• Author / Uploaded
• albertov12

Citation preview

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SANTO DOMINGO (UASD) FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE ELECTROMECÁNICA

TEMA PARÁMETROS DE ANÁLISIS DE VIBRACIONES MECÁNICAS DE UNA MEZCLADORA DE CONCRETO DE FRECUENCIA NATURAL Y DESBALANCE EN VELOCIDAD CRÍTICA

PRESENTAN LUIS ALCÁNTARA GUSTAVO ALMANZAR ALBERT CISNEROS RAMÓN DE LEÓN

PROFESOR Dr. JOSE LUIS SOTO TRINIDAD

Santo domingo, Rep. Dom, Diciembre de 2015

1

CONTENIDO LISTA DE FIGURAS................................................................................................................................ 4 LISTA DE CUADROS.............................................................................................................................. 6 LISTA DE ANEXOS ................................................................................................................................ 7 RESUMEN ............................................................................................................................................ 8 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 9 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................................... 10 ANTECEDENTES ................................................................................................................................. 11 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................................. 12 ALCANCE Y LIMITACIONES ................................................................................................................ 13 OBJETIVOS ......................................................................................................................................... 14 OBJETIVO GENERAL ....................................................................................................................... 14 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................................ 14 GENERALIDADES DE VIBRACIONES ................................................................................................... 15 FRECUENCIA NATURAL ...................................................................................................................... 16 RESONANCIA ..................................................................................................................................... 17 VELOCIDADES CRÍTICAS EN EJES ....................................................................................................... 17 DESBALANCE ..................................................................................................................................... 18 MEZCLADORAS DE CEMENTO ........................................................................................................... 19 FUNCIONES DE LA MEZCLADORA DE CEMENTO ............................................................................... 20 CLASIFICACIÓN DE LAS MEZCLADORAS DE CEMENTO ...................................................................... 20 TIPOS DE MEZCLADORAS .................................................................................................................. 21 MEZCLADORA TIPO TROMPO DE TAMBOR BASCULANTE ................................................................ 22 MEZCLADORA CAMIÓN HORMIGONERA ...................................................................................... 22 MEZCLADORA DE EJE HORIZONTAL .............................................................................................. 23 MEZCLADORA MÓVIL AUTOMÁTICA ............................................................................................ 24 MEZCLADORA PLANETARIA DE EJE VERTICAL ............................................................................... 24 MEZCLADORA DE EJE VERTICAL .................................................................................................... 25 COMPONENTES PRINCIPALES DE LA MEZCLADORA ......................................................................... 26 FUNCIONAMIENTO........................................................................................................................ 28 ABRASIÓN ...................................................................................................................................... 29 APLICACIÓN ................................................................................................................................... 31 2

VENTAJAS DE LA MEZCLADORA DE CEMENTO.............................................................................. 32 DESVENTAJAS DE LAS MEZCLADORAS DE CEMENTO.................................................................... 32 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN. ............................................................................................................ 34 DOSIFICACIÓN EN FUNCIÓN DEL VOLUMEN..................................................................................... 34 SISTEMA DE VIBRACIÓN .................................................................................................................... 34 IMPORTANCIA DEL VIBRADO EN LA COMPACTACIÓN DE LA MEZCLA ............................................. 34 AMPLITUD Y FRECUENCIA DE LA VIBRACIÓN................................................................................ 35 TIEMPOS DE DURACIÓN DEL VIBRADO Y COMPRESIÓN DE LA MEZCLA ...................................... 35 SISTEMA DE COMPRESIÓN ................................................................................................................ 36 DETERMINACION DE LA VELOCIDAD DE GIRO .................................................................................. 39 CÁLCULO DE FUERZAS EN LAS PALETAS ............................................................................................ 40 LAS FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE LA PALETA EN EL PLANO Y-Z SE REPRESENTAN EN LA FIGURA 42 POTENCIA REQUERIDA DEL MOTOR ................................................................................................. 44 CÁLCULO DE LA FUERZA DE ROZAMIENTO ....................................................................................... 45 CANTIDAD DE GRADOS DE LIBERTAD................................................................................................ 48 CALCULO DE LA CONSTANTE DE RESORTE EQUIVALENTE DE LA MEZCLADORA DE CEMENTO ....... 50 CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 58 RECOMENDACIONES ......................................................................................................................... 59 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 60 ANEXOS ............................................................................................................................................. 62

3

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1. DESBALANCE ESTÁTICO.................................................................................................... 17 FIGURA 2. ESQUEMA CARACTERÍSTICO DE UNA MEZCLADORA TIPO TROMPO.. ¡Error! Marcador no definido.8 Figura 3. Mezcladora de concreto tipo trompo de tambor basculante ............... ¡Error! Marcador no definido.1 FIGURA 4 CAMIÓN HORMIGONERA (MEZCLADOR) DE 3 EJES........... ¡Error! Marcador no definido.2 FIGURA 5. MEZCLADORA DE EJE HORIZONTAL .................................. ¡Error! Marcador no definido.2 FIGURA 6. MEZCLADORA PLANETARIA DE EJE VERTICAL MARCA ELEMATIC ...... ¡Error! Marcador no definido.3 FIGURA 7. INTERIOR DE UNA MEZCLADORA PLANETARIA DE EJE VERTICAL ....... ¡Error! Marcador no definido.4 FIGURA 8. MEZCLADORA DE EJE VERTICAL ........................................ ¡Error! Marcador no definido.4 FIGURA 9. ZONA DE MEZCLA EN MEZCLADORA DE EJE VERTICAL..... ¡Error! Marcador no definido.4 FIGURA 10. COMPONENTES PRINCIPALES DE LA MEZCLADORA ......... ¡Error! Marcador no definido. FIGURA 11. COMPONENTES PRINCIPALES DEL MOTOR .................... ¡Error! Marcador no definido.6 FIGURA 12. MEZCLADORES DE CONCRETO (OLLA O TROMPO) ....... ¡Error! Marcador no definido.30 FIGURA 13. DIMENSIONAMIENTO DE LA MEZCLADORA DE CONCRETO ............. ¡Error! Marcador no definido.2 FIGURA 14. VISTAS ISOMÉTRICAS DE LA MEZCLADORA DE CONCRETO .............. ¡Error! Marcador no definido.2 FIGURA 15. TRANSMISIÓN PARA MEZCLADORA ................................ ¡Error! Marcador no definido.6 FIGURA 16. ETAPAS DE TRANSMISIÓN HORIZONTAL ........................ ¡Error! Marcador no definido.8 FIGURA 17. DIMENSIONAMIENTO DE PALETAS ................................................................................ 40 FIGURA 18. REPRESENTACIÓN GENERAL DE LAS FUERZAS ACTUANTES EN LA PALETA .................. 40 FIGURA 19. REPRESENTACIÓN DE LAS FUERZAS EN EL SISTEMA PALETA-MASA DEL HORMIGÓN. . 41 Plano Y-Z ............................................................................................................................................ 47 FIGURA 20. SISTEMAS DE UN GRADO DE LIBERTAD. ........................................................................ 48 FIGURA 21. SISTEMA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD ....................................................................... 48 FIGURA 22. SISTEMA DE TRES GRADOS DE LIBERTAD. ..................................................................... 49 FIGURA 23. LÍMITE DE NO LINEALIDAD MÁS ALLÁ DEL LÍMITE DE PROPORCIONALIDAD. ............... 49 FIGURA 24. PROCESO DE LINEALIZACIÓN. ........................................................................................ 51 4

FIGURA 25. DIAGRAMA DE FUERZA CORTANTE Y MOMENTO FLECTOR PARA DESBALANCE DEL PROGRAMA BEAM DIAGRAMS MODULE .......................................................................................... 52 FIGURA 26. ESPECTRO DE MASAS ..................................................................................................... 53 FIGURA 27. ESPECTRO SIN MASA DE PRUEBA .................................................................................. 53 FIGURA 28. ESPECTRO CON MASA DE PRUEBA EN 120° ................................................................... 54 FIGURA 29. ESPECTRO CON MASA DE PRUEBA EN 240° ................................................................... 54 FIGURA 30. ESPECTRO DE VIBRACIÓN A 1 200 RPM ......................................................................... 55 FIGURA 32. ESPECTRO DE VIBRACIÓN A 2 035 RPM ......................................................................... 55 FIGURA 33. GRAFICA DE VELOCIDAD CRITICA................................................................................... 56

5

LISTA DE CUADROS TABLA 1. TIPOS DE MEZCLADORA .................................................................................................... 20 TABLA 2. CARACTERISTICA DE LA MEZCLADORA DE CONCRETO .................................................... 29 TABLA 3. VELOCIDAD DE GIRO DEL EJE PORTA PALETA .................................................................... 35 TABLA 4 DIAMETRO DE POLEAS PARA TRANSMISIONES ................................................................. 43

6

LISTA DE ANEXOS 1. PRESUPUESTO DE UNA MEZCLADORA DE CEMENTO .................................................................. 62 2. FOTO DE LA MAQUINA Y EL GRUPO ............................................................................................ 63

7

RESUMEN

En este trabajo, se encontrarán las variables a tener en cuenta cuando se determinan y se ponen en función las especificaciones descritas en función de velocidad crítica y desbalance y además, se dispondrá del procedimiento para realizar los parámetros indicados para el análisis de vibraciones en la mezcladora de concreto.

En la primera parte del trabajo, se hace un acercamiento a los términos utilizados en el contenido del trabajo, como son: introducción de las vibraciones en aspectos generales, análisis de vibraciones, velocidad crítica y balanceo en rotores, velocidad eje de transmisión número de dientes de los engranes, el desplazamiento de dicha maquina etc.

Luego, se definen las especificaciones técnicas con las que contará para Ensayo de Velocidad Crítica y Desbalance, como los componentes del mismo, las velocidades de operación de la mezcladora, la instrumentación para la adquisición de datos de vibraciones, entre otras.

De manera seguida, se presenta un diagrama esquemático y una imagen fotográfica del banco de pruebas después de finalizado el montaje total y a continuación se presentan los cálculos realizados para el diseño de los diferentes partes que componen el banco, así como el método utilizado para verificar los cálculos realizados, haciendo énfasis en los componentes más relevantes, es decir, el eje, el disco y la masa de pruebas, velocidad critica, esfuerzos, diagrama de esfuerzo cortante y momento flector, cálculos de la frecuencia natural y la constante del resorte.

8

INTRODUCCIÓN

Se introduce este trabajo lo cual trata de la mezcladora de concreto en vibraciones mecánicas lo cual se basa en la realización de diversos parámetros que relacionan a la materia de vibraciones en aspectos generales. Con el propósito de conocer la máquina y componentes utilizados en los procesos productivos, la ingeniería recurre a métodos para verificar la condición actual o detectar señales de alarma de problemas en su etapa inicial.

Esto permite que se ejecuten acciones de proyección y así evitar fallas que puedan significar paradas no programadas para realizar mantenimientos correctivos de emergencia. Uno de los fundamentos de los parámetros de mantenimiento de la mezcladora es el análisis de vibraciones mecánicas. Este análisis determina la condición vibratoria de los componentes de las máquinas que se relacionan con fallas como desgaste, desajuste, desalineación, desbalanceo, entre otras.

El análisis de vibraciones es un trabajo que muchos ingenieros mecánicos van a desempeñar en su labor profesional y su estudio es importante en el proceso de formación de los nuevos ingenieros. Además de la teoría, el estudio de las vibraciones mecánicas debe incluir prácticas de laboratorio que ayuden a afianzar los conocimientos y a proporcionar cierta destreza en el manejo de los instrumentos de medición.

Este trabajo de grado propone el diseño e implementación de un nuevo banco que permita realizar las pruebas de velocidades críticas y balanceo usando métodos y tecnologías modernas que están en el ámbito general de vibraciones mecánicas.

9

Este trabajo se desarrolla bajo la función y características de análisis de frecuencia, diseño y con los parámetros requeridos en vibraciones para determinar el comportamiento vibratorio y ejercer diversas ideas de implementación para establecer el buen resultado de dicha máquina y disminuir el grado de vibración y desbalance de la mezcladora por medio de parámetros descritos en la obtención de resultados.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Cuando se estudia la teoría de vibraciones, muchos conceptos no son asimilados por los estudiantes al nivel deseado, esto debido a las grandes diferencias existentes entre la teoría y la implementación práctica. Como una estrategia educativa, las universidades han implementado laboratorios que permiten a los estudiantes observar en la práctica los fenómenos y métodos de análisis usados en la industria.

En la actualidad, la Universidad Autónoma de Occidente cuenta con dos Bancos de Pruebas cuya finalidad es realizar prácticas de vibraciones mecánicas, específicamente las pruebas de velocidades críticas en ejes y desbalance en máquinas roto dinámicas. Sin embargo, la obsolescencia y el deterioro de dichos equipos no garantizan esta finalidad.

En el contexto de la sociedad, los procesos productivos e insumos se caracterizan por ser más exigentes a la vez que generan ventajas competitivas. Dentro de éstos últimos, se menciona como la más importante, la demanda de talento humano altamente preparado en las diferentes universidades que conforman el territorio nacional e internacional y por ende calificado para conformar cuadros gerenciales y laborales que permitan impulsar el desarrollo del país y en consecuencia el mejoramiento de la calidad de vida de sus habitantes.

10

ANTECEDENTES Mezcladoras de cemento son una forma de transporte y mezcla de cemento, mientras que se está trabajando para reparar la base, la acera, o la construcción de un molde. El cemento es sobre todo conocido por ser hecha de asfalto, lo que significa que es seguro en la lengua griega antigua.

Después de la salida del mezclador concreto obligatoria a principios de 1950, hormigonera obligatoria ha desarrollado y promovido rápidamente. El disco del eje hormigonera obligatoria vertical es el primero en salir. Se compone de mezclador de hormigón turbohélice y mezclador concreto planetario. Después de 1970, con la aplicación de agregado de peso ligero, la ranura del eje hormigonera obligatoria horizontal circular que está también apareció hormigonera eje horizontal. Se puede dividir en dos tipos: de doble eje único eje y, que tiene características de auto-caer de mezcla y mezcla obligatoria.

Hormigonera obligatoria se desarrolló con éxito en la década de 1980. Pero se desarrolla rápidamente y ha superado con creces muchos otros modelos en la especificación del producto y la cantidad del producto. El mezclador es el núcleo de la hormigonera obligatoria y está estrechamente relacionado con la calidad de la mezcla, la eficiencia de la producción y el uso y los costos de mantenimiento. Se compone de doble tambor ranura circular que se coloca horizontalmente, dos ejes mezcladores que giran en la dirección opuesta y paletas de mezcla.

El cemento es una mezcla de varios tipos diferentes de materiales. Esto incluye arena, piedra caliza y el asfalto. Asfalto y el cemento se encontraron para ser utilizado a partir de 625 AC en Babilonia, así como en Grecia. La idea de esta base sólida se perdió durante siglos, y comenzó a experimentar con inicio en el año 1500. Después de mucha exploración, los europeos encontraron que este tipo de material se estaba utilizando en Venezuela. Ellos tomaron la idea y comenzó a utilizar el cemento para calafatear los barcos de nuevo. Construcción de carreteras de cemento usando se hizo popular en los Estados Unidos en medio de la década de 1800.

Esto fue parte de la revolución que comenzó con la era industrial. Cemento fue tomada primero de los recursos naturales, tales como los lagos que se encontraban en Trinidad. Sin embargo, a principios de la década de 1900, la mezcla de la vía y el pavimento comenzó a 11

ser una mezcla de varios tipos de rocas. Mezcladoras de cemento se hizo popular en la década de 1920, cuando los automóviles comenzaron a hacerse populares.

Mezcladores fueron vistos por primera vez como las bandejas que se calienta sobre el fuego de carbón. Agregado se secó en esta bandeja, que el asfalto se derramó sobre él. Esta mezcla se agitó la mano.

JUSTIFICACIÓN

Con el desarrollo de este trabajo, los estudiantes de ingeniería mecánica podrán observar en la práctica los fenómenos estudiados en el curso de Vibraciones Mecánicas sobre mezcladora de concreto, además de aprender sobre instrumentación y fomentar su interés investigativo y aprender los parámetros establecidos en lo buscado.

El banco de pruebas les permitirá aprender la técnica para resolver el desbalance, que es una de las fallas más comunes encontradas en la industria. Por otro lado, al asimilar el concepto de velocidad crítica, percibirán la importancia de tener en cuenta este fenómeno al momento de realizar el diseño de ejes.

La implementación del banco de pruebas permitirá realizar mediciones de velocidades críticas y de desbalance en un solo montaje, evitando que el eje sufra algún tipo de deformación plástica existente en la mezcladora de concreto. La instrumentación de este de estos parámetros de equipos integrados que incluirá sensores para medir el nivel de vibración (acelerómetros y sensores de posición) y la fase de giro del motor.

Además, la velocidad de giro del motor podrá ser controlada desde el computador, gracias a un variador de frecuencia integrado. Todos los componentes requeridos para la instrumentación ya se encuentran en el Laboratorio de Mecánica de Sólidos.

12

ALCANCE Y LIMITACIONES

Con este trabajo nos permite realizar un amplio contexto con el tema de vibraciones en los aspectos de distribución de fuerzas y el régimen de balanceo que tiene dicha maquina al momento de realizar la operación a fin de mezclado.

El Banco de Prueba para Balanceo Dinámico de la mezcladora de concreto está diseñado con la finalidad de realizar el diagnóstico sobre el comportamiento dinámico de equipos rotativos que permitan prever posibles fallas mecánicas de funcionamiento que puedan dejar fuera de servicio un determinado equipo y que sirva de material didáctico para el apoyo en las asignaturas de Vibraciones Mecánicas.

Las limitaciones presente durante el desarrollo de este Trabajo de Grado fue la poca bibliografía relacionada con el tópico que se estudió, sin embargo esto pudo subsanarse por cuanto se buscó en fuentes textuales el material bibliográfico necesario obteniendo el resultado deseado.

13

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Realizar un banco de pruebas a una mezcladora de concreto, que permita ejercer la práctica de balanceo y demostrar el fenómeno de velocidades críticas por medio de parámetros establecidos para la obtención de resultados correctos en el estudio de vibraciones mecánicas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Definir especificaciones técnicas del banco de pruebas de la mezcladora de concreto.

Seleccionar los componentes mecánicos requeridos para su estudio dinámico.

Implementar la correcta aplicación y las especificaciones requerida para el monitoreo y control del banco de pruebas.

Ejercer un amplio informe sobre la relación de una mezcladora e concreto para la determinación de parámetros ligados con el estudio de vibraciones mecánicas y su aspecto general en desbalance y en la amplitud para obtener los resultados correctos

Establecer la importancia del Banco de Prueba de Balanceo Dinámico como material didáctico para el apoyo de las asignaturas Vibraciones Mecánicas

14

GENERALIDADES DE VIBRACIONES

Una vibración se produce en respuesta a una fuerza de excitación. El periodo de vibración es el intervalo de tiempo necesario para que el sistema efectúe un ciclo completo de movimiento; el número de ciclos por unidad de tiempo define la frecuencia. El desplazamiento máximo del sistema desde su posición de equilibrio se denomina amplitud de vibración. La relación angular o de tiempo existente entre la vibración y la fuerza que la origina se llama fase, siendo estos tres términos: frecuencia, amplitud y fase, las características de las vibraciones.

Las vibraciones han sido asociadas tradicionalmente a problemas en máquinas como funcionamiento incorrecto, ruido y fallas, pero se debe tener en cuenta que las vibraciones además de determinar fallas son parte primordial de algunos tipos de mantenimiento. La vibración depende de las características estructurales del sistema como son la masa, la rigidez y la amortiguación.

Desde la etapa de diseño se debe tener en consideración el aumento en los esfuerzos y tensiones debido a la vibración existente en los sistemas mecánicos; sin embargo las vibraciones deben ser tratadas como un síntoma de la condición actual de las máquinas.

Una máquina rotativa común está compuesta de varios componentes: eje, discos, alojamientos de rodamientos, cimentación, entre otros. Estos componentes flexibles y macizos absorben y disipan energía cuando están sometidos a alteraciones internas y producen un patrón único de movimiento llamado respuesta.

La respuesta está relacionada con el diseño de la máquina y es una indicación de las deflexiones y esfuerzos a las cuales el sistema está siendo sometido. La respuesta vibratoria de una máquina sirve para localizar las fallas y para evaluar daños y desgaste.

15

FRECUENCIA NATURAL

Es la frecuencia que resulta al introducir una excitación a un sistema que está en posición de equilibrio y dejarlo vibrar libremente, no depende de la excitación sino de las características físicas del sistema. Todo sistema mecánico tiene un número de frecuencias naturales que dependen del diseño.

Las frecuencias naturales de los componentes de las máquinas no son independientes una de la otra y generalmente no son múltiplos, esto se da en algunos casos muy especiales. La masa y rigidez de la máquina y de sus componentes gobiernan las formas modales no amortiguadas. Las fuerzas no influyen en las formas modales.

Cuando la frecuencia de la fuente emisora de ondas coincide con la frecuencia natural del resonador (objeto que oscila) se llega a una condición conocida como resonancia. La resonancia se define como la tendencia de un sistema físico a oscilar con una amplitud mayor en algunas frecuencias. La amplitud del sistema oscilante depende de la magnitud de la fuerza que se le aplique periódicamente al emisor de ondas y también está relacionada con las frecuencias de ondas del emisor y la frecuencia natural del sistema oscilante.

Si la diferencia entre la frecuencia del emisor y la frecuencia del resonador es grande la amplitud del sistema resonador será mínima. Al igual que mientras más diferentes sean las frecuencias entre el generador y el resonador, se requerirá de mayor cantidad de energía para crear determinadas amplitudes de oscilación.

Todo sistema puede ser modelado en forma de masa, resorte, amortiguador. Los amortiguadores absorben la energía pero los resortes y las masas no lo hacen. Si se le aplica energía a un sistema masa-resorte, el sistema vibrará a su frecuencia natural y el nivel de las vibraciones dependerá de la fuerza de la fuente de energía y de la absorción inherente al sistema. La siguiente ecuación permite calcular la frecuencia natural de un sistema masaresorte, se puede evidenciar que si un sistema aumenta su rigidez, su frecuencia natural aumentará, pero si lo que se adiciona es masa, la frecuencia natural disminuirá:

wn =

Ec. 1

16

Dónde: f = frecuencia natural K = constante del resorte o rigidez m = masa RESONANCIA

Ocurre cuando la frecuencia de la fuerza de excitación se acerca a la frecuencia natural de un sistema. Si un sistema entra en resonancia se vuelve dinámicamente inestable, los niveles de vibración pueden ser muy elevados, al punto que la excesiva vibración puede causar daños muy rápidamente.

Si la frecuencia de excitación es menor que la frecuencia natural, entonces el sistema se comporta como un resorte y el desplazamiento será proporcional a la fuerza. El resorte hace el sistema resonante, siendo dominante al determinar la respuesta temporal. En estas condiciones, el sistema vibra casi en fase con la excitación y la magnitud del desplazamiento varia linealmente con la magnitud de la fuerza excitadora.

Cuando la frecuencia de excitación es mayor a la frecuencia natural, la situación es diferente. En estas condiciones, la inercia de la masa es el elemento que controla y el sistema parece una masa a la que se le aplica una fuerza. Eso quiere decir que la aceleración es proporcional a la fuerza aplicada y el desplazamiento es relativamente constante con la frecuencia. El desplazamiento está fuera de fase con la fuerza excitadora.

VELOCIDADES CRÍTICAS EN EJES

Es similar al concepto de resonancia pero en máquinas rotativas, cuando la frecuencia de giro es igual a la frecuencia natural del sistema. Cuando un eje es sometido a cargas radiales, es deformado, es decir que los centros de sus secciones trasversales dejan de estar alineados.

Ya sea que el centro de la sección transversal del eje gire alrededor de su propio eje o describa una trayectoria circular, aparece una fuerza centrífuga cuya dirección radial respecto al eje de giro, se mantiene fija respecto de la sección del eje y en rotación respecto de la bancada.

17

DESBALANCE

Es una de las causas más comunes de vibración en máquinas rotativas. Se llama desbalance cuando el centro de masa no coincide con el centro geométrico o cuando el eje de inercia esta desviado angularmente respecto de su eje de rotación, generando fuerzas centrífugas que deben ser contenidas por rodamientos y demás estructuras de soportes. Siempre existirá un cierto grado de desbalance en cualquier tipo de máquina rotativa por efectos de diseño, fabricación, montaje de piezas.

Las causas más comunes de desbalance en rotores son: asimetría del diseño, tolerancias de fabricación y ensamblaje, no homogeneidad del material, distorsión en servicio, corrosión y desgaste y acumulación de depósitos.

El tipo de desbalance más sencillo es equivalente a un punto pesado en un punto único del rotor. Esto se llama un desbalanceo estático ya que se podrá ver aunque el rotor no esté en servicio. Si el rotor se deja girar libremente sobre sus apoyos, el punto pesado siempre buscará la posición más baja. De igual manera cuando el eje está en operación existe una fuerza centrífuga F= mew², siendo la masa del punto pesado, la excentricidad y la velocidad de giro.

FIGURA 1. DESBALANCE ESTÁTICO

18

MEZCLADORAS DE CEMENTO

Una mezcladora de cemento es una de las piezas esenciales de los equipos de construcción para cualquier empresa o persona que busca completar un trabajo en un lugar sin grandes problemas. Su uso en el campo de la construcción permite agilizar la obra ya que rompe con la forma tradicional de mezcla manual del cemento. Los mezcladores se utilizan cuando el trabajo de construcción es grande por lo cual necesita mucha mezcla para laborar.

En la actualidad las mezcladoras tienen un papel muy importante que es la homogeneidad del producto, el cual debe de ser perfecto para trabajar en la construcción.

FIGURA 2. ESQUEMA CARACTERÍSTICO DE UNA MEZCLADORA TIPO TROMPO

Normalmente, las mezcladoras de cemento se utilizan para diversos trabajos de construcción que requieren una gran cantidad de trabajo en un sitio. Su principal función es la de tomar el cemento y mezclarlo con arena y agua. Si bien muchos constructores aún 19

prefieren utilizar el viejo camión de cemento, muchas de las mejores empresas de desarme utilizan una mesa de mezclas portátiles. Estos son más pequeños y proporcionan mucha más flexibilidad a los constructores para hacer su trabajo, en ocasiones puede resultar difícil de maniobrar un gran camión de cemento, por lo que una versión más pequeña es una excelente alternativa.

FUNCIONES DE LA MEZCLADORA DE CEMENTO Es un aparato o máquina empleada para la elaboración del hormigón o concreto. Su principal función es la de suplantar el amasado manual de los diferentes elementos que componen el hormigón: cemento, áridos y agua. Los áridos empleados en la elaboración del hormigón suelen ser gruesos y de elevado peso por lo que la mecanización de este proceso supone una gran descarga de trabajo en la construcción.

CLASIFICACIÓN DE LAS MEZCLADORAS DE CEMENTO

Según el tipo de hormigonera estas pueden ser:

Fijas (o semifijas): Suelen colocarse de forma permanente o semipermanente en el lugar donde se va construir o en un punto desde donde servir a diversas obras en un tiempo no crítico para el fraguado de la masa de hormigón.

Móviles o portátiles: Son aquellas dotadas de ruedas y que se transportan al lugar donde va a elaborarse el hormigón. Dentro de este tipo podemos destacar los Camiones hormigonera.

Según el tipo de motor que llevan, éstas pueden ser:

Eléctricas: dotadas con motor eléctrico. Estas se utilizan para trabajos más sencillos, necesitando siempre una toma de corriente o un generador eléctrico.

Diésel: dotadas con motor que funciona con gasoil. Estas hormigoneras suelen ser de tamaños grandes dado que el motor diésel genera una gran potencia.

20

Gasolina: dotadas con motor de gasolina. Este tipo de hormigoneras es el más común dado su alto rendimiento y la posibilidad de llevar la máquina en cualquier sitio sin la necesidad de disponer de alimentación con corriente eléctrica.

Agrícolas: no llevan motor pero se acoplan al tractor como un apero más.

TIPOS DE MEZCLADORAS

Se han creado en la industria diferentes alternativas en máquinas mezcladoras para darle a la masa una mayor calidad, clasificación que se puede ver en la Tabla. Resalta en los valores de potencia el mínimo de 5 HP, para capacidades de 350, 370 y 500 litros. Se extrae de la tabla que las velocidades de rotación son bajas, con rangos de 30 a 38 rpm.

TABLA 1. TIPOS DE MEZCLADORAS

21

Algunos modelos de máquinas de mezclado incorporan un sistema de control por ordenador, que informa de todos los consumos de cemento y áridos utilizados por cada amasada y acumulativos por días. Pueden incorporar también un sistema de asistencia por módem.

MEZCLADORA TIPO TROMPO DE TAMBOR BASCULANTE

Las mezcladoras de eje inclinado o de tambor basculante pueden tomar diferentes inclinaciones del eje, ya sea para trabajo de llenado, de amasado, o de descarga. Esto se realiza por medio de un volante que hace pivotar el tambor alrededor de un eje horizontal mediante un sistema de piñones dentados. El tambor o trompo realiza un movimiento de rotación alrededor de su eje, inclinándose de 15 a 20 grados aproximadamente.

Estas mezcladoras se pueden ajustar a pequeños volúmenes de concreto y en especial para mezclas plásticas o con agregado grueso de tamaño apreciable. La descarga que realiza es lateral elaborada para trabajo pesado, de fácil operación y manejo. La mezcla siempre será buena, ya que es liberada de manera inmediata y sin segregación.

Figura 3. Mezcladora de concreto tipo trompo de tambor basculante

22

MEZCLADORA CAMIÓN HORMIGONERA

Los camiones de cemento vienen en diferentes tamaños y tipos, con cada uno de ellos aporta su propio estilo a la mezcla. Básicamente son lentos y gradualmente en la industria se están desechando debido a la utilización de los más pequeños, más baratos, más móviles mezcladoras de cemento. Sin embargo, hay un uso de un camión mezclador de cemento en algunos entornos.

FIGURA 4 CAMIÓN HORMIGONERA (MEZCLADOR) DE 3 EJES MEZCLADORA DE EJE HORIZONTAL

Estas mezcladoras se pueden caracterizar por el tambor, ya que este posee una forma cilindro-cónica, la cual opera girando alrededor de un eje horizontal con una o dos aspas o paletas que giran alrededor de un eje no coincidente con el eje del tambor. Poseen mayormente, dos aberturas, una para cargar el material y la otra para descargar el concreto. Son favorables para grandes volúmenes de concreto. Pueden aparecer modelos en donde su tambor es fijo y siempre posee un eje, provisto de aspas, el cual describe una trayectoria circular alrededor del eje del tambor.

FIGURA 5. MEZCLADORA DE EJE HORIZONTAL 23

MEZCLADORA MÓVIL AUTOMÁTICA Es un equipo de mezclado móvil con gran capacidad de producción, útil en obras donde se desea hacer la mezcla en sitio sin que ello implique inmovilidad del equipo.

Este modelo de control automático en particular es de gran precisión y fácil operación, dosifica agregados con corrección de humedad y absorción, cemento de sacos o silo, y agua con porcentaje de dosificación inicial y final de acuerdo al asentamiento de la mezcla.

MEZCLADORA PLANETARIA DE EJE VERTICAL

La potente mezcladora planetaria es especialmente adecuada para su utilización en centrales de componentes de prefabricados con sistemas de distribución de hormigón.

FIGURA 6. MEZCLADORA PLANETARIA DE EJE VERTICAL MARCA ELEMATIC

El bastidor de la mezcladora es una estructura robusta de acero. Las placas en el fondo de la mezcladora, las palas de mezclado y el rascador son todas piezas de desgaste intercambiables, que normalmente son fabricadas de acero Nihard de larga duración. Hay dos compuertas de servicio en la cubierta de la mezcladora, y una puerta de servicio en el lateral para una fácil limpieza y mantenimiento.

24

FIGURA 7. INTERIOR DE UNA MEZCLADORA PLANETARIA DE EJE VERTICAL

MEZCLADORA DE EJE VERTICAL Esta mezcladora, también llamada mezcladora horizontal, por su forma y sistema de mezclado sobre tanque horizontal, es igualmente versátil en cuanto a su aplicación para otros tipos de materiales, semejante a la mezcladora planetaria. La diferencia es evidente en el sistema de mezclado, afectando principalmente los tiempos de operación y de homogenización del material combinado, pero influye positivamente en costos de producción y mantenimiento.

FIGURA 8. MEZCLADORA DE EJE VERTICAL

FIGURA 9. ZONA DE MEZCLA EN MEZCLADORA DE EJE VERTICAL 25

COMPONENTES PRINCIPALES DE LA MEZCLADORA

FIGURA 10. COMPONENTES PRINCIPALES DE LA MEZCLADORA 1. Olla mezcladora de metal 2. Olla mezcladora de polietileno

9. Barra para remolcar 10. Suspensión del muelle 11. Bloques de seguridad

3. Aspas (Plásticas) 12. Pliegues de las llantas 4. Seguro de volteo 5. Protector del engrane de volteo

13. Interruptor de ENCENDIDO/APAGADO ON/OFF (solo para gasolina)

6. Volante

14. Compartimento/Seguro

7. Graseras Zerk

15. Aspas (Acero)

8. Cadena de seguridad

16. Orificios para montacargas 26

COMPONENTES PRINCIPALES DEL MOTOR

FIGURA 11. COMPONENTES PRINCIPALES DEL MOTOR

1.

Tapón del llenado de combustible

6.

Palanca del ahogador

2.

Palanca del acelerador

7.

Filtro de aire

3.

8. Interruptor del motor ON/OFF (ENCENDIDO/APAGADO)

4.

Arranque retráctil (jalar la cuerda)

5.

Bujía

9.

Silenciador

10.

Tanque de combustible

Palanca de la válvula de combustible

27

FUNCIONAMIENTO La cuba se llena en la planta con los áridos, cemento y agua en las proporciones exigidas por el comprador y desde ese momento, aprovechando el transporte el contenido se irá mezclando. Al llegar a destino el hormigón está mezclado.

La descarga se realiza a través de una canaleta que de forma manual o hidráulica se ajusta a la inclinación adecuada permitiendo además el movimiento de 180º para poder extender el hormigón uniformemente.

Es el conductor o ayudante del camión el que realiza la descarga mediante unos mandos que se encuentran en un lateral y de forma que vea en todo momento la descarga del hormigón a la canaleta.

Para terminar es imprescindible el limpiado de la cuba después de la descarga.

28

ABRASIÓN En términos generales, se denomina abrasión a una operación mecánica de rozamiento y desgaste que ocasiona erosión en un material o tejido, al corroer la pieza por el desprendiendo de pequeñas partículas de material. Para protegerse de la abrasión, una de las alternativas en las mezcladoras es que en el interior de la cubeta de mezclado se instalan revestimientos de desgaste intercambiables, hechos con chapa de acero.

Otra forma de evitar los efectos abrasivos del cemento es el uso de una transmisión flexible, por ejemplo, los brazos de mezclado son amortiguados por resortes montados en la cabeza del rotor que protegen la transmisión frente a posibles golpes, son ajustables para regular la altura y compensar el desgaste de las paletas de mezcla.

En términos de dureza, el valor indicado en las mezcladoras para contrarrestar el efecto abrasivo sobre las partes que están en contacto con los gránulos de la mezcla no debe ser inferior a 400HB.

Particularmente los aceros Hadfield (ASTM A-128, acero de manganeso ustenítico con 1,2% C y 12% Mn) tienen un comportamiento dúctil y resistente al desgaste. Se le utiliza con algunas modificaciones menores en su composición y en su tratamiento térmico, principalmente en la minería, en la excavación, en la tala de árboles, en la fabricación de trenes y en la manufactura de cemento y productos de arcillas. El acero Hadfield es usado en trituradoras, mezcladoras, excavadoras y bombas para el manejo de arado. Otras aplicaciones incluyen el fragmentado de martillos y parrillas para el reciclado de automóviles. Sin embargo debido a que la resistencia a la abrasión tiende a incrementarse con el carbono, lo normal es que contenga 1.2% de C y 12% de Mn, que es un acero ASTM A-128 Gr. A.

29

MEZCLADORA DE EJE VERTICAL

MEZCLADORA TIPO TROMPO

Capacidad: 500 l Potencia: 5 HP Velocidad: 35 + 5 rpm

Capacidad: 400 l Potencia: 5 HP Velocidad: 35 + 5 rpm

CARACTERÍSTICAS GENERALES

CARACTERÍSTICAS GENERALES

Sistema de carga superior, descarga inferior por compuerta lo que asegura que el tanque sea desocupado en su totalidad, completamente desarmable para mantenimiento, un modelo con tres hélices (la figura solo muestra dos) permite una mejor distribución de la carga y la mezcla, puede acondicionarse una hélice o brazo para limpieza de las paredes del tanque; piezas de repuesto estándar: cojinetes, poleas, correas, engranajes; el sistema de amasado se basa en un eje con aspas y brazos de agitación por lo que evita grumos, es un diseño aplicable a otros tipos de hormigones e incluso a tierra, tanque totalmente inmóvil lo que impide accidentes por “destrabamiento”.

Sistema de carga y descarga lateral con giro manual del tanque, totalmente desarmable para mantenimiento, las partes de cambio no son todas estándar, cuenta con un sistema de giro que involucra todo el conjunto por lo que necesita de un sistema de transmisión muy grande y costosa. Es relativamente riesgoso con partes móviles a la vista, es un diseño típico y exclusivo para morteros y hormigón, no cuenta con aspas de agitación ni de limpieza; es un modelo muy conocido en el mercado y de aplicación específica, poca posibilidad de aprovechamiento comercial en la industria del refractario.

Partes móviles ocultas y seguras a la vista; es un modelo de mezcladora existente en el mercado especial para cemento refractario, conocido y aprobado por el cliente; es un mercado 30

potencialmente aprovechable en la industria del Refractario. CUADRO 2. DE CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLADORA DE CONCRETO APLICACIÓN

Normalmente, las mezcladoras de cemento se utilizan para diversos trabajos de construcción que requieren una gran cantidad de trabajo en un sitio. Su principal función es la de tomar el cemento y mezclarlo con arena y agua. Es importante señalar que una mezcladora de cemento no solo combina estas cosas necesarias para el cemento, sino que también lo hace homogéneamente. En concreto, esta construcción permite a la gente hacer su trabajo mucho más fácil y sin ningún problema asociado con un mezclador de cemento. Mediante la adopción de los componentes necesarios y automáticamente convertirlos en concreto, esta máquina hace mucho tomando la carga de trabajo fuera de los diversos equipos de construcción por lo que les permite realizar otras funciones a la espera de la forma del concreto.

Con su tambor giratorio y fácil de usar, este es un producto que realmente hace la vida mucho más fácil para las personas que lo utilizan. Si bien son muchos constructores aún prefieren utilizar el viejo camión de cemento, muchas de las mejores empresas de desguace utilizan una mesa de mezclas portátiles. Estos son más pequeños y proporcionan mucha más flexibilidad a los constructores para hacer su trabajo, en ocasiones puede resultar difícil de maniobrar un gran camión de cemento, por lo que una versión más pequeña es una excelente alternativa.

FIGURA 12. MEZCLADORES DE CONCRETO (OLLA O TROMPO) 31

VENTAJAS DE LA MEZCLADORA DE CEMENTO

1. El hormigón producido por hormigonera es de alta calidad. La hormigonera puede mezclar el hormigón de manera uniforme. A medida que el tiempo de mezcla de diferentes tipos de hormigón es diferente, la mezcladora de concreto puede ajustar la hora.

2. Hormigonera se puede utilizar para mezclar diferentes tipos de hormigón. Debido a que el rendimiento de la mezcla de diferentes hormigoneras no es lo mismo, los usuarios pueden elegir una hormigonera adecuado para ellos de acuerdo a sus propias necesidades de la ingeniería.

3. La hormigonera tiene una eficiencia de mezcla superior. Sin importar el tamaño de la ingeniería y la cantidad de hormigón necesaria, hormigonera puede producir el hormigón que se adapte a sus exigencias.

4. Es ahorro de mano de obra a utilizar la mesa de mezclas de concreto para producir el concreto. Hay muchas desventajas de mezclar hormigón manualmente. El hormigón que se mezcla manualmente es de baja calidad y se necesita mucho tiempo para mezclar el hormigón manualmente.

5. Es protección del medio ambiente. En comparación con la mezcla del hormigón en el suelo de forma manual, se puede proteger el medio ambiente bien para mezclar el hormigón en la hormigonera.

DESVENTAJAS DE LAS MEZCLADORAS DE CEMENTO También existen algunas desventajas, a saber: mayor coste de las inversiones para el equipo, el cual resulta más complicado en sus instalaciones mecánicas; cuadro de control y disposiciones de seguridad; necesidad de un filtro de gran rendimiento para la recolección de cemento; necesidad de crear condiciones inertes como medida preventiva de seguridad.

32

DIMENSIONAMIENTO DE LA MEZCLADORA DE CONCRETO

FIGURA 13. DIMENSIONAMIENTO DE LA MEZCLADORA DE CONCRETO

FIGURA 14. VISTAS ISOMÉTRICAS DE LA MEZCLADORA DE CONCRETO

33

SISTEMA DE ALIMENTACIÓN.

La alimentación de áridos y cemento en la mezcladora se puede realizar por una dosificación en función del volumen o peso.

DOSIFICACIÓN EN FUNCIÓN DEL VOLUMEN

Mediante la regulación de nivel con volúmenes conocidos se puede realizar una dosificación exacta en función del volumen.

SISTEMA DE VIBRACIÓN

Con la vibración se obtiene un mejor asentamiento del material, en la cual se observa la utilización de excéntricas, las mismas que al rotarlas producen este proceso.

IMPORTANCIA DEL VIBRADO EN LA COMPACTACIÓN DE LA MEZCLA

La realización de la compactación del hormigón por vibración, tiene dos ventajas primordiales: compacidad y ausencia de poros, lo que conduce a la obtención de mayor resistencia mecánica, disminución de la permeabilidad, mayor densidad, tendencia reducida a la contracción y economía de cemento, esta última ventaja es muy importante ya que todos los materiales contribuyentes del hormigón, el cemento es el más caro y el hormigón vibrado permite economizarlo hasta un 20%, en relación a las dosificaciones usuales.

Otro método posible es también trabajar con relaciones agua-cemento, cercanas al valor teórico, que nunca es inferior al 0,4 y 0,8, lo que suprime todos los poros que deja la grava y elimina gran parte de aire ocluido durante el amasado y vertido del hormigón. Por último la vibración permite dar distinta granulometría a los hormigones, el trabajo de compactación que les corresponde individualmente y particularmente permite la 34

consolidación de hormigones de áridos gruesos, que ningún otro procedimiento es capaz de asentar.

AMPLITUD Y FRECUENCIA DE LA VIBRACIÓN

La amplitud y frecuencia del vibrado puede ser de baja o alta frecuencia. Se considera de baja frecuencia el valor de 3000 vibraciones por minuto, cuando la frecuencia es superior a este valor se considera dentro del campo de alta frecuencia, con lo cual se logra un aumento progresivo de la capa asentada y la vibración es de poca intensidad, consiguiéndose mayor eliminación de porosidad y por lo tanto una masa de hormigón bastante buena.

La vibración de baja frecuencia se caracteriza por una gran intensidad, que obliga al empleo de mezclas con una relación agua-cemento superior lo que resulta desventajoso por las razones ya anotadas.

La técnica y aplicación de la vibración es un campo más bien experimental, pero en general podría decirse que: frecuencias bajas con altas amplitudes son más eficaces para asentar las partículas más grávidas pero el tiempo de vibrado es mayor, lo contrario sucede con frecuencias altas y con amplitudes bajas que resultan más ventajosas para hormigones con áridos grandes.

TIEMPOS DE DURACIÓN DEL VIBRADO Y COMPRESIÓN DE LA MEZCLA El tiempo de duración del vibrado depende de la granulometría del árido, porcentaje de cemento, tipo de estructura del árido, etc.

Otro parámetro importante en la duración del vibrado es la frecuencia, pues en general el tiempo de vibrado disminuye mientras más alta es la frecuencia.

Un aspecto muy importante es la duración de vibrado en la tecnología de los hormigones pues un exceso de tiempo da lugar a efectos de sobre vibración.

35

SISTEMA DE COMPRESIÓN

Como se dijo anteriormente, la duración del vibrado puede disminuirse aumentando la frecuencia, sin embargo esto a veces no es suficiente siendo necesaria en ese caso la compresión simultánea de la mezcla.

VELOCIDAD DE GIRO DEL EJE PORTA PALETA TIPO DE MEZCLADORA

Cinta Tipo trompo Volteador de cascos gemelos con: Intensificador del tipo de pasador Barra de alimentación de liquido Rotores gemelos Rotor simple Molinos de varios tipos

VELOCIDAD DE LA PUNTA, FT/MIN 280 600 1700 3300 Hasta 1300 6000-9000 25000-20000

CUADRO 3. VELOCIDAD DE GIRO DEL EJE PORTA PALETA

Como: =

[rpm]

EC 1.0

Dónde: V= 600 ft. /min D = 2mts. (Diámetro de la olla de la mezcladora). Remplazando en la ecuación 1.0 se tiene: (requerida) =29

/

36

Para disponer de la velocidad requerida en el eje porta paletas se reduce la velocidad del motor por dos reducciones de bandas y una reducción cono-corona.

FIGURA 15. TRANSMISIÓN PARA MEZCLADORA

De la fig. Se puede deducir que: = 2(

) 1* 2* 3

EC. 2.0

Dónde: = Número de revoluciones en el eje de paletas = 29 rpm 2= Número de revoluciones en el motor = 1750 rpm 1= Relación de transmisión del primer juego de poleas. 2= Relación de transmisión del segundo juego de poleas = 3,2 (asumido) 3= Relación de transmisión de cono-corona = 3/ 2 = 6,5 3= Número de dientes de la corona = 39 dientes 2= Número de dientes del cono = 6 dientes Remplazando en la ecuación 3-2 se tiene: 1= 2,9 Con los valores de 1 y 2 se encuentra el juego de poleas que cumplan con las relaciones de transmisión.

37

Para la selección del primer juego de poleas en catálogo se escoge una de las siguientes características. 2= diámetro de la polea del motor = 6 Dado que 1 = 2/ 3= 3/ 2

Ec.3.0

3 = 17,4 En catálogo de poleas se escoge una de las siguientes características 3 = 18 Para la selección del segundo juego de poleas en catálogo se escoge una de las siguientes características. 4= diámetro de la polea menor = 5 Dado que 2 = 3/ 4 = 5/ 4 5 = 16 En catálogo de poleas se escoge una de las siguientes características 5 = 18 El número de revoluciones real en el eje de paletas es: = 1750

/ 18/6 *18/5 *6,5

= 25

38

DETERMINACION DE LA VELOCIDAD DE GIRO

Para realizar el diseño del sistema de transmisión de potencia, se tienen en cuenta una serie de recomendaciones básicas del diseño mecánico:

La relación de velocidades por etapa no será superior de 4:1 Mínimo número de dientes: 18 para piñón recto y 10 para piñón cónico Elementos mecánicos estándar según fabricantes

FIGURA 16. ETAPAS DE TRANSMISIÓN HORIZONTAL

39

De acuerdo al esquema de la Figura, se tiene una velocidad final dada por la siguiente relación: RPM3 = RPMm x Dp1 x Zr1 x Zc1/ Dp2 x Zr2 xZc2 RPM3= 1750 x 112 x 18 x 1 /450 x 84 x27 = 35,6rpm

El detalle de los cálculos se puede observar en él, DETALLE DEL CÁLCULO DE LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA, para el cual se ha utilizado el programa de cálculo TK Solver.

CÁLCULO DE FUERZAS EN LAS PALETAS

El sistema de paletas está formado por cuatro brazos, en cada uno de ellos actúa un cuarto del peso de la mezcla, El peso total de la mezcla es de 890 kg que es la suma de 1qq de cemento con el material correspondiente para adoquines, por lo tanto el peso en cada brazo es 223 Kg.

Debido a que la mezcla se encuentra distribuida en toda la superficie de la olla de la mezcladora se necesita de al menos 4 paletas en diferentes posiciones con diferentes 40

longitudes para lograr un barrido de todo el material. Las longitudes se muestran en la figura.

FIGURA 17. DIMENSIONAMIENTO DE PALETAS

Brazo 1 = 793.72 mm Brazo 2 = 643.72 mm Brazo 3 = 493.72 mm Brazo 4 = 343.72 mm

FIGURA 18. REPRESENTACIÓN GENERAL DE LAS FUERZAS ACTUANTES EN LA PALETA

41

LAS FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE LA PALETA EN EL PLANO Y-Z SE REPRESENTAN EN LA FIGURA

FIGURA 19. REPRESENTACIÓN DE LAS FUERZAS EN EL SISTEMA PALETAMASA DEL HORMIGÓN. Plano Y-Z

De la figura, realizando sumatoria de fuerzas y momentos se puede decir que: ∑

=0

Ec. 3-4

! − # − #$ = 0

! = (223 + 20)*+ !, = 243*+ .

/

=

/

!/ − 0! − 12 = 0

Ec.3-5

42

12 =

2

345

76

92:

Ec.3-6

Dónde: ;=

6

;? = 66

! =

66

12 =

=6

> = 20*+

6

A6

=

0=6

A6

ℎ

= 10EF

= 156

= =

!@=0! + ( K J

>

6

6A6

ℎ=

= 223*+

@

;= >=

6

= >

!/ =

2

+ (0.22

.N∗ OPQ

RT

∗ U²WX² S Q

)* 30cm

!@= 104,96 La reacción RY es la que actúa en cada una de las paletas. Para hallar el torque que se requiere, se debe multiplicar el valor de la reacción por cada uno de las distancias de los brazos, así:

Y= 79.372 + 64.372 + 49.372 + 34.372 6 ∗ 104,96 Ec.2 Y= 23877,14 A.6 = 2339.96 . La potencia en el eje la mezcladora es:

Z=Y * 43

Dónde: = Velocidad en el eje de la mezcladora = 25 rpm Por lo tanto:

Z=6,37 ;=8,04 [Z

POTENCIA REQUERIDA DEL MOTOR

Como ya se dijo anteriormente. Para reducir la velocidad del motor de 1750 rpm a 25 rpm, se utiliza dos reducciones por banda y uno por cono–corona. Con una eficiencia del 87% por cada transmisión por bandas y un 95% por cono-corona, la potencia requerida en el eje del motor será:

Z

=

Z

=11 HP

\,ON ^$

(O,\_∗O,\_∗O,`U)

TABLA 1. Diámetros de poleas para transmisiones

Primera transmisión Segunda transmisión

d2(plg)

d3(plg)

k

6 5

18 18

3 3,6

Selección de bandas para la primera transmisión. Con la potencia requerida se selecciona un motor con las siguientes características. P = 10 HP = 10,13 CV N2 = 1750 rpm 44

Para un motor se debe aplicar una potencia corregida. Pc = P * c

Ec. 3

c = factor de corrección =1

Z6 = 10,13 a Con PC y N2 de gráfico 1 de Anexo A2 [3] (catálogo de bandas) se tiene una banda tipo B.

CÁLCULO DE LA FUERZA DE ROZAMIENTO

N=W.cos∞=526,48 Kg*cos70

Ec. 4

=180,07 La fuerza de rozamiento se produce entre el perfil de UPN (guías), y las ruedas del cangilón. Como las ruedas serán lubricadas, el coeficiente de rozamiento para un acero-acero lubricado es u=0,1 Fr=u.N

Ec. 5

A =0,1* 180,07

= 18,01

La tensión Q que se tendrá en el cable de acero es la suma de W’ más la Fr. Q=W ′+ fr

Ec.6

b=494,73

+ 18,01

= 512,74

.

Como la elevación del cangilón se lo realiza por medio de dos cables situados en los extremos del mismo con enrollamiento individual en sus respectivos tambores, la tensión Q’ por cada cable será Q/2. Q′ =Q/2 =256,37 Kg

.

/

=

Ec.7

.

45

Y′− b′ = Y′=b′+

. .

CÁLCULO DE LA ACELERACIÓN

Vf ²=Vo²+2a.y

Ec. 8

A ²=2 .c La velocidad de movimiento para los ascensores de carga se encuentra entre los límites de 0,1 y 0,5 m/s. Se escoge una de 0,5 m/s. =

d²

= /

(O,U)

5 /f²

(NX)

= 0,0313

/ ²

Remplazando los valores en la Ec T′ = Q′ +

gh +

∗a

Donde g es la aceleración de la gravedad = 9,8 m/s². Y′ =257,19

ECUACIÓN DE ESFUERZOS COMBINADOS Según Von Mises H. ijk = l(im2 + i22 ) + 3(n o2 + nS2 )

Ec. 9

ijk = im ijk = 496,18 * ⁄6 sim + i2 t + 3(n o + nS )

ijk

=

ijk

= l3(n o )

ijk

= 404,31 * ⁄6

46

LÍMITE DE FATIGA

uj =

. >. 6.

.

.u ´

Dónde: = 0,85

> = 1,189

6

EO,O`_

6 = 0,897

= 1,189(50)EO,O`_ = 0,81

= 6

=1

.

A >

0,90.

A =