plataforma elevadora
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Resumen de teoría utilizada para el diseño de una plataforma elevadora. sin los cálculos del mismo.TRANSCRIPT
2. PLATAFORMA ELEVADORA
En este capítulo abarcaremos conceptos referidos a las plataformas
elevadoras, como son definición, principios de funcionamiento, partes de una
plataforma, tipos y opciones de plataformas. Es discutida la problemática desde el
punto de vista ergonómico, económico y técnico que satisfagan las necesidades
de la empresa, así también se aborda temas como los tipos de aceros,
clasificación de aceros, sistemas hidráulicos y otros componentes que hacen
parte de este mecanismo.
Cabe mencionar que en este capítulo también se habla de la reseña
histórica de los primeros sistemas de elevación, cómo surge la necesidad y cómo
evoluciona con el paso del tiempo. La revisión de la literatura de este capítulo
tiene la función de servir de soporte a los resultados obtenidos en los siguientes
capítulos.
2.1 Breve Reseña Histórica
Los primeros dispositivos de elevación y transporte fueron las palancas,
las poleas, los rodillos y los planos inclinados. La realización de grandes trabajos
de construcción con este tipo de equipamiento exigía enorme cantidad de gente.
Un ejemplo lo tenemos en la construcción de las pirámides de Cheops (siglo XXII
a.C) de 147 metros de altura, compuesta de prismas de piedra cada uno de 9 x 2
x 2 metros cúbicos de tamaño y 90 toneladas de peso (figura 2.1). Su
construcción duró alrededor de 20 años y en ella estuvieron ocupadas
permanentemente cerca de cien mil personas. [1]
Figura 2.1 Sistema de elevación y Traslado utilizado para la construcción
de las pirámides
Fuente: http://dim.usal.es/areaim/guia%20P.%20I/evolucion
%20transporte.htm#inicio
Alrededor de 2800 a.C. en china se obtienen fibras resistentes a partir de
la planta del cáñamo. Con este material se obtenían las primeras cuerdas, las
nuevas cuerdas chinas demostraron ser muy resistentes tanto a la tracción como
a las inclemencias del tiempo. Se emplean para las primeras instalaciones de
elevación vertical, aunque mayor utilidad fue en el campo de navegación.
Los primeros elevadores de palanca, prototipos primitivos de nuestros
aparatos elevadores actuales con una pluma en voladizo se utilizaban en China e
India para elevar a mediados del siglo XXII a.C.
Una de las primeras palancas empleadas para elevar agua procedente de
los ríos con la finalidad de regar los campos se dio alrededor de los años 1550
a.C. en Egipto y Mesopotamia, era el denominado shadoof. El Shadoof llega a su
máxima expresión en la grúa egipcia que se emplea en la construcción. En este
caso, se elevan también las cargas fijas al brazo de menor longitud de una gran
palanca, cuyo eje de giro se encuentra situado en el extremo superior de un
mástil. Sin embargo, el brazo más largo es accionado aquí a mano por varios
hombres, es decir, estos tiran de él mediante varias cuerdas perpendiculares. Con
frecuencia, los trabajadores se encuentran situados sobre una escalera para que
de este modo el brazo elevador pueda descender por debajo del nivel de la base
del mástil.
Figura 2.2 Palanca Shadoof.
Fuente: http://www.catchpenny.org/mmbuild.html
El shadoof se basa en la ley de la palanca, esto desde el punto de vista
de la mecanica, los cuatro elementos fundamentales que dominan el principio de
funcionamiento de este aparato son: el plano inclinado, la cuña, el rodillo y la
palanca.
En el periodo Greco-Romano alla por los 700 a.C. los mecanicos griegos
crean las primeras teorias de la descomposicion de las fuerzas aplicando los
llamados polipastos. Este instrumento se compone de una polea fija y otra polea
fijada en el objeto que se desea desplazar (figura 2.3). En esta misma epoca
greco-romanase dio un gran impulso a la tecnolohgia de elevacion, nombramos a
la polea compuesta como uno de los mas resaltantes de esta tecnologia entre los
siglos X a.C. a V d.C.
Figura 2.3 Polea compuesta
Fuente: http://dim.usal.es/areaim/guia%20P.%20I/evolucion
%20transporte.htm#inicio
No podemos dejar de nombrar a los grandes padres de la elevacion de la
historia como son: Ctesibio, padre de la hidraulica, Arquimedes, descubridor del
tornillo sin fin y Heron de Alejandria, inventor de la polea compuesta.
Ctesibio vivio en alejandria hacia 270 a.C. Monto en la barberia de su
padre un espejo que colgaba de una cuerda provista de un contrapeso, de modo
que su altura pudiera ajustarse a la del cliente. Ctesibio fabrico el primer cilindro
provisto de un embolo, al que cabe considerar como la primera bomba de piston.
Fue el primero en utilizar una rueda dentada. Tambien sugirio el uso de muelles
de bronce como medio de acumulacion de energia.
Arquimedes (287-212 a.C.). Descubrio las leyes de la palanca. Este
griego, que vivia en siracusa, creó un sistema teorico sobre la multiplicacion de la
fuerza que se consigue con la palanca, el efecto de la cuña y la utilizacion del
plano inclinado y de la polea, fenomenos que desde hacia milenios venian
aprovechandose como algo evidente. Desarrollo una extensa teoria acerca de los
polipastos con las transmisiones de fuerzas 2:1, 3:1 (tripastos) y 5:1
(pentapastos).
Heron de Alejandria (siglo I d.C.) dio un impulso importante a varias
tecnicas relacionadas con la elevacion. En su obra mechanica, ademas de la
cuña, el tornillo y la rueda con un eje, describe la polea compuesta. todos se
basan en el mismo principio de la palanca: una pequeña fuerza que actua desde
una gran distancia se transforma en una gran fuerza que atua desde una pequeña
distancia. Tambien Heron describio los trenes de engranajes, aunque su utilidad
fue muy limitada debido a las perdidas de potencia que resultaba de los primitivos
metodos de construccion.
Ya en la actualidad y refiriendonos especificamente a los sistemas de
elevacion cabe destacar su importancia y uso en los diversos campos ya sean
para las industrias o no, algunos ejemplos que podemos nombrar son: Los
ascensores, gruas, plataformas elevadoras, etc.
2.2 Definicion de Plataforma Elevadora
Una Plataforma elevadora es un sistema de transporte vertical diseñada
para desplazar cargar o personas entre diferentes alturas. Puede ser utilizado
para ascender o descender. Se conforma con partes mecánicas, eléctricas y
electrónicas que funcionan conjuntamente para lograr una movilidad segura [2].
Las Plataformas elevadoras o mesas elevadoras son herramientas
utilizadas para elevación de cargas para diferentes alturas, tiene diversas
aplicaciones en las industrias, posee una alta gama de usos en los sectores de
las industrias tales como, construcciones, fabricas, talleres mecánicos,
aeropuertos ,ect.
2.3 Tipos de Plataformas
Existen varios tipos de plataformas elevadoras que son utilizados para
varios fines en los talleres e industrias y a continuacion se definen los mas
empleados en la actualidad.
2.3.1 Plataforma Extra Plana
La mesa extraplana se utiliza para mejorar las condiciones de trabajo y
seguridad, permitiendo que las personas trabajen siempre a la misma altura,
mejorando la ergonomía. Su reducido replegado, permite que puedan instalarse
directamente en el suelo, sin necesidad de realizar un foso,las mesas extraplanas
están diseñadas para trabajar con la carga uniformemente repartida. La parte
superior de las mesas extraplanas puede ser en forma de E, de U o en forma
rectangular. Las Plataformas con mesa superior en forma de E y de U son
utilizados para paletizar las cargas y luego para ser retiras con ayuda de una
transpaleta [3].
2.4 2.5
2.6
2.3.2 Plataforma Tándem
Permite salvar desniveles para cargas de grandes dimensiones, o en una
gran superficie. Una plataforma superior se eleva mediante dos tijeras del mismo
tamaño, y con un único accionamiento hidráulico [4].
2.7
2.3.3 Plataforma de Tijera Simple
La mesa elevadora de simple tijera permite salvar el desnivel: En muelles
de carga., en líneas de producción, en desniveles de planta, en trabajos a
diferentes altura, Carga, descarga o manipulación de mercaderías [5].
2.8
2.3.4 Plataforma de doble o Multi Tijeras
Es la plataforma adecuada para salvar grandes desniveles en un espacio
reducido.La plataforma hidráulica de doble o triple tijera facilita el trabajo en
múltiples situaciones: En procesos de producción, en los cuales se mejora la
manipulación vertical de cargas tanto manualmente como automáticamente, en
desniveles de planta [6].
2.9
2.4 Opciones de Plataforma
2.4.1 En Forma Plana y fija
La parte superior es de forma plana y esta fijada directamente a la
estructura del la plataforma, se puede construir en chapa normal o lagrimada
(para evitar que la carga resbale) [7].
2.10
2.4.2 Con Plato Giratorio
La parte superior de la plataforma de doble o triple tijera puede incorporar
un plato giratorio. Esto permite, gracias a un sistema de rodamientos, que
podamos hacer girar la carga, manualmente, de forma sencilla [8].
2.11
2.4.3 Con Volcador
Esta mesa elevadora posee en la parte superior un volcador , que permite
descargar cargas pesadas no fragiles de forma mas sencilla y agil
2.12
2.5 Mecánica de Fluido
La mecánica de fluido es una de la parte más importante de la mecánica
que tiene como finalidad el estudio del comportamiento de los fluidos Hidrostática
e Hidrodinámica. Es una ciencia básica de la ingeniería que tiene como sus
principios las leyes de Newton y estudia la estática, la cinemática y dinámica de
los fluidos.
2.5.1 Presión de un fluido
La presión ejercida por un fluido en estado líquido o gaseoso, sobre la
paredes del recipiente que lo contiene, y viceversa, es la fuerza por unidad de
área ejercida por el fluido sobre una superficie. Es decir.
P = F/ A
Dónde:
P = Presión.
F = Fuerza Aplicada.
A = Área.
En el sistema SI, la presión tiene unidades de Newtons por metro
cuadrado (N/ m²), y 1 N/ m² = 1 pascal ( Pa) [9].
2.5.2 Caudal
El caudal es una magnitud fundamental en la mecánica de fluidos. El
caudal se define como el volumen de fluido que atraviesa por unidad de tiempo en
una sección transversal de un conducto. Es igual al producto entre la velocidad a
la que se mueve el fluido y la sección transversal del conducto,fig 2.13 (xx). Es
decir.
Q = Vol/∆t = A. ∆x/∆t
Siendo que:
∆x/∆t = v
Entonces:
Q = A.v (m³/s)
2.13
Fuente: http://ricuti.com.ar/No_me_salen/FLUIDOS/FT_caudal.html
Dónde:
Q= caudal.
Vol= volumen.
A = area transversal.
∆t = variación de tiempo.
∆x= distancia
v= velocidad del fluido.
2.5.3 Ley de Pascal
La estructura de los líquidos son incompresible, esto hace que se
transmitan presiones en ellos. Este concepto fue reconocido por el físico francés
Blaise Pascal (1623 – 1662), quien estableció la siguiente ley que dice "Un
cambio en presión aplicada a un líquido en reposo dentro de un recipiente, se
transmite sin alteración a todos los otros puntos del fluido. Es igual en todas las
direcciones y actúa mediante fuerzas perpendiculares a las paredes que lo
contienen" [10].
El principio de pascal fundamenta directamente el funcionamiento de las
maquinas hidráulicas: la prensa, el freno, el ascensor, el gato y etc.
Una aplicación muy importante de la ley pascal es la presa hidráulica que
se ilustra en la figura 2.10. Se aplica una fuerza de magnitud F₁ al émbolo menor
de área superficial A₁. La presión se transmite a través de un líquido
incompresible al émbolo mayor de área superficial A₂. Debido que la presión debe
ser la misma en ambos lados, entonces cumple la relacion.
P = F₁ /A₁ = F₂ / A₂
Entonces, Como el área del émbolo mayor es más grande que del émbolo
menor, la fuerza F₂ es mayor que la fuerza F₁ en un factor de A₂ /A₁
2.14
Fuente: Sear Zemansky. Fisica Universitaria Undécima Edición
Volumen 1 pag 520
2.6 Sistemas Hidráulicos
Un sistema hidráulico es aquel sistema que confina y contiene algún tipo
de líquido para poder hacer uso de sus propiedades y leyes que lo gobiernan para
realizar trabajo o transmitir potencias
La hidráulica utiliza básicamente los fluidos hidráulicos como medios de
presión para mover los pistones de los cilindros. En la figura 1.2 se representa el
movimiento típico de un pistón dentro del cilindro gracias a la energía
proporcionada por un sistema hidráulico formado por una bomba, un depósito y
un conjunto de tuberías que llevan el fluido a presión hasta los puntos de
utilización.
Dentro de estos sistemas se encuentran los motores hidráulicos con
velocidades que abarcan desde 0,5 rpm hasta 10.000 rpm y el par que
proporcionan va desde 1 Nm (baja velocidad) hasta 20.000 Nm (alta velocidad).
Fig. 2.15 Circuito típico de un pistón dentro del cilindro en un sistema
hidráulico
Fuente Neumatica e Hidraulica Antonio Creus Solé pag 11
2.6.1 Transmisión de Potencia
En la figura 2.16 se muestra el principio de funcionamiento en el cual está
basada la transmisión de potencia en los sistemas hidráulicos. Una fuerza o
potencia es aplicada en el pistón A, la presión interna desarrollada en el fluido
ejerce una fuerza de empuje sobre el pistón B. Según la ley de pascal la presión
desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos, entonces la fuerza
desarrollada en el pistón B es igual a la fuerza aplicada en el fluido por el pistón A,
teniendo en cuenta que los diámetros del pistón A y el pistón B son iguales
2.16
Fuente:
http://www.cohimar.com/util/neumatica/neumatica_hidraulica.html
2.6.2 Cilindros Hidráulicos
Los cilindro hidráulicos producen movimientos rectilíneos, estos cilindros
transforman la energía hidráulica en energía mecánica. La presión del fluido que
se aplica es la que determina la fuerza de empuje de un cilindro hidráulico, la
velocidad de desplazamiento del mismo es establecida por el caudal de dicho
fluido. La suma de la fuerza y el recorrido produce trabajo, y cuando dicho trabajo
es realizado en un determinado tiempo, entonces produce potencia.
Los cilindros hidráulicos pueden ser de simple efecto, de doble efecto y
telescópicos. [11].
2.6.2.1 Cilindro Hidráulico de Simple Efecto
En los cilindros hidráulicos de simple efecto el fluido hidráulico empuja al
pistón en un solo sentido. El fluido es aplicado al cilindro por el lado del émbolo,
haciendo que este se desplace, de manera que el vástago del pistón avance. El
retroceso del pistón hasta la posición inicial se realiza por medio mecánico, por un
resorte o por la ley de la gravedad, en el retroceso no se produce trabajo útil.
2.17
Fuente:
http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica_hidraulica22.htm
2.6.2.2 Cilindro Hidráulico de Doble Efecto
A diferencia de los cilindros de simple efecto, en estos cilindros de doble
efecto se realizan trabajo en las dos direcciones, la fuerza generada por el fluido
mueve el pistón en los dos sentidos, el fluido a presión se aplica opcionalmente
por un extremo u otro del cilindro, dependiendo si se quiere que esté retraído o
extendido, actuando con fuerza en ambos sentidos.
En la figura 2.18 el fluido a presión se aplica en el cilindro por el lado
opuesto del vástago por la via (6) en la camara posterior (7) y empuja al émbolo
(4), esto hace que el vástago (5) se desplace, de esta forma, el fluido que se
encuentra en la camara anterior (9) en el lado del vástago es desplazado y fluye
por la via (8) conectada a una tubería al depósito. En el retroceso, el fluido a
presión se aplica esta vez en la camara anterior (9) y empuja al émbolo (4)
haciendo que el vástago quede retraído . El fluido que se encuentra en la camara
porsterior (7) es desplazado hacia el deposito.
2.18
Fuente : http://sitioniche.nichese.com/cilindros-dobles.html
2.6.2.3 Cilindro Hidraulico Telescopicos
El cilindro telescopico contiene otros de menor diametro en su interior y se
expanden por etapas, muy utilizadas en las gruas, etc. [11]
La figura muestra un cilindro actuador del tipo de embolos telescopicos, lo
que viene a ser la constitucion de una serie de embolos que forman el conjunto
telescopico. A diferencia del embolo menor los demas son huecos y sirven de
camisa de cilindro para el siguiente embolo de menor tamaño, ahora el montaje
principal del cilindro que contiene a todo el conjunto tambien proporciona los
puertos de fluidos. En este tipo de cilindro hidraulico el fluido ingresa por el puerto
A y desplaza al embolo 1 hasta que este termine su recorrido y comience a
cumplir la funcion de camisa de cilindro para el siguiente embolo haciendo con
que el embolo 2 se desplace de igual manera, los mismos se extienden en una
secuencia establecida por sus areas, por lo que primero sale el mayor y
subsiguientes los de menor diametro.
2.19
Fuente:
http://www.festo-didactic.com/ov3/media/customers/1100/551145_lese
probe_es.pdf
2.6.3 Válvulas Distribuidoras
Las válvulas Distribuidoras permiten distribuir el fluido hidráulico en
direcciones determinadas, estas regulan la presión y el caudal a través de los
circuitos hidráulicos. Se utilizan para cambiar el sentido del flujo del fluido en los
cilindros y así mover el pistón de una posición a otra de su carrera.
Las modalidades principales más utilizadas de válvulas distribuidoras son
las siguientes. [11]
2.6.3.1 Válvula distribuidora 2/2 (2 vías - 2 posiciones)
Las válvulas distribuidora de 2 vías y 2 posiciones son normalmente
cerradas en su posición de reposo, son utilizadas como llaves de paso. En la
figura 2.20 cuando se activa la válvula desde la posición normalmente cerrada,
pasa a la posición abierta, las conexiones de entrada P y de salida A se conectan,
permitiendo que el fluido circule libremente en los dos sentidos y de esta manera
permite la apertura y cierre de circuitos hidráulicos.
2.20
Fuente: http://industrial-automatica.blogspot.com/2010/09/valvulas-
distribuidoras.html
2.6.3.2 Válvula distribuidora 3/2 (3 vías - 2 posiciones)
Las válvulas distribuidoras de 3 vías y 2 posiciones, son utilizadas para
accionar o controlar el funcionamiento de los cilindros de simple efecto. Al poseer
3 vías (P,R,A ) , permiten 2 direcciones ( A, R ) del flujo de fluido, lo que
permite que el fluido circule en una de las direcciones y al mismo tiempo obstruye
el paso en la otra vía.
2.21
Fuente: http://industrial-automatica.blogspot.com/2010/09/valvulas-
distribuidoras.html
2.6.3.3 Válvula distribuidora 4/2 (4 vías - 2 posiciones)
Las válvulas distribuidoras de 4 vías y 2 posiciones, permiten el paso del
fluido en ambas direcciones. La válvula en posición de reposo, la vía de entrada
(1) está conectada con la vía de utilización 2, mientras que la otra vía de
utilización (4) está conectada a escape (3). Esta válvula, puede controlar un
cilindro de doble efecto, puesto que al accionar ésta, la entrada de fluido (1) se
comunica con la vía de utilización 4 y la 2 se pone a escape.
2.22
Fuente:
https://eepiastecnologia4a11.wordpress.com/neumatica-2/estudio-funcional-
de-las-valvulas-distribuidoras/
2.6.3.3 Válvula distribuidora 4/3 (4 vías - 3 posiciones)
Las válvula distribuidora cuatro vías y tres posiciones, éstas son similares
a las válvulas 4/2, pero ésta dispone de una posición intermedia, que le permite
una amplia posibilidades de mando. Son utilizadas para el accionamiento de
motores hidráulicos y para gobernar los cilindros de doble efecto.
2.23
Feunte:
https://eepiastecnologia4a11.wordpress.com/neumatica-2/estudio-funcional-
de-las-valvulas-distribuidoras/
2.6.4 Bombas hidráulicas
La bomba hidráulica convierte la energía mecánica desarrollada por el
motor eléctrico en energía de presión hidráulica [11]. Es decir, realiza trabajo para
mantener un fluido en movimiento. Pudiendo así aumentar la energía cinética del
fluido
2.6.4.1 Tipos De Bombas Hidráulicas.
Existen varios tipos de bombas hidráulicas, pero los más utilizados son
las Bombas de Engranajes, Bombas de tornillo, Bombas de Paletas y Bombas de
Pistones (11)
2.6.4.1.1 Bombas de Engranajes
En una bomba hidráulica de engranaje se produce caudal transportando
el fluido en la cámara que son formadas por el espacio que queda entre los
dientes del engranaje impulsor y el engranaje conducido, hacia el puerto de salida
de la bomba.
2.24
Fuente:
ttp://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica_hidraulica9.htm
2.6.4.1.2 Bomba de tornillo
Este tipo de bomba generalmente está constituida por dos o más tornillos
helicoidales figura 2.25 que trabajan entre si y están ajustado perfectamente con
la estator de la carcasa en la que se encuentran alojados. Uno de los tornillos
helicoidales es accionado por un motor o de forma manual y transmite su
movimiento a los otros tornillos, haciendo que el aceite se traslade axialmente. El
fluido en este tipo de bombas no gira, sino que se mueve linealmente. El caudal
producido es considerado muy uniforme y las bombas de este tipo son muy
silenciosas.
2.25
Fuente: http://www.interplant.com.pe/3_tornillos.htm
2.6.4.1.3 Bomba de paletas.
Este tipo de bombas contiene un rotor que gira en forma excéntrica con
respecto a la carcasa y que va dotado de paletas que deslizar radialmente.
Debido que es excéntrico, la cámara que se encuentra entre el rotor y el estator
aumentar y disminuir sucesivamente de volumen durante el giro, así provocando
primeramente una succión y luego una expulsión del fluido como se va en la
figura 2.26.
2.26
Fuente:
http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica_hidraulica9-A.htm
2.6.4.1.4 Bombas de Pistones
En este tipo de bomba de pistones axiales, el barrilete de cilindros gira,
accionado por el eje motriz. Los pistones, alojados en los orificios del barrilete, se
conectan al plato inclinado .A medida que el barrilete gira, los pistones se muevan
linealmente con respecto al eje, en un movimiento alternativo.
Los orificios, en la placa de distribución, están dispuestos de tal forma que
los pistones pasan por el orificio de entrada o aspiración cuando empiezan a salir
de sus alojamientos, y por la salida cuando están nuevamente entrando en sus
alojamientos.
2.27
Fuente: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn212.html
2.7 Elementos Dinámicos y Estáticos
Las máquinas y mecanismos utilizan en la mayor parte de sus
aplicaciones los llamados órganos transmisores de movimientos, en un caso en
particular el movimiento rotacional, de los cuales podemos citar: ejes y árboles.
El eje es una parte del mecanismo cuya función mayor es el de servir de
guía para que las demás partes, que son móviles, puedan girar sobre él. Es uno
de los elementos estáticos de la máquina y tiene una sección circular. Ya el árbol
hace parte de los elementos dinámicos de la máquina, cuya función es transmitir
el par motor con ayuda de los órganos mecánicos que éste lleva montado y al
igual que el eje tiene una sección circular.
Figura 2.28 Órganos de Transmisión
Fuente:
http://www.portaleso.com/portaleso/trabajos/tecnologia/mecanica/elementos
_de_maquinas/arboles%20y%20ejes.htm
El árbol puede girar gracias a que están apoyados en unos soportes en
los extremos, dimensionados para el efecto de resistir la mayor carga necesaria y
tener la seguridad en la transmisión de los esfuerzos producidos por la misma.
Esto no quiere decir que el árbol gira directamente en el soporte, más bien entre
ambos hay un cojinete que es el encargado de conectar las partes (móviles y
fijas) y éste cojinete debe poder ser capaz de reducir el rozamiento a
consecuencia de la rotación del árbol, este rozamiento es mínimo con ayuda del
rodamiento y la lubricación adecuada.
2.7.1 Rodamientos
Los rodamientos son piezas cuya elaboración están guiadas bajo normas
de dimensiones con sus respectivas tolerancias. Gracias a esta normalización se
tiene la facilidad de intercambiar las partes y hace posible obtener los repuestos
de diferentes fabricantes asegurando el montaje correctamente y sin la necesidad
de hacer cualquier tipo de ajustes o adaptaciones.
La conformación del rodamiento consiste básicamente en al menos dos
aros concéntricos, uno de ellos se sitúa en el soporte, aro exterior, y el otro queda
montado en el árbol, aro interior.
Y es entre estos dos aros es que están situados los elementos rodantes,
ya sean estos rodillos, bolas, etc., los cuales por medio de las pistas de rodadura
pueden rodar, Esto hace posible la movilidad de giro con respecto a la fija. Para
garantizar que la debida distancia esté dentro de los límites permitidos estos
elementos rodantes deben ir alojados en una pieza de chapa estampada que es
conocida como porta rodillos o jaula de porta bolas.
2.7.1.1 Clasificación de los rodamientos
2.7.1.1.1 Según el tipo de carga
2.7.1.1.1.1 Rodamientos para cargas radiales:
Estos rodamientos pueden resistir las cargas que son dirigidas en sentido
perpendicular a su eje de rotación.
Figura 2.29 Carga Radial
Fuente: http://blog.uca.edu.ni/mgodoy/2011/08/29/cojinetes-y-
rodamientos/
2.7.1.1.1.2 Rodamientos para cargas axiales:
Al contrario de la anterior esta es construida para soportar cargas que
sean dirigidas en la misma dirección del eje de rotación. Estas pueden ser de
simple o doble efecto, pueden resistir a las cargas axiales en uno o en los dos
sentidos.
Figura 2.30 Carga Axial
Fuente: http://blog.uca.edu.ni/mgodoy/2011/08/29/cojinetes-y-
rodamientos/
2.7.1.1.1.3 Rodamiento de Cargas Mixtas
Soportan las cargas radiales, axiales o de la combinación de los dos.
Figura 2.31 Carga Mixta
Fuente: http://www.prtp.cl/productos/rodamientos-soportes
2.7.1.2 Selección de Rodamientos
La fabricación de los rodamientos viene dada por un sinfín de variedades
de tipos, formas y dimensiones. Cada cual presenta ciertas características y
propiedades que dependen del diseño de cada uno y para qué tipo de aplicación
será usada. Lo que se debe hacer al momento de escoger un determinado
rodamiento es seleccionar aquel que permita que la maquinaria o el mecanismo
en donde va ir instalado tengan un funcionamiento que satisfaga las necesidades.
Para una mejor selección y lograr obtener el rodamiento más conveniente
para la aplicación que se desea hacer, debemos considerar los siguientes
factores y analizarlos entre sí:
1- Espacio disponible
2- Magnitud, dirección y sentido de la carga.
3- Desalineación
4- Velocidad
5- Nivel de ruido
6- Rigidez
7- Montaje y Desmontaje.
2.7.1.3 Designación de Rodamientos
La identificación de un rodamiento refiere a las características del mismo,
como son el diseño, la dimensión, precisión, constitución interna, etc. En esta
identificación denotamos el nombre del rodamiento, la que se compone de unos
números y códigos de letras agrupados formando un código de números básico y
otro suplementario.
Por ejemplo: rodamiento rígido de bolas 6306 L1C3
6= código de tipo de rodamiento correspondiente a los rodamientos
rígidos de una hilera de bolas.
3= serie de diámetro exterior.
06= código de diámetro interior (para obtener el diámetro interior se
multiplican estos dígitos por 5.).
L1= código de jaula mecanizada de latón.
C3= código de juego radial interno mayor que lo normal.
2.7.2 El Acero
El acero comúnmente conocido como un metal es una aleación de hierro
(metal) con carbono (metaloide) en pequeñas cantidades, llegando hasta un
máximo del 2% de carbono, debido a sus propiedades el acero es una de las
aleaciones más utilizados por el hombre bajo varias circunstancias en
construcciones y en la industria automotriz, así como en muchas otras áreas. Y en
comparación a otros metales éste es mucho más abundante en la naturaleza y de
más fácil obtención, lo que lo hace mucho más accesible en términos de costos.
Debido a las siguientes propiedades de este material se lo consideran ideales
para sus diferentes aplicaciones.
Alta resistencia: esta propiedad del acero por unidad de peso supone que
el peso en relación a la estructura en la que se aplica será relativamente bajo,
esto es muy importante para puentes de grandes claros y en edificios altos.
Elasticidad: debido a que sigue fielmente a la ley de Hooke incluso hasta
esfuerzos muy altos, el comportamiento del acero se aproxima más a su hipótesis
de diseño en comparación con otros materiales. Por ejemplo el momento de
inercia se puede calcular exactamente y en comparación al mismo cálculo pero de
un concreto reforzado los resultados suelen ser imprecisos.
Uniformidad: esta propiedad hace que con el paso del tiempo todas las
características del acero permanezcan sin cambios, hecho que difiere del
concreto reforzado.
Durabilidad: con el debido mantenimiento el acero durará indefinidamente.
Incluso hay estudios con el acero moderno que indica que no es necesario el
mantenimiento a base de pintura estando este bajo ciertas condiciones.
Ductilidad: esta propiedad hace que el acero pueda resistir a altos
esfuerzos de tensión sin quebrarse, cosa que no ocurre con otros materiales
como los concretos que son duros y frágiles, y se quiebran cuando son sometidos
a tales esfuerzos. También es importante esta característica porque al someterse
a esfuerzos que sobrepasan la elasticidad del mismo, éste no se quiebra
repentinamente, más bien se deforma dejando una evidencia visual de la falla.
Tenacidad: esta característica es una combinación de resistencia y
ductilidad, con esta propiedad aun si el acero ha sufrido deformaciones este es
capaz de resistir a grandes tensiones sin quebrarse. Es de suma importancia
durante su formación y montaje porque resisten a los procesos sin daño aparente.
2.7.2.1 Perfil estructural del acero
Es de suma importancia para las construcciones civiles y de maquinarias,
según el tipo de aplicación existen los llamados perfiles estructurales del acero
que más bien se adapta para tener el mejor rendimiento y hacer mejor uso de sus
propiedades. A continuación se nombra algunos de los más utilizados en estos
tiempos.
2.7.2.2 Angulo de acero (Perfil en “L”)
Los perfiles típicos de ángulos de acero pueden ser de alas de longitudes
iguales como desiguales, también conocidos como perfil en L por la apariencia de
su sección transversal son bastantes utilizados como torres sometidos a tensión o
miembros de armaduras, miembros para las estructuras de las maquinas,
ménsulas y soportes escalonados para equipos. Para algunos es llamado de
¨hierro angular.
Figura 2.32 Perfiles en “L”
Fuente: MOTT, Robert L. Resistencia de Materiales 5ta Edición,
Person Educación México, 2009, pag 696
La designación estándar en sistema ingles tiene la siguiente forma:
L4x3x1/2
Dónde:
L es el perfil en “L”
4 es la longitud del ala más larga
ANGULO DE LADOS DESIGUALES (LD)ANGULO DE LADOS IGUALES (LI)
3 es la longitud del ala más corta
½ es el espesor de las alas
2.7.2.3 Canales American Standar (Perfiles en “C”)
Las aplicaciones de estos tipos de perfiles son parecidos a las que fueron
descritas por los ángulos, el alma plana y los dos patines son los que hacen que
sean más rígidos que los ángulos que resisten más la flexión y la torsión bajo
carga. Este canal es comúnmente conocido como perfil en C por el formato que
éste tiene en corte transversal.
La figura muestra que los canales tienen patines abocinados y un alma de
espesor constante, por lo general la pendiente de los patines tiene una medidas
de 2 en 12 in lo que hace más difícil la unión a otros miembros a los patines. El
eje X es eje de simetría del perfil.
Figura 2.33 Perfiles en “C”
Fuente: MOTT, Robert L. Resistencia de Materiales 5ta Edición,
Person Educación México, 2009, pag 698
La forma de la designación estándar en sistema ingles del perfil en C es:
C15x50
Dónde:
C indica que es un perfil en C estándar
15 es el peralte nominal (y real) en pulgadas con el alma vertical
50 es el peso por unidad de longitud en lb/ft
2.7.2.4 Perfiles de patín ancho (Perfiles W)
Este tipo de perfil es más utilizado como vigas, estos perfiles W tienen el
alma un tanto más delgadas que los patines y tienen el espesor constante, la
mayor parte de la sección se concentra en los patines, a una distancia mayor del
eje X (centroidal) lo que aumenta el momento de inercia para una cierta cantidad
de material.
Estos tipos de perfiles están preparados para aguantar flexiones puras sin
torsión pues estos son muy susceptibles a torcerse.
Figura 2.34 Perfiles “W”
Fuente: MOTT, Robert L. Resistencia de Materiales 5ta Edición,
Person Educación México, 2009, pag 700
La designación estándar de este perfil W es:
W14x43
Dónde:
W indica el tipo de perfil W
14 es peralte nominal en pulgadas
43 es el peso por unidad de longitud lb/ft
El término peralte es utilizada para nombrar la altura vertical de la sección
transversal.
2.7.2.5 Tubería estructural (Cuadrada y Rectangular)
La también conocida como sección estructural hueca o HSS por sus
siglas en inglés, este tipo de perfil se forman con láminas planas y que se sueldan
a todo el largo de su longitud. Sus propiedades dependen de los radios de
esquina.
Figura 2.35 Tubería estructural (Cuadrada y Rectangular)
Fuente: MOTT, Robert L. Resistencia de Materiales 5ta Edición,
Person Educación México, 2009, pag 704
Su designación estándar tiene la siguiente forma:
HSS6x4x1/4
Dónde:
HSS es el indicador de una sección estructural estándar
6 es el peralte del lado más alto en pulgadas
4 es el ancho del lado más corto en pulgadas
¼ es el espesor de pared nominal en pulgadas
2.8 Resistencia de Materiales
La resistencia de Materiales se encarga del estudio de las propiedades
que tienen los cuerpos solidos a resistirse a la acción de las fuerzas externas, el
estudio de las fuerzas internas en los cuerpos sólidos y de las deformaciones
producidas por las fuerzas externas.
El estudio de la resistencia de materiales depende del entendimiento de
los principios de esfuerzo y deformación producidos por cargas aplicadas en una
estructura o máquina y los miembros que conforman tales sistemas
Fuente: MOTT Robert L. Resistencia de Materiales 5ta Edición,
Person Educación Mexico, 2009, pag 8
Esfuerzo: la fuerza por unidad de área, o la intensidad de las fuerzas
distribuidas a través de una sección dada, se llama esfuerzo sobre esa sección y
se representa con la letra griega sigma (σ).
Esfuerzo es la resistencia interna ofrecida por una unidad de área del
material del cual está hecho un miembro a una carga externamente aplicada.
Fuente: MOTT Robert L. Resistencia de Materiales 5ta Edición,
Person Educación Mexico, 2009, pag 19
σ = F/ A
Dónde:
A: Área de la sección transversal.
F: Fuerza axial
El signo es positivo si el esfuerzo es de tracción, es decir, cuando la carga
es de tracción (figura 2.36 a). Se toma el signo negativo para esfuerzos de
compresión, producidos al aplicar una carga de compresión como la de la figura
2.36 b
2.36
Fuente: http://www.utp.edu.co/~lvanegas/disI/Cap2.pdf
2.8.1 Diagrama esfuerzo deformación del acero
El estudio de la resistencia de materiales depende del entendimiento de
los principios de esfuerzo y deformación producidos por cargas aplicadas en una
estructura o máquina y los miembros que conforman tales sistemas. Por el
término esfuerzo directo nos referimos a casos en los que la fuerza total aplicada
es compartida por igual por todas las partes de la sección transversal del miembro
que soporta la carga.
Fuente: MOTT Robert L. Resistencia de Materiales 5ta Edición,
Person Educación México, 2009, pag 18
2.37
Fuente: MOTT Robert L. Mecánica de Fluidos Aplicada 4ta Edición,
Prentice Hall México, 1996, pág 19
Para el diseño de elementos estructurales se necesita determinar ciertas
propiedades que son la resistencia y la rigidez del material, el comportamiento de
estas dos propiedades pueden verse relacionadas en el caso de una barra que es
sometida una fuerza axial y en la que se registra en simultaneo la fuerza y el
alargamiento de la misma.
Con los valores arrojados es posible la determinación del esfuerzo y
deformación del material y este al graficarse da como resultado el llamado
diagrama de esfuerzo y deformación.
2.38
Puntos y conceptos:
1. Límite de elasticidad (E). Es la máxima tensión que se puede
producirse sin que haya deformación permanente.
2. Límite de proporcionalidad (P). Es la máxima tensión que se puede
producir en la zona donde la tensión es una función lineal. Suele coincidir con el
anterior.
3. Límite de fluencia (B), también llamado límite aparente de
elasticidad. Es una medida arbitraria tomada por acuerdo internacional. Surge a
partir del punto donde se produce una deformación de 0,2%.
4. Carga de rotura (R) o límite de rotura. Es la carga máxima por
unidad de sección que resiste el material antes de romperse.
5. Rotura efectiva (U). Punto donde rompe la probeta.
6. Alargamiento de rotura. Es el alargamiento que sufre el material
antes de romperse.
7. Estricción. Es la reducción de la sección que sufre la probeta en la
zona de rotura. El alargamiento y la estricción se usan para ver el grado de
ductilidad de los materiales.
Período 1. ALARGAMIENTOS ELÁSTICOS. Los alargamientos son
pequeños y proporcionales a los esfuerzos. Cuando el esfuerzo cesa la probeta
recupera su estado inicial. ZONA ELÁSTICA.
Período 2. ALARGAMIENTOS PERMANENTES. Los alargamientos son
grandes, cuando cesa la fuerza, la deformación permanece. ZONA PLÁSTICA.
Período 3. ALARGAMIENTOS LOCALIZADOS. Cuando la carga llega a
cierto valor, el alargamiento se localiza en una zona concreta (hacia el centro de
la probeta) llamada ZONA DE ESTRICCIÓN. Finaliza en rotura.
Fuente: http://ibiguridp3.wordpress.com/res/esf/
Con piezas del mismo material el comportamiento del diagrama son muy
parecidos y gracias a esto es posible agruparlos en dos tipos de categorías que
son los materiales dúctiles y materiales frágiles.
Uno de los aspectos que sobresalen en los materiales dúctiles es su alta
resistencia a las deformaciones sin quebrarse o antes de llegar a su punto de
ruptura, sin embargo los materiales frágiles tienen poca deformación cuando
están cerca a su punto de ruptura.
El concepto de diseño, tiene como objetivo especificar el material del cual
se tiene que hacer un miembro o sus dimensiones detalladas para asegurarse de
que sea seguro y que realizará su función pretendida. Esto requiere entender la
capacidad del material de soportar las cargas aplicadas sin falla (ruptura o
deformación excesiva).
Fuente: MOTT Robert L. Mecánica de Fluidos Aplicada 4ta Edición,
Prentice Hall México, 1996, pág 19
2.8.2 Ley de Hooke
Para que la ley de Hooke se cumpla en un cierto material, el nivel de
esfuerzo de este material que está sometido a una carga debe permanecer por
debajo del límite proporcional de la misma, así también hay una relación en forma
de línea recta entre el esfuerzo y deformación. Este comportamiento se da en el
periodo 1 o Zona Elástica.
2.8.2.1 Módulo de elasticidad (E)
El módulo de elasticidad ¨E¨, es una medida de la rigidez de un material
determinada por la pendiente de la parte de línea recta de la curva esfuerzo-
deformación. Es la relación del cambio del esfuerzo al cambio correspondiente de
la deformación.
Fuente: MOTT Robert L. Mecánica de Fluidos Aplicada 4ta Edición,
Prentice Hall México, 1996, pág 59
E= EsfuerzoDeformacion
=σε
σ= FA
ε= δL
Dónde:
δ Es el alargamiento
L Es la longitud inicial
2.39
Fuente: MOTT Robert L. Mecánica de Fluidos Aplicada 4ta Edición,
Prentice Hall México, 1996, pág 59
Referencia bibliográfico capítulo 2
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[7] Opciones plataforma superior [En línea]. [España]
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ingenieros”, Sexta Edición, Thomson, México, Año 2005. Ex paginas
[10] SERWAY, Raymond; JEWETT, John w. “Física para ciencias e
ingenieros”, Sexta Edición, Thomson, México, Año 2005. Ex paginas
[11] CREUS SOLÉS, Antonio. “Neumática e Hidráulica”, Primera Edición,
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