Memoria De Calculo Para Puente Grua 27449

Ing Waldo Quijada Vicencio

DETERMINACION DE LA MAXIMA CARA DE LA ESTRUCTURA PARA IMPLEMENTAR UN PUENTE GRUA MEMORIA DE CÁLCULO martes, 12 de febrero de 2013

INTRODUCCIÓN. La presente memoria de cálculo tiene como objetivo determinar la capacidad de carga de una estructura tipo nave metálica existente en Santiago propiedad de PRODEA SA ubicada en calle Caupolicán en la comuna de Quilicura.

OBJETIVOS.   

Recolectar y analizar la información existenete y obtenida por visita a terreno Determinar máxima carga disponible para un puente de grua Determinar la máxima carga disponible para losa

ESTRUCTURA EXISTENTE

La estructura existente está compuesta por pilares tubulares de diámetro 280 mm y espesor de 6.5 mm de espesor .Las cerchas y vigas están compuestas de perfil plegado 125 x 50 x 3 y el reticulado de las montantes y diagonales es de Angulo 30 x30 x 3. Tiene además los soportes para el riel de un puente grúa que se usó alguna vez en el pasado,

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Se gun estos antecedentes y medidas de la estructura podemos modelar el pórtico para saber su máxima capacidad , sabiendo que los pilares tubulares serian el elemento critico.

Mediante modelación numérica determinamos que la estructura es capaz de soportar una carga estatica máxima de 60 Toneladas en el punto medio de una viga que esta unida a los dos pilares mediante una unión con ruedas en la dirección x del riel. Su flecha máxima debido al pandeo es de 3.847 mm a 5.367 m de sde la cota O , o base de la fundación del pilar,

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Se debe considerar el peso propio de l puente grua que para esta luz es de aproximadamente 6 Toneladas , lo que nos deja un total de 54 Toneladas disponible . A esta capacidad disponible se le debe aplicar un factor de seguridad de 3 lo que reduce su capadidad a 18 Toneladas como máximo de carga a transportar.

Diseñaremos un estanque (recipiente cilíndrico vertical) con los siguientes datos: Calculo del Volumen del estanque. Volumen de la tapa

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Volumen del Cilindro

Altura del Cilindro

La altura del estanque será

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3.230 mm

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Diseñaremos un estanque (recipiente cilíndrico vertical) con los siguientes datos: D = 2100 [mm] H = 3230 [imm] Material: A37-24ES Presión máxima : 10 [bar] Volumen = 10 m3

SELECCIÓN DEL MATERIAL. Norma Chilena Oficial NCh 203. Of77 indica la forma de suministro de los materiales más utilizados, la cual va implícita en su especificación. Al considerar las propiedades mecánicas del material es deseable que tenga buena resistencia a la tensión, alto nivel de cedencia “fluencia”, porcentaje de alargamiento alto y mínima reducción de área. Con estas propiedades principales se establecen los esfuerzos de diseño para el material en cuestión. Para el desarrollo del análisis se escogerá por sus bondades mecánicas el acero A37-24ES Lo cual implicara directamente mayor seguridad en el diseño, disminución considerable del peso propio de la estructura, junto con lo anterior se especifica que el material seleccionado esta disponible en el mercado nacional.

Grados del Acero

Resistencia a la tracción Rm

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Límite de fluencia Re

Alargamiento en 50 mm

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Ing Waldo Quijada Vicencio Kgf/mm2 37 52

A37-24ES A52-34ES

Kgf/mm2 24 34

% 22 18

CÁLCULO DE ESPESOR MINIMO Se calculara el espesor mínimo requerido para soportar la presión interna predefinida de 10[ bar] dentro de un cilindro de espesor “e” con ello determinaremos el espesor del manto y sus respectivas tapas. Ya que la plancha comercial seleccionada viene en un formato de 3000x1000 para también debemos calcular las uniones soldadas. RECIPIENTES A PRESIÓN, DE PARED DELGADA En cilindros totalmente cerrados hay también un esfuerzo longitudinal σ , obtenido dividiendo la fuerza de la presión P ( π d2/4) por el área transversal (π d . t) ; la formula es:  A37  24 es 

PD 4t

Donde ; P es la presión máxima isible ( 10 bar =0.1 [Kgf/mm2] D es el diámetro del estanque t es el espesor del material  A37  24 es  Esfuerzo de fluencia









PD 4t 0 .1[Kgf/mm2]  2080mm 24 Kgf / mm 2  4t 0.1[Kgf/mm2]  2080mm t  mm  4  24 Kgf / mm 2 24 Kgf / mm 2 



2,2 mm 



0.1[Kgf/mm2]  2080mm 4  24 Kgf / mm 2





El espesor mínimo para soportar 10 [bar] de presión interna de un estanque usando acero A3724ES es de 2,2 [mm]. Pero debemos aplicar un Factor de seguridad igual o superior a 4 como lo establece el Codigo ASME.

CÁLCULOS A PARTIR DEL CÓDIGO ASME La complejidad de las normas contenidas en el Código ASME para el Diseño y Construcción de Calderas y Recipientes a Presión, depende de los factores de seguridad que se apliquen a las propiedades de los materiales empleados, para establecer las tensiones isibles. Cuando el análisis de tensiones es muy simplificado, el factor de seguridad se hace mucho más relevante. Cuanto más completo sea el análisis de tensiones, menor puede ser el factor de seguridad. Para aquellos casos en los que la resistencia a la tracción establezca el valor de la tensión isible, el Código ASME, Sección IV Normas para la Construcción de Calderas Calefactores requiere calcular Pedro de Valdivia 0449 Temuco

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Ing Waldo Quijada Vicencio Únicamente el espesor, con un coeficiente de seguridad igual a 5, aplicado sobre el valor de la resistencia a la tracción. El Código ASME en la Sección I Normas para Calderas Energéticas y en la Sección VIII, división 1 . Normas para Construcción de Recipientes a Presión, requiere un análisis más complejo, junto con otras consideraciones; el factor de seguridad que afecta a la resistencia a la tracción es igual a 4. El Código ASME, en la Sección III, Normas para la Construcción de Componentes Nucleares y en la Sección VIII, división 2, Normas para la Construcción de Recipientes a Presión, requiere análisis extremos; el coeficiente de seguridad sobre la resistencia a la tracción es igual a 3. Cuando el espesor de la pared es muy pequeño respecto al diámetro del recipiente, la formulación relativa a membranas se puede utilizar con suficiente exactitud. Cuando el espesor de la pared es importante respecto al diámetro del recipiente, las fórmulas se modifican según las aplicaciones correspondientes del Código ASME, para adaptarse a las presiones de diseño más altas. VIII.-270 El espesor mínimo de pared para una carcasa cilíndrica se establece resolviendo la ecuación de la tensión circunferencial, suponiendo que no hay más cargas que la de la presión interna; otras cargas adicionales se tendrán en cuenta, si se tiene que aumentar el espesor mínimo inicial requerido por la pared, para mantener las tensiones calculadas por debajo de los valores de las isibles.

CÁLCULOS DEL MANTO A PARTIR DEL CÓDIGO ASME 2,2 mm 

0.1[Kgf/mm2]  2080mm  FS 4  24 Kgf / mm 2





FS = 4 0.1[Kgf/mm2]  2080mm  4 4  24 Kgf / mm 2 0.1[Kgf/mm2]  2080mm  4 8,8 mm  4  24 Kgf / mm 2 2,2 mm 









Por lo que seleccionaremos una plancha de espesor 8,8 [mm] o superior.. Debida a que el manto esta compuesto por varias planchas de acero soldadas a tope usaremos un espesor de 10 [mm].

CÁLCULOS DE LAS TAPAS A PARTIR DEL CÓDIGO ASME TAPAS TORIESFÉRICAS .Las tapas planas no sirven para altas presiones, por lo que, las formas utilizadas son Toriesféricas, Esféricas y Cónicas. Las más comunes y de más fáciles fabricaciones son las toriesféricas. Se fabrican partiendo de un chapa plana a la que se le da un Pedro de Valdivia 0449 Temuco

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Ing Waldo Quijada Vicencio determinado radio de curvatura L. Se suele tomar el valor más grande: R igual a D( diámetro del cilindro); el valor mínimo sería L igual a r. Si se soldara directamente a la envolvente, quedaría un punto anguloso que produciría concentración de tensiones; es por eso que se le hace un acordamiento de radio igual a (6%L). Luego viene una pestaña de aproximadamente 2 pulgadas, equivalente a 50 mm. Por último se le adiciona la evolvente diseñada. Especificar la tapa significa que haya que dar: -Radio de curvatura R (generalmente se toma igual a d). -Radio de acordamiento r tap. -Longitud de pestaña l pest. La fórmula es: t

0.885  P  R e  

El espesor de la tapa es mayor que el de la envolvente o manto siempre. Donde R= 1040[mm] P = 0.1 [Kgf/mm2] r = 116 [mm] El espesor de la tapa es mayor que el de la envolvente siempre.

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Ing Waldo Quijada Vicencio Material de la Tapa será Acero estructural ASTM A 572 Grado 50 soldable   46 Kgf / mm 2  0.885  0.1 Kgf / mm 2  1040 mm t e 46 Kgf / mm 2  1













0.885  0.1 Kgf / mm 2  1040 mm t  8,8 mm 46 Kgf / mm 2  1





t  2. mm  8,8 mm  10.8 mm

Por lo que seleccionaremos una plancha de espesor 11 mm o superior.

RESISTENCIA DE UN CORDÓN DE SOLDADURA El cálculo de la resistencia de un cordón de soldadura tiene una base experimental y basada en la experiencia obtenida. Es por ello que no existe un criterio único y universal, sino que cada norma o país tiene su propio criterio. No obstante, se puede tomar como referencia cualquiera de las normas de cálculo existentes, que éstas suponen implícita o explícitamente las siguientes bases comunes sobre los que se levantan sus respectivos criterios de cálculo:  que durante la ejecución de la soldadura que se pretende calcular su resistencia, se han seguido en todo momento las reglas de buena práctica;  que las características mecánico-resistentes del metal de aportación son, como mínimo, iguales a las del metal de base; que en el diseño del cordón, se ha evitado, mediante la oportuna  elección del material y de los detalles constructivos adecuados, el peligro de una rotura frágil.

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Ing Waldo Quijada Vicencio Soldadura de tope final con fuerza normal

Tensión normal

Donde: Fn= Fuerza Normal en [Kgf/] A= área [mm2 ] Tensión de referencia

Donde:

τ = Tensión de corte α2= Factor de unión por soldadura.

Las La norma NBE EA-95 específica que las soldaduras a tope realizadas correctamente no requieren cálculo alguno .Independiente de esto se deben considerar las siguientes recomendaciones: RECOMENDACIONES PARA LA EJECUCION DE CORDONES. Durante el soldadura proporcionamos calor que se propaga a lo largo y ancho de las piezas, produciéndose:  Limpiando de la zona a soldar con lija grado 80  Biselar con Angulo de 60 º ambas piezas  Desengrasar y retirar oxido superficial de las plancha a soldar.

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Ing Waldo Quijada Vicencio  

Un enfriamiento más o menos rápido de las partes de las piezas en las que la temperatura ha superado la del punto crítico del acero. Contracciones de las zonas calentadas al enfriarse posteriormente.

La velocidad de enfriamiento de la pieza tiene un efecto importante sobre la modificación de la estructura cristalina del metal, lo cual se traduce en una modificación de sus características mecánicas y, en especial, en un aumento de su fragilidad. Las contracciones, si operasen sobre piezas con libertad de movimiento, sólo proporcionarían deformaciones, pero como las piezas tendrán ligaduras, nos aparecerán, además, tensiones internas, que serán mayores a medida que la producción de calor sea mayor o, lo que es equivalente, a medida que las piezas sean más gruesas Las deformaciones que nos aparecen pueden dividirse en deformaciones lineales y deformaciones angulares. Podemos eliminar estas deformaciones y tensiones internas si seguimos las siguientes indicaciones: SOLDADURAS DE CORDONES MÚLTIPLES Se recomienda en NORMA CHILENA que una soldadura de varios cordones se realice Depositando éstos en el orden de la figura 12. El último cordón conviene que sea ancho para que la superficie de la soldadura sea lisa.

SOLDADURAS CONTINUAS Cuando la longitud de la soldadura no sea superior a 500 mm se recomienda que cada cordón se empiece por un extremo y se siga hasta el otro sin interrupción en la misma dirección. Cuando la longitud está comprendida entre 500 y 1000 mm se recomienda empezar por el centro de cada dirección. Los cordones de soldadura de longitud superior a 1000 mm es conveniente hacerlos en «paso de peregrino», sistema del cual se dan diversas soluciones en las figuras 13 y 14.

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PRUEBA HIDRÁULICA Y DE HERMETICIDAD Todo recipiente sometido a presión debe ser comprobado antes de su puesta en operación, la comprobación consiste en ensayos no destructivos ,tales como radiografiados, comprobación con líquidos penetrantes, etc. de las soldaduras y una prueba hidráulica del recipiente a una presión mayor que la de diseño. El valor de la presión de prueba hidráulica será de 1.3 veces la presión de operación , durante 60 minutos y verificar las posibles fugas.

NORMAS Y ESPECIFICACIONES RECIPIENTES A PRESIÓN, CALDERAS ASME, Boiler and pressure vessel code, 1986I  I Calderas de central eléctrica.  II Especificaciones de materiales.  III Elementos de la planta de energía.  IV Calderas para almacenamientos. V Examen no destructivo.  VI Reglas recomendadas para el cuidado y la operación de las calderas para el Calentamientos.  VII Reglas recomendadles para el cuidado de calderas de central eléctrica.  VIII Recipientes sujetos a presión. División 1, División 2, Reglas alternativas.  IX Calificación de la soldadura fuerte y la de bajo punto de fusión o autógena.  X Recipientes a presión hechos de plástico reforzado con fibra de vidrio.

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XI reglas para inspección en servicio de los elementos de las plantas de energía nuclear.

CALCULO DE AISLACION TERMICA AISLACION TERMICA

Material

Conductividad Térmica (W·m-1·K-1) Acero 47.00 Ceramica 0.81 Arena seca 0.33 Algodon 0.04 Acero inoxidable 14.00 Agua 0,581 Aire 0,024 Alcohol 0,161 Aluminio 209,31 Bronce 116.00 Cobre 372,1 Yeso 0.44 Placa de yeso 0.24 Ceramica 0.81 Corcho 0,04 Fibra de vidrio 0,03 Flexiglas 0.195 Granito 3.00 Hierro 80,2 Ladrillo 0,801

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Ing Waldo Quijada Vicencio Lana de vidrio Ladrillo refractario Ladrillo hueco ceramico Ladrillo fiscal Latón Hormigon vibrado Estuco Lino Madera Poliestireno expandido Poliuretano Teja ceramica Vidrio

0.041 0,47 0.47 0.81 81.00 1.63 1.3 0.04 0,131 0,025 0,018 0.76 0.81

Calculo de área de transferencia de calor del estanque

Longitud del arco de la tapa L= 1209 mm

y r

Res tan que 2

Area A  Lde  2la  rTapa Area 2

A  3.988 m

Área de l cilindro r  1.050m A  2.416m 2  r 2

A  15.939 m

Area Total de transferencia

At otal  3.988m 2  2  15.936m 2

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At otal  23.912m 2

La perdida por conductividad térmica suponiendo una Temperatura del agua de 80ºC y temperatura exterior de 0º C es 119.56 W h . Para efectos de reducir la transferencia de calor por radiación se recomienda colocar una capa cartón con una cara de aluminio brillante en la superficie del estanque.

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Ing Waldo Quijada Vicencio Waldo Quijada Vicencio Ingeniero Civil Industrial/Mecánica Rut : 9.178.327-4 Pedro de Valdivia 0449 Temuco Fono : 89857794

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