reporte de fallas
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Universidad Tecnolo gica de Panama
Facultad de Ingeniera Elctrica
Ingeniera Electromecnica
Diseo Mecnico Reporte de Fallas
Por: Muriel Snchez (8-867-1335)
Roberto Meana ( 8-863-2002)
Felix Brow (3-729-1229)
Profesor: Carlos Plazaola
Lunes 18 de noviembre de 2013
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Tabla de contenido
Tabla de contenido .......................................................................................................................................................... 1
Introduccin .................................................................................................................................................................... 2
Resumen .......................................................................................................................................................................... 2
Captulo I: Planteamiento del Problema ........................................................................................................................... 3
A. Problemtica ........................................................................................................................................................ 3
B. Delimitacin de la Investigacin ........................................................................................................................... 3
C. Justificacin ...................................................................................................................................................... 4
D. Limitaciones ..................................................................................................................................................... 4
E. Objetivos .............................................................................................................................................................. 4
Capitulo II: Fundamentacin Terica ................................................................................................................................ 5
Capitulo III: Hiptesis y Variables ..................................................................................................................................... 8
A. Hiptesis .............................................................................................................................................................. 8
B. Variables a considerar .......................................................................................................................................... 8
Capitulo IV: Metodologa de Investigacin ......................................................................................................................10
A. Enfoque de la Investigacin .................................................................................................................................10
B. Tipo de Investigacin, Materiales y Mtodos ......................................................................................................10
C. Discusin de Resultados ......................................................................................................................................11
Conclusin ......................................................................................................................................................................12
Recomendaciones ...........................................................................................................................................................12
Bibliografa .....................................................................................................................................................................13
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Introduccin
Como proyecto de la clase de diseo mecnico nos corresponde hacer el anlisis de falla en el
soporte de una gra en un accidente que haba ocurrido el ao pasado, a la hora de hacer nuestro
anlisis utilizamos el manual de cmo se instala la gra, como es su funcionamiento y las
condiciones climticas a la cual es seguro utilizarla, ya que la facha de esta gra causo la muerte de
una persona y adems causo que otras personas que estaban en las misma tuvieran lesiones.
Primero en este trabajo compartiremos como fue que ocurri el suceso y despus poco a poco
definiremos las posibles causas que llevaron a que esto sucediera.
Resumen
La gra torre es un aparato de elevacin de funcionamiento discontinuo destinado a elevar y
distribuir, en el espacio, las cargas suspendidas de un gancho o de cualquier otro accesorio de
aprehensin; a lo largo del informe se va a estar desarrollando sobre una parte especfica, las
plataformas de subida y de bajada. Las fotos a continuacin son para que el lector tenga una idea de
que se est hablando, estas son fotos de otra mquina.
A continuacin se detallar el problema, cmo llevamos a cabo este informe, las bases tericas que
tomamos en cuenta para tener una respuesta coherente a los anlisis mostrados, mostraremos
nuestras posibles hiptesis y una respuesta final a lo que creemos que se debi la falla.
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Captulo I: Planteamiento del Problema
Se estaban desmontando una gra en una construccin, cabe recalcar que ese da llova, lo que
sucedi fue que en algn momento de esta desinstalacin ocurre algo que hace que una parte de la
gra sufra una ruptura y esto ocasiona la muerte de un trabajador y causa lesiones en otros
trabajadores ms.
A. Problemtica A continuacin vamos a discutir la falla que tuvo lugar en una gra de carga causando as su ruptura.
El incidente habr sido causado por algn error humano en la instalacin?, ser posible que a la
hora de desmantelar no siguieron bien el manual y quitaron alguna pieza que no deban y esto no
permiti que hubiera un esfuerzo igual en el sistema lo que ocasiona que una pieza por tener un
esfuerzo mayor al normal se rompiera?, recordando que ese da estaba lloviendo se podra decir que
la visibilidad era escasa.
Ser posible que las piezas utilizadas en la instalacin del equipo no estaban en buen estado o que
no eran las correctas; otra posible causa puede ser que las piezas estaban mal de fbrica y como
estaba mal de fbrica, desde el primer momento que se utiliz comenz a debilitarse y esto llevo a
que ocurriera una ruptura en la pieza.
Se oper la maquina correctamente durante todo el proceso (Instalacin-Uso-Desmantelamiento)?,
en una tercera instancia podemos tratar de investigar si el problema fue en la misma instalacin de la
mquina o a la hora de desmontarla, por no haber sido instalada correctamente la pieza cedi a las
fuerzas adicionales y tuvo una ruptura.
Cabe destacar que todas estas suposiciones las estamos realizando pre al anlisis de los datos.
B. Delimitacin de la Investigacin Para este estudio se analiz las fracturas del extremo del eje del pistn (pieza daada), las posibles
condiciones climticas, tendremos en consideracin los errores humanos y analizaremos las
advertencias de uso de la torre gra en donde se encontraba la pieza.
El montaje y el desmontaje. Son quizs las partes ms difciles y peligrosas de todos los
procesos que se relacionan con este tipo de equipos ya que el mnimo error de cualquiera de
sus participantes podra significar una colisin segura.
Las fuerzas que actan, como por ejemplo la velocidad del viento ya que ella puede hacer que
la gra se desplome
Los momentos
Estabilidad y equilibrio
Las sobrecargas, el viento y otros factores
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C. Justificacin Como resultado de este incidente 5 personas resultaron seriamente lastimadas y 1 fallecido, adems
de que alguien debe hacerse responsable de lo sucedido, nos debemos encargar de que no vuelva a
suceder algo parecido. Al terminar nuestra investigacin y obtener los resultados se har contacto
inmediato con todas las asociaciones involucradas, con esto buscamos evitar este tipo de sucesos y
brindarle seguridad a todos los colaboradores que ponen da a da sus vidas en riesgo.
D. Limitaciones Para este informe se necesitaban fotos de la seccin del pistn, fotos del rea en donde ocurri la
falla, verificar estatus de la idoneidad del operador entre otras informaciones, lastimosamente en
esta investigacin solamente contamos con el pistn (la pieza daada) y con los manuales de
ensamblaje y de funcionamiento de la torre gra.
Tambin hiso falta comprobar que se realizan correctamente las verificaciones peridicas, cada 4
meses y las comprobaciones correspondientes por personal competente debidamente
documentadas cada vez que se instala. Adems se debe comprobar que se realizan las
inspecciones extraordinarias cada 2 aos en el caso en que la instalacin se mantenga durante un
tiempo prolongado.
E. Objetivos Encontrar la razn real de la ruptura del elemento en discusin.
Utilizar nuestros conocimientos obtenidos en el curso de Diseo Mecnico para llegar a la
conclusin ms factible.
Elaborar medidas de contencin para prximos proyectos civiles.
Crear conciencia de la importancia que tiene el orden y la responsabilidad al trabajar en un
proyecto de construccin.
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Capitulo II: Fundamentacin Terica
En este captulo se exponen algunos principios, axiomas o leyes que rigen las relaciones de los
fenmenos que son parte de la realidad a estudiar y que de alguna manera estn incidiendo o son
parte de la casualidad o estructura lgica de las explicaciones tericas de alguna disciplina cientfica.
Qu es una torre gra?
Es un aparato de elevacin de funcionamiento discontinuo, destinado a elevar y distribuir las cargas
mediante un gancho suspendido de un cable, desplazndose por un carro a lo largo de una pluma.
La gra es orientable y su soporte giratorio se monta sobre la parte superior de una torre vertical,
cuya parte inferior se une a la base de la gra. La gra torre suele ser de instalacin temporal, y est
concebida para soportar frecuentes montajes y desmontajes, as como traslados entre distintos
emplazamientos. Se utiliza sobre todo en las obras de construccin.
Est constituida esencialmente por una torre metlica, con un brazo horizontal giratorio, y
los motores de orientacin, elevacin y distribucin o traslacin de la carga.
La torre de la gra puede empotrarse en el suelo, inmovilizada sin ruedas o bien desplazarse sobre
vas rectas o curvas. Las operaciones de montaje deben ser realizadas por personal especializado.
Asimismo las operaciones de mantenimiento y conservacin se realizarn de acuerdo con
las normas dadas por el fabricante.
La gra se compone de tres partes cabeza con brazos, torre desmontable y base. La primera,
cabeza con brazos, esta dimensionada de acuerdo a la influencia de las caractersticas de cargas y
alcances. La segunda, torre desmontable, esta dimensionada principalmente por la influencia de la
caracterstica de altura. La tercera est afectada por la influencia de las dos anteriores y tiene
como misin principal la estabilidad tanto durante la carga como cuando no est funcionando la gra.
Para este punto tambin habr que tener en cuenta la posibilidad de movilidad de la gra.
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Plataforma de giro / Trepador
Una plataforma de giro ubicada en la punta del mstil aloja el motor y la maquinaria que permite que
la gra pueda rotar. Justo debajo de la plataforma de giro se encuentra el trepador, la pieza que
permite que el mstil se pueda aumentar. La plataforma de giro se separa del mstil a travs de unos
pistones hidrulicos que la elevan ubicados en el trepador. Una vez realizado de este proceso, se
puede levantar e insertar una nueva unidad de mstil en la gra, con la posterior reconexin de la
plataforma de giro.
Qu es una carga axial y una carga de flexin?
Se puede decir que carga axial es aquella que aparece como resultante de un sistema de cargas,
misma que transcurre por el eje senoidal de la seccin del elemento cargado, ya sea en tensin o
compresin; En ingeniera se denomina flexin al tipo de deformacin que presenta un elemento
estructural alargado en una direccin perpendicular a su eje longitudinal.
Anlisis de esfuerzo bajo cargas combinadas
Si bien hay muchas maneras de analizar una estructura sometida a ms de un tipo de carga, por lo
general el procedimiento incluye los siguientes pasos:
Se elige un punto en la estructura para determinar los esfuerzos y las deformaciones (Por lo
general se escoge un punto en una seccin transversal, donde los esfuerzos son grandes; por
ejemplo, en una seccin transversal, donde el momento flexionante tiene su valor mximo).
Para cada carga sobre la estructura se determinan las resultantes de esfuerzo en la seccin
transversal que contenga el punto seleccionado (Las posibles resultantes de los esfuerzos son
una fuerza axial, un momento de torsin, un momento flexionante y una fuerza cortante).
Se calculan los esfuerzos normal y cortante en el punto seleccionado debidos a cada una de
las resultantes de esfuerzos. Adems si la estructura es un recipiente a presin, determinar
los esfuerzos debidos a la presin interna.
Teoras de fallo
Se conocen como teoras de fallo o criterios de fallo a los criterios usados para determinar los
esfuerzos estticos permisibles en estructuras o componentes de mquinas. Se utilizan diversas
formulaciones, dependiendo del tipo de material que se utiliza.
Teora de la tensin tangencial mxima (Criterio de Tresca): Esta teora fue propuesta
por Henri Tresca, bajo este criterio una pieza resistente o elemento estructural falla cuando en
alguno de sus puntos sucede que:
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Teora de la mxima energa de distorsin (Criterio de Von Mises): La expresin propuesta
por Von Mises y Hencky, de acuerdo con este criterio una pieza resistente o elemento
estructural falla cuando en alguno de sus puntos la energa de distorsin por unidad de
volumen rebasa un cierto umbral; En trminos de tensiones este criterio puede escribirse
sencillamente en trminos de la llamada tensin de von Mises como:
,
Teora del mximo esfuerzo normal: Propuesta por Rankine, bajo este criterio un material
frgil fallar si en alguno de sus puntos sucede que:
Criterio de falla de Mohr: En laboratorio una muestra del material se conforma como una viga
en rotacin a la cual se aplica un momento flector puro, de forma que el esfuerzo vara de
tensin mxima a compresin mxima.
Qu son los materiales dctiles y los materiales frgiles?
Se considera materiales dctiles a aquellos que pueden deformarse considerablemente antes de
llegar a rotura. Para este tipo de materiales existen dos teoras, la teora de la mxima tensin
cortante y la teora de la mxima energa de distorsin. Se dice que un material es frgil cuando es
muy poca la deformacin que presentan antes de romperse. Para este tipo de materiales existen dos
teoras, la teora del mximo esfuerzo normal y el criterio de falla de Mohr.
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Capitulo III: Hiptesis y Variables
En este captulo deben expresarse los supuestos bsicos que orientan la bsqueda de la informacin
y cmo stos han sido operacional izados a travs de la relacin esperada de las variables. De igual
manera deben exponerse los indicadores que permitirn medir el comportamiento de las variables a
evaluar.
A. Hiptesis
Las fuerzas deben estar en su punto centro.
Malas condiciones climatolgicas: recordemos que es da estaba lloviendo y podemos decir
que haba poca visibilidad.
Posible mal ensamblaje o desmonte: que a la hora de hacer desmonte no siguieron bien el
manual y quitaron alguna pieza que no deban y esto no permiti que hubiera un esfuerzo
igual en el sistema lo que ocasiona que una pieza por tener un esfuerzo mayor al normal se
rompiera; En una tercera instancia podemos tratar de investigar si el problema fue en la
misma instalacin de la mquina que a la hora de desmontarla, por no haber sido instalada
correctamente la pieza cedi y tuvo una.
Fallas de material: las piezas estaban mal de fbrica y como estaba mal de fbrica, desde el
primer momento que se us comenz a debilitarse y esto llevo a que ocurriera una ruptura en
la pieza.
Mala operacin: este vendra siendo un error humano; La gra torre solo puede ser
manipulada por personal que disponga del carn oficial de operador de gra torre y sea
designado para el manejo por el usuario
Fallas de diseo: es posible que el diseador de la gra no tomara en cuenta diversos
factores que pueden interferir con el desempeo o estabilidad.
B. Variables a considerar Antes de desmontar una gra, las condiciones climatolgicas deben ser ptimas. Fuertes vientos o
lluvia pertinaz son malos indicadores para poder llevar a cabo un desmontaje con xito. Es
importante consultar el manual de fabricante de la gra para determinar cul es la velocidad de
viento mxima permitida, y medirla mediante el uso de un medidor de velocidad de viento
(ANEMOMETRO).
Asimismo, las personas que suben a la gra torre deben estar 100% enganchadas para evitar
muertes por cadas de altura. Para ello, es prudente identificar puntos de anclaje adecuados, con el
propsito de asirse adecuadamente a los mismos por medio de arneses de cuerpo entero y eslingas
adecuadas. De igual forma, es necesario llevar a cabo una revisin de los mecanismos de izaje de la
gra misma, o sea, sus bombas hidrulicas, que son los aparatos responsables de subir/bajar la
estructura propia de las mismas de acuerdo a los mandos enviados por los operadores de gra.
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Tambin es importante que se conozca la secuencia de desmontaje de la gra, pues la misma va
"quitndose" de encima pieza por pieza, con la ayuda de otra gra a nivel de piso, que generalmente
es una gra telescpica.
En las especificaciones de la Torre gra se encontr que:
Se deben conocer y respetar las limitaciones de carga. Debe estar prohibido:
Utilizar la gra para el transporte de personal.
Elevar cargas superiores a las especificadas por el fabricante.
Trabajar con vientos superiores a los indicados por el fabricante (60 Km/h)
o con tormentas elctricas prximas.
Se debe evitar:
Transportar las cargas por encima del personal.
Realizar ms de tres rotaciones completas en el mismo sentido.
Trabajar con accesorios en mal estado
Trabajar fuera de los lmites sealizados de la zona de trabajo
Al ver estas consideraciones hay que recordar que el da que se dio la falla estaba lloviendo.
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Capitulo IV: Metodologa de Investigacin
Este captulo comprende la descripcin de la estrategia a seguir expresada a travs del tipo y
modalidad de la investigacin, la caracterizacin de las unidades de anlisis, las tcnicas, procesos e
instrumentos de medicin a ser utilizados; los cuales se expresarn en los siguientes apartados:
A. Enfoque de la Investigacin Este informe est centrado en ver como se origin la falla tomando en cuenta toda clase de factores,
ya sea mecnico, humano, climatolgico o de diseo.
B. Tipo de Investigacin, Materiales y Mtodos El instructor del curso nos proporcion de varias evidencias y a la vez de informacin crucial para
resolver este dilema. De la misma manera le acudimos para algunas preguntas que nos parecieron
pertinentes saber a la hora de resolver el problema.
El proceso que utilizamos para la resolucin del problema fue un confiable mtodo de descarte a
partir de los muchos datos que obtuvimos analizando las evidencias y repasando la informacin.
Comenzamos por descartar la posibilidad de falla por efectos climticos, la informacin indica que a
pesar de estar lloviendo, la lluvia no era lo suficientemente fuerte para nublar la visibilidad o sentir
molestias.
Por con siguiente proseguimos a analizar la pieza daada. Al prestarle un poco de atencin a la
pieza, pudimos notar por la forma del corte en la falla que la fractura se dio por una carga de flexin,
esto nos llev a analizar el diseo de la misma gra y se pudo observar que la misma estaba
solamente diseada para resistir cargas axiales, pero si la gra solo puede resistir cargar axiales y
est diseada para eso entonces a que se debe la flexin que ocurri que llevara que esto
sucediera.
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El proceso de instalacin y desinstalacin del equipo se hizo bajo la gua
de un manual estndar, y de igual manera la operacin del mismo durante
todo el trayecto no demostr causar problemas ni sospechas de cualquier
tipo, descartando as la posibilidad del manejo impropio del instrumento.
Al analizar la forma en que quedo la pieza y ver como se instala la misma
se puede ver que el pistn est unido a una pieza en forma de V invertida
que se instala en el mstil de la gra, se pudo ver que solamente estaba
sujeta de un solo lado y el otro no, lo cual nos dios una idea y una buena
seal de ver como se dio la falla.
C. Discusin de Resultados La pieza que se rompe estaba solamente diseada para soportar cargas axiales segn previas
explicaciones del profesor, y lo que llevo a que la pieza fallara fue una flexin, ya que la pieza solo
estaba ajustada de un lado y esto llevo a que hubiera un momento flector ya que el otro extremo
donde se ajustaba no pasaba fuerza ni nada ya que no estaba ajustado por el problema de
instalacin ya descrito.
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Conclusin
Las conclusiones en el informe de investigacin, hacen referencia a los resultados concretos que se
obtuvieron en el desarrollo de la investigacin y que fueron presentados ampliamente en el
desarrollo del cuerpo del trabajo.
Viendo el dibujo podemos observar que si en los dos lados de la pieza de V invertida estn sujetos al
mstil, la fuerza P que ejerce el pistn se traspasa a el mstil por dos puntos es decir P/2 y P/2, esto
ocurre si estn los dos lados enganchados, pero si uno no logro engancharse bien toda la P se
desviara hacia un lado haciendo que la pieza sufriera una flexin y esto la llevara a ceder y daarse.
La pregunta que nos hacemos ahora es por qu esto ocurri si estos procesos deben seguir un
orden para garantizar una buena instalacin del equipo.
Al analizar el proceso de instalacin, nos podemos percatar que a la hora de instalar la gra el
trabajador esta de un lado y solo puede ver si la pieza engancha de un lado pero no logra visibilizar
si el otro tambin engancho. Es decir que el problema ocurri por un mal formato de instalacin, el
instalador debera verificar que la pieza en V invertida enganche en los dos lados aunque se tome
ms tiempo a la hora de hacerlo.
Recomendaciones
Al analizar la pieza de forma de V invertida se puede ver que sus partes que son las que se sujetan
al mstil tienen movimiento libre, las dos no estn obligadas a moverse a una sola direccin. Para
prevenir este problema de diseo se sugiere que cuando una de las pisas enganche, la otra tambin
de manera mecnica, una buena manera de lograr esto es instalando un tubo entre las dos partes de
la V invertida que se sujetan al mstil de la gra y as lograr que tenga un movimiento en la misma
direccin y que cuando una enganche la otra lo haga tambin.
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Bibliografa
Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett; Diseo en ingeniera mecnica de Shingley; novena
edicin, McGrawHill, 2010
http://www.monografias.com/trabajos12/guiainf/guiainf.shtml
http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros/701a
750/ntp_701.pdf
http://juanpablohernandezflores.blogspot.com/2009/12/pasos-previos-al-desmontaje-de-una-
grua.html
http://www.monografias.com/trabajos32/grua-torre/grua-torre.shtml
http://www.ehowenespanol.com/partes-grua-torre-info_77949/
http://ctorrestrj.blogspot.com/2011/11/analisis-de-esfuerzo-bajo-cargas.html