del 20%, dan una potencia requerida en el motorreductor que será de:
..216.0
2.018.018.0
PHP
P
requerida
requerida
=
×+=
Teniendo en cuenta que la velocidad de salida del motorreductor será 13.64 rpm y la potencia
0.216 H.P., de la tabla 31 del catálogo de motorreductores ASSI se escoge un motorreductor
trifásico, de potencia 0.4 H.P. ya que es el mínimo valor que se puede escoger de dicho
catálogo y velocidad de salida del mismo de 13.08 rpm, con lo que recalculando la velocidad
requerida quedará así:
min
pieV
p
piep
rev
rad
min
revV
pr
rpm
48
lg12
1lg7
1
208.13
lg7
08.13
=
×××=
=
=
π
ω
Las especificaciones técnicas del motorreductor seleccionado son las siguientes:
Velocidad de entrada = 1640 rpm
Velocidad de salida = 13.08 rpm
Relación de velocidad = 125.42 C.C.
Torque nominal = 188 Nw x m
Factor de servicio = 1.76
Carga radial = 5.8 KNw
Modelo motor/reductor = 71-4/BG244-12
Las medidas representativas del motorreductor se observan en la figura 41.
Para el acople del motorreductor y la banda transportadora se decidió escoger un acople
omega, ya que este es un acople que posee las siguientes características:
∗ Absorber choques y reducir vibraciones debido a las fluctuaciones del momento del par
que actúa sobre el árbol o la de la velocidad angular de este.
∗ Es de fácil consecución en el mercado a un bajo costo.
∗ Una larga vida útil.
∗ Permite leves desalineamientos entre los ejes que serán acoplados, 4º angulares y 3/16” en
forma paralela.
∗ Son resistentes a la humedad, corrosión y a trabajar a la intemperie.
∗ Bajos tiempos improductivos por daños en el acople ya que su diseño permite que sea
desensamblado y ensamblado fácilmente.
∗ No existe un contacto de metal a metal entre el eje conductor y el eje conducido.
∗ Se pueden inspeccionar visualmente.
∗ No necesita lubricación.
∗ Los cubos conectores son intercambiables y ajustables a los espacios requeridos.
Para la selección del mismo se partirá de la potencia transmitida (H.P) y las revoluciones por
minuto a las cuales deberá girar el acople (rpm), las cuales son:
rpmminutoporvoluciones
PHPotencia
08.13Re
..4.0
=
=
Se halla luego un factor, el cual es la relación entre la potencia y las revoluciones por minuto:
05.3100/.08.13
1004.0100..100/.
=
×=
×=
rpmPH
RPM
PHrpmPH
Luego se busca en la tabla 32 el factor de servicio que cumpla con la aplicación del
acoplamiento y se encontró que F.S=1.5, por ser para acoplar motorreductor a transportador
de banda, con los datos anteriores se encuentra un factor equivalente, el cual esta determinado
por la multiplicación del factor de servicio y el factor hallado anteriormente:
57.4)100/.(
5.105.3100/.)100/.(
=
×=×=
eequivalent
eequivalent
rpmPH
serviciodeFactorrpmPHrpmPH
Con este factor equivalente se selecciona el tamaño del acople de la tabla 10 con un valor igual
o mayor que el hallado anteriormente (4.57), con lo cual se halló que es un acople E30, las
especificaciones técnicas del mismo se observan en la figura 42.
12. SISTEMA ELECTRICO Y DE CONTROL SEMIAUTOMATICO
El sistema eléctrico está compuesto por relés temporizados, flotadores, finales de carrera,
vigilantes de tensión, contactores y relés de sobretemperatura y funcionará de la siguiente
manera.
Cuando la rejilla se encuentre con sucio, esta hará que halla una diferencia de niveles entre ella
y la entrada a los pozos de succión de las bombas, por lo que se instalarán dos flotadores de
mercurio uno de marcha y otro de parada, es decir, uno de nivel bajo y otro de nivel alto, con
los cuales se activaran el rastrillo y la banda transportadora. El rastrillo siempre estará en la
parte superior de la rejilla y trabajará hasta que el flotador de nivel bajo, quede en su posición
de apagado, la inversión de giro del motorreductor estará comandada por dos finales de
carrera. La banda transportadora, trabajará por medio de un temporizador el cual se
programará dependiendo del tiempo de trabajo del rastrillo.
Este sistema tendrá la opción de apagado, para cuando se necesite realizarle mantenimiento
preventivo al equipo, una posición de automático y otra posición manual, para cuando el
sistema automático presente alguna falla, ya sea por daño en cualquiera de sus elementos
eléctricos o por alguna otra razón.
A continuación se muestra en la figura 43, el diagrama de control del motorreductor del
rastrillo y del motorreductor de la banda transportadora.
13. MANUAL DE MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE LIMPIEZA
La gran variedad de tipos y tamaños de los engranes y de las transmisiones a base de engranes
hace no práctico indicar la instalación y mantenimiento con detalles específicos. El usuario
debe consultar los folletos publicados por el fabricante y observar con todo cuidado los datos
que se dan en la placa de identificación y en los marbetes.
El manejo, instalación y servicio de una transmisión encerrada nueva a base de engranes
merecen atención especial para evitar daños y asegurar la operación apropiada. En la tabla 33
se proporciona una lista de verificación de aspectos importantes.
13.1. MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y PREDICTIVO.
El mantenimiento es un trabajo que requiere una planeación coordinada. El realizar
reparaciones a una maquina cuando esta lo requiere, ya sea porque no se puede parar o porque
un elemento de esta se encuentra con ruido por ejemplo, es aplicar una economía falsa. La
lubricación, inspección, ajuste y limpieza practicados a intervalos regulares, mantendrá a la
maquina en servicio durante un periodo bastante más largo con costos de producción más
bajos, este es el verdadero mantenimiento preventivo.
En toda la maquinaria rotativa los fenómenos de falla que se pueden presentar van asociados
con su velocidad de giro y por ende su reconocimiento estará en función de esta. La manera
como se manifiestan estos fenómenos es por las vibraciones que esto generan, a través de ellas
podemos detectar e identificar todos los problemas rotacionales de la maquina.
Algunas de las técnicas mas usadas incluyen, para el análisis de las vibraciones, los siguientes
parámetros, Amplitud vs. Frecuencia, Amplitud vs. Tiempo, Amplitud vs. Frecuencia vs.
Tiempo.
Es natural que las maquinas vibren y hagan ruidos, hasta las maquinas en el mejor estado
operacional posible presentan alguna vibración y ruidos debido a defectos de poca
importancia, si el ruido o vibración que produce una maquina aumenta o llega a ser excesivo,
lo más probable es que se deba a algún defecto mecánico, puesto que los ruidos y vibraciones
de maquinaria no aumentan ni se hacen excesivos sin razón cualquiera. La causa de estos
ruidos y vibraciones son desbalanceos, desalineación, desgaste de engranes o rodamientos,
juegos excesivos, soltura mecánica, etc.
Por todo lo anterior debemos realizar mediciones periódicas de vibraciones para que si alguno
de estos problemas existe, tratarlos con la mayor rapidez posible.
13.2 INSTRUCCIONES DE LUBRICACION
La lubricación inapropiada es una de las causas principales de falla en las transmisiones a base
de engranes, rodamientos y partes mecánicas que se encuentran en contacto permanente y
constante. Deben seguirse las instrucciones del fabricante de los engranes para asegurar la
operación apropiada.
La lubricación es de mucho interés para el ingeniero de mantenimiento, ya que tiene una
influencia bastante grande a su comodidad personal y en los costos que tiene que cargar a los
servicios de mantenimiento. Cualquier maquina trabajará con mayor seguridad y mejor
eficiencia si su lubricación es la adecuada. Bajo las condiciones antes mencionadas el ingeniero
de mantenimiento tendrá que controlar que el lubricante a utilizar sea el adecuado, que sea
aplicado apropiadamente para las condiciones de trabajo y operaciones de la maquina. Esto
obtendrá la disminución del costo mínimo de mantenimiento y costos bajos de producción.
13.2.1 Reductores de velocidad. Las cantidades de aceite requeridas son especificadas en la
tabla 34 Para determinar la cantidad de aceite en litros, identifique el tipo de reductor y la
posición de montaje ver figura 44.
Los reductores también pueden ser lubricados con grasa. La cantidades están dadas en la
ultima columna de la tabla 34. Las cantidades en los paréntesis se refieren a los números de los
tapones de aceite, los cuales funcionan como tapón de nivel. Los números y posiciones de los
tapones de aceite están mostrados en las figuras 45 y 46.
• Tanto la grasa como el aceite deben ser cambiados aproximadamente a las 15.000 horas de
trabajo a una temperatura de aceite 60°C. Si la temperatura de aceite está por encima o por
debajo, los intervalos d cambio disminuyen o aumentan respectivamente.
• Para limpiar el reductor internamente se debe utilizar el mismo tipo de aceite que se emplea
bajo condiciones de trabajo.
• Revisar el nivel de aceite mensualmente.
• El aceite debe llegar hasta el tapón correspondiente a su posición.
• El motorreductor nunca debe ser llenado con una cantidad de aceite o grasa que no
corresponda a su posición de montaje.
• Los motorreductores son despachados con aceite de viscosidad ISO 220
• Los rodamientos interiores son lubricados con aceite, el rodamiento del eje de
acoplamiento y el rodamiento del eje de entrada son lubricados con grasa especial para
rodamientos.
• Recomendación :
Temperatura ambiente / tipo de aceite.
-20°C a +10°C ISO VG 32 EP
+5°C a + 30°C ISO VG 220 EP
-15°C a +40°C Sintético ISO VG 150 EP
13.2.2 Motores eléctricos. Los motores eléctricos deben ser revisados en las borneras de
conexión, para verificar que los contactos en esta se encuentren bien apretados y que no se
vean cables sobrecalentados, ya que cuando hay un contacto flojo se producen corrientes
parásitas que aumentan la temperatura en estos. El siguiente punto de importancia es la
inspección periódica en la que es sumamente importante hacer pruebas con el equipo
trabajando en condiciones normales de operación.
13.2.2.1 Devanados del estator. Los factores que más activamente contribuyen a la
aparición de fallas en los estatores son, generalmente el polvo y la suciedad.
La limpieza periódica con aire limpio y seco es por lo general suficiente para mantener las
acumulaciones de polvo y reducirlas a un mínimo notable. Uno de los enemigos del
aislamiento, es la humedad. Algunos tipos de aislamiento moderno presentan una resistencia
razonablemente buena contra la humedad, pero por lo general es aconsejable mantener todo
tipo de devanados en condiciones secas dentro de lo posible.
13.2.2.2 Aislamiento. El detalle más importante en el mantenimiento de aparatos eléctricos
es el cuidado que se le dedica al aislamiento.
Hay que realizar medidas de aislamientos cada tres meses con un equipo llamado Megguer, el
cual puede ser mecánico, eléctrico o electrónico, el ultimo es el mejor ya que da como
resultado medidas más exactas.
Esta medida se toma como parámetro para saber la variación del aislamiento del estator y el
cable de conexión, si esta es menor de cinco megaohmios se debe proceder a desconectar el
cable de la bornera del motor y medir estos por aparte. Si es el cable el que se encuentra por
debajo de la medida de cinco megaohmios, este debe ser reemplazado por uno del mismo
calibre. Si es el estator, este se debe bajar limpiarse, lavarse con un lavador de motores
eléctricos, revisarle si hay alguna bobina recalentada de ser así hay que barnizarlo y colocarle
calefacción de lo contrario solo se le coloca calefacción por 24 horas. Después de esta
operación se vuelve a medir si está por encima de cinco megaohmios se vuelve armar sino se
tendrá que rebobinar el estator, con un aislamiento clase F.
13.2.3 Banda transportadora. La banda transportadora deberá ser lavada con agua limpia
diariamente y revisión del estado de esta. Todas sus partes rodantes, como son los rodillos
guías, rodillo del cabezal y el rodillo tensor deberán ser lubricado con grasa cada quince días,
por la clase de elementos a transportar, así como también hacerle revisión a los rodamientos y
chumaceras.
13.2.4 Cable y tambor de arrollamiento. El cable debe ser lubricado cada quince días, con
un lubricante especial para cables, debido a que este se encontrará sumergido constantemente
en agua residual, ocasionando esta un ataque químico bastante fuerte. El cable debe ser
revisado cada quince días visualmente debido a una posible fractura de este ocasionada por
toda la clase de elementos que llegan a este, como son palos, piedras, etc., y si es necesario
debe ser cambiado, este cambio deberá ser decidido por el grupo de inspección de
mantenimiento.
El mantenimiento del tambor de arrollamiento es bastante sencillo, ya que sólo hay que
lubricar las chumaceras con grasa cada mes, limpieza general de este y revisar el sistema de
sujeción del cable a este.
13.2.5 Estructura. La estructura del sistema de limpieza y banda transportadora, deberá ser mantenida con
pintura cada año, de la siguiente manera: raqueteado, aplicación de convertidor de oxido donde se requiera
este, aplicación de contraoxido epóxico dos manos y esmalte azul ultramar (color de la empresa) dos manos.
Cambiar la tornillería que sea necesaria
14. EVALUACIÓN ECONÓMICA
14.1. EVALUACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS. 14.1.1. Condiciones generales de evaluación.
• Denominación de las alternativas:
Las alternativas tendrán los siguientes nombres distintivos:
ALTERNATIVA 1: así se identificará la alternativa que no necesita o contempla ningún
cambio en el tratamiento del agua residual, es decir, en las condiciones en que se encuentra
actualmente.
ALTERNATIVA 2: se denominará de esa manera a la alternativa que contempla cambios en
el tratamiento del agua residual, es decir, implementando un sistema de limpieza primario.
• Duración de las alternativas:
ALTERNATIVA 1:
De acuerdo a la hoja de vida del sistema de bombeo, el tiene un promedio de falla de una vez
por año, eso debido al daño causado en los impeler por los impactos de los sólidos arrastrados
por las aguas residuales, los cuales tienen un tamaño mayor a 1.1/2 pulgada.
ALTERNATIVA 2:
De acuerdo al análisis que se realizó a cada uno de los elementos constitutivos del sistema, se
encontró que el mismo saldrá de funcionamiento una vez cada tres años, la anterior
observación se basó en la falla del elemento más critico que hace parte del sistema de limpieza,
el cual se determinó que es el cable, esto debido a que estará expuesto a la corrosión, a la
humedad , fatiga y esfuerzos de tensión.
Analizando la vida útil de cada una de las alternativas, la evaluación económica se llevará a
cabo sobre la base de un período de 6 años.
Clase de evaluación a realizar:
La evaluación tendrá las siguientes características:
Alternativas que producen el mismo servicio: se analizarán los costos de mantenimiento,
reparación, reemplazo y operación.
Alternativas mutuamente excluyentes: a pesar de que ambas alternativas tienen la misma
finalidad, es decir, conducir las aguas residuales a una vertiente que luego desembocará en la
ciénaga de la Virgen, una de las dos será la elegida debido a que presentará mejor control de
calidad sobre las aguas residuales vertidas al medio ambiente.
Alternativas de diferente vida de servicio: como ya se explicó, las alternativas poseen
diferente vida económica.
Reemplazo en condiciones reales: el modelo de igualación de vida, es el más indicado y
presenta mayor confiabilidad.
Tasa mínima de retorno:
La empresa ACUACAR E.S.P. posee una tasa mínima de retorno del 40 %.
Tasa de aumento de costos por inflación:
La tasa de aumento de costos por inflación esperada por el gobierno a diciembre del 2000 es
del 20 %.
14.2. ANALISIS DE LOS COSTOS.
14.2.1. Inversión inicial. La inversión inicial de cada una de las alternativas se presenta en el
cuadro 1, las cuales contienen valores unitarios de cada uno de los elementos constitutivos,
tanto del sistema de bombeo como del sistema de limpieza de la rejilla.
Este valor inicial representa el costo de todo lo que se va a instalar, materiales, mano de obra,
repuestos, etc. Entre ellos están el reductor de velocidad, poleas, eje principal, motores, cable,
etc.
Los valores iniciales obtenidos para el presupuesto, fueron obtenidos de diferentes empresas
de la ciudad, personas expertas en el tema y datos proporcionados por el departamento de
mantenimiento y contabilidad de AGUAS DE CARTAGENA S.A. E.S.P.
14.2.2. Costos por mantenimiento. Los costos por mantenimiento evaluados son aquellos
que difieren en cada una de las alternativas. El mantenimiento a realizar será preventivo y
predictivo, más no correctivo, ya que estos son daños que pueden ocurrir en cualquier
momento.
ALTERNATIVA 1:
Mantenimiento de las bombas sumergibles: como se sabe, lo que más afecta a las bombas
sumergibles es la gran cantidad de sólidos que arrastran las aguas residuales, la suciedad y
corrosión del ambiente donde se encuentran ubicadas las mismas, por lo que este
mantenimiento se realiza anualmente.
El mantenimiento consiste en el desmontaje de la bomba, traslado de la misma a las
instalaciones donde se le realizará el mantenimiento, desarme de la bomba, cambio de sellos
mecánicos, revisión del eje y rellene del mismo, si es necesario, revisión y arreglo del impeler,
lubricación y pintura, todo por un costo total de $25’000.000 pesos por cada bomba.
ALTERNATIVA 2:
Motorreductores de velocidad: este mantenimiento se enfoca primordialmente a la verificación
del nivel de aceite y al cambio del mismo, revisión y cambio de rodamientos en mal estado y
revisión del sobrecalentamiento, vibraciones y ruidos anormales. Este consta de dos
motorreductores, el de la banda transportadora y el del sistema de limpieza, este
mantenimiento se realiza semestralmente, todo a un costo de $100.000 pesos por cada uno de
los motorreductores.
14.2.3. Costos por reemplazo.
ALTERNATIVA 1:
Como se aseguró anteriormente, los impeler de las bombas fallan una vez por año. El costo
del reemplazo estará determinado por el cambio de este elemento, el cual tiene un costo
aproximado de $10’000.000 más la mano de obra.
ALTERNATIVA 2:
Para esta alternativa se necesita el reemplazo del cable metálico que eleva y transporta al
rastrillo, portarrastrillo y carga. El costo de este reemplazo esta determinado por el cambio del
mismo, el cual tiene un costo de $600.000 más la mano de obra.
14.2.4. Costos por operación. En este análisis se hallará cuanta energía consumen los
motores eléctricos de las bombas y cuanta energía consumen los motorreductores.
ALTERNATIVA 1:
Motor eléctrico de la bomba:
Tiempo accionado/día = 24 hr./día
Consumo de energía = 265 Kw.
Costo de energía = $131,59/Kw
COSTO OPERACIÓN MOTOR ELÉCTRICO = 24 hr/dia x 265 Kw x $ 131,59 / Kw-hr
COSTO OPERACIÓN MOTOR ELÉCTRICO = $ 836.912,4 / día x 365 días
COSTO OPERACIÓN DE LAS TRES BOMBAS = $305’473.026
ALTERNATIVA 2:
El motorreductor del tambor de arrollamiento del cable y el motorreductor de la banda
transportadora:
Tiempo accionado = 16 min./accionada x 24 accionadas / día = 384 min./día = 6.4 hr / día
COSTO OPERACIÓN 2 MOTORREDUCTORES = 6.4 hr / día x 2,595 Kw x $131.59/Kw
COSTO OPERACIÓN 2 MOTORREDUCTORES = $2185,44 / día x 365 días
COSTO OPERACIÓN 2 MOTORREDUCTORES = $797.688
COSTO OPERACIÓN DE LAS TRES BOMBAS = $305’473.026
NOTA: En comparación con el costo de operación de los motores que mueven las bombas, el
costo de operación de los dos motorreductores es muy despreciable.
Cuadro 1. Inversión inicial de las alternativas 1 y 2.
INVERSIÓN INICIAL
ALTERNATIVA 1
Material Unidad Cantidad Valor
Unitario Costo Total
Impeler Global 3 $10,000,000 $30,000,000 TOTAL $30,000,000
ALTERNATIVA 2
Material Unidad Cantidad Valor Unitario
Costo Total
Banda transportadora Global 1 $10,658,000 $10,658,000 Sistema de limpieza Global 1 $12,191,300 $700,000.00
TOTAL $22,849,300
Cuadro 2. Costos por mantenimiento de las alternativas 1 y 2.
COSTOS POR MANTENIMIENTO
ALTERNATIVA 1
Material Frecuencia Costo por
mantenimiento Bomba sumergible 1 anual $ 25,000.000.00 Bomba sumergible 2 anual $ 25,000.000.00 Bomba sumergible 3 anual $ 25,000.000.00
TOTAL $ 75,000.000.00
ALTERNATIVA 2
Material Frecuencia Costo por mantenimiento
Motorreductor tambor
Semestral $ 200,000.00
Motorreductor banda
Semestral $ 200,000.00
TOTAL $ 400,000.00
Cuadro 3. Costos por reemplazo de las alternativas 1 y 2.
COSTOS POR REEMPLAZO
ALTERNATIVA 1
Material Vida de servicio Costo por reemplazo
Impeler 1 anual $ 10,000.000.00 Impeler 2 anual $ 10,000.000.00 Impeler 3 anual $ 10,000.000.00
TOTAL $ 30,000.000.00 ALTERNATIVA 2
Material Vida de servicio Costo por reemplazo
Cable metálico 3 años $ 300.000.00 TOTAL $ 300,000.00
Cuadro 4. Costos por operación de la alternativa 1.
COSTOS POR OPERACIÓN
ALTERNATIVA 1
Material Tiempo de
evaluación Costo por operación
Motor eléctrico 1 año $ 305,473.026.00 TOTAL $ 305,473.026.00
14.3 EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LAS ALTERNATIVAS.
Esta evaluación tiene como objeto, encontrar el Costo Presente Neto de las dos alternativas.
Clases de valores:
- CPE: Costo Presente Equivalente
- VP: Valor Presente
- VA: Valor Anual
- VF: Valor Futuro
Año de Evaluación:
Los años de evaluación serán desde cero (0) hasta seis (6) años.
Cuadro 5. Discriminación de costos para las alternativas 1 y 2.
ALTERNATIVA 1
Costo Clase de valor Año de evaluación Valor de costo
Inversión inicial VP 0 30,000.000 Mantenimiento VA 0 – 6 75,000.000 Reemplazo VA 0 – 6 30,000.000 Operación VA 0 – 6 305,473.026
ALTERNATIVA 2
Costo Clase de valor Año de evaluación Valor de costo Inversión inicial VP 0 22,849.300 Mantenimiento VA 0 – 6 400.000 Reemplazo VA 0 – 6 300.000 Operación VA 0 – 6 0
14.3.1. Evaluación Alternativa 1.
VP1 = es igual a la inversión inicial = $ 30,000.000
VA1 = es la anualidad por mantenimiento cada año = $ 75,000.000
VA2 = es la anualidad por reemplazo cada año = $ 30,000.000
VA3 = es la anualidad por operación cada año = $ 305,473.026
I = tasa interna de retorno = 35 %
i = interés anual = 20 %
is = interés semestral = 9.5 %
ib = interés cada dos años = 44 %
♦ Diagrama de tiempo de la alternativa 1. 0 1 2 3 4 5 6 (años) 30,000.000 30,000.000 75,000.000 305,473.026
Anualidades del costo por mantenimiento Anualidades del costo por reemplazo Anualidades del costo por operación
Valor inicial
VF por mantenimiento:
VF = VA1 (F/A, is, n) = 75,000.000 (F/A, 20, 6) = 75,000.000 x 9,93
VF = 744,750.000
VF por reemplazo:
VF = VA2 (F/A, is, n) = 30,000.000 (F/A, 20, 6) = 30,000.000 x 9,93
VF = 297,900.000
VF por operación:
VF = VA4 (F/A, i, n) = 305,473.026 (F/A, 20, 6) = 305,473.026 x 9,93
VF = 3.033.347.148
Sumando todos los VF en el año 6, se obtiene un VF total:
VFT = 4.075.997.148
CPE1 = VP1 + VFT (P/F, I, n)
CPE1 = 30,000.000 + VFT (P/F, 35, 6) = 30,000.000 + (4.075.997.148 x 0,1652)
CPE1 = 703’354.729
14.3.2. Evaluación Alternativa 2.
VP2 = es igual a la inversión inicial = $ 22,849.300
VA1 = es la anualidad por mantenimiento cada año = $ 75,400.000
VA2 = es la anualidad por reemplazo cada tres años = $ 300.000
VA3 = es la anualidad por operación cada año = $ 306,270.714
I = tasa interna de retorno = 35 %
i = interés anual = 20 %
is = interés semestral = 9.5 %
ib = interés cada tres años = 72.8 %
♦ Diagrama de tiempo de la alternativa 2.
0 1 2 3 4 5 6 (años) 75,400.000 22,849.300 306,270.714 300.000
Anualidades del costo por mantenimiento Anualidades del costo por reemplazo Valor inicial
VF por mantenimiento:
VF = VA1 (F/A, is, n) = 75,400.000 (F/A, 20, 6) = 75,400.000 x 9,93
VF = 748’722.000
VF por reemplazo:
VF = VA2 (F/A, ib, n) = 300.000 (F/A, 72.8, 2) = 300.000 x 2,728
VF = 818.400
VF por operación:
VF = VA3 (F/A, ib, n) = 306,270.714 (F/A, 20, 6) = 306,270.714 x 9,93
VF = 3.041’268.190
Sumando todos los VF en el año 6, se obtiene un VF total:
VFT = 3.790’808.590
CPE2 = VP2 + VFT (P/F, I, n)
CPE2 = 22’849.300 + VFT (P/F, 35, 6) = 22’849.300 + (3.790’808.590 x 0,1652)
CPE2 = 649’090.879
14.4. COMPARACIÓN DE RESULTADOS.
Los resultados obtenidos por los cálculos anteriores son:
CPE1 = 703’354.729
CPE2 = 649’090.879
Se observa que la alternativa 2 es la más factible, ya que el costo está por debajo de los costos
de la condición actual (alternativa 1).
No se evalúa el valor de salvamento porque no se está evaluando la vida útil de las máquinas.
15. CONCLUSIONES
El diseño es un área muy importante para nosotros como futuros Ingenieros Mecánicos, he
aquí la razón por la cual se desarrollo este proyecto con la mayor seriedad y esfuerzo posible.
Esta demostrado que el ambiente real en el cual se desarrollaran los futuros Ingenieros de esta
gran Institución es muy diferente de la formación teórica que se recibe en una aula de clase,
entonces llegamos a la conclusión de que un trabajo de grado no es más que aplicar toda esa
teoría asimilada durante la vida estudiantil y que al final no logra sino graduar a los estudiantes
sin ninguna experiencia viva o real y lanzarlos a unas estadísticas nefastas, como son el rublo
de desempleados que posee nuestro país.
Por experiencias propias hemos querido compartir una vivencia, y es la de estar laborando y a
la vez realizando nuestro proyecto de grado, cosa que es muy interesante pero no muy
ventajosa y por tanto dificultosa, pero como los triunfos sin sacrificio no son triunfos y no se
valoran ni permanecen en nuestros recuerdos, entonces nos queda un sabor a triunfo porque si
lo hicimos.
De acuerdo a lo evaluado, el sistema de limpieza de la estación de alcantarillado Paraíso es
necesario, ya que sin él se está acortando la vida útil de los equipos y elementos mecánicos que
estos utilizan.
En el análisis económico de las alternativas realizado en este proyecto se puede observar
claramente que la alternativa 1 representa un valor por encima de la alternativa 2. Este
argumento da validez a la necesidad de fabricar un sistema de limpieza que disminuya los
costos de mantenimiento y operación de los equipos de la estación.
La lubricación abarca un área muy extensa, no es el simple acto de aplicar ocasionalmente una
gotas de aceite. Cuando se esta cumpliendo con el trabajo de agregar y cambiar aceite, se esta
siguiendo con un plan detallado y cuidadoso que dice que tan frecuentemente y que tanto
deberá lubricar las piezas y partes de cada una de las maquinas. Los errores costosos de
lubricación pueden evitarse si se ciñe al manual de mantenimiento entregado.
Por medio de este proyecto se demuestra y comprueba, que cuando se diseña y planea sobre la
base de criterios técnicos y de ingeniería, siempre una maquina será más eficiente.
AGUAS DE CARTAGENA S.A. E.S.P., debe considerar como alternativa viable para la
disminución de sus altos costos de mantenimiento en la alternativa 2, la cual se demostró que
garantiza una mejor operación en los equipos y un ahorro en los costos, en comparación con el
sistema actual.
BIBLIOGRAFÍA
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