Cálculo de la Tensión Máxima de la Barra Lisa SAE 1045

Resumen

En este trabajo de aplicación se intenta mostrar
los parámetros básicos de una de las herramientas
fundamentales del proceso de moldeo con Winches de izaje
capacidad de 2 TM. Utilizados en los movimientos de caja y la
fabricación de moldes para fundir diferentes partes de la
maquinarias mineras, industrias de construcción, pesca y
agricultura. Aplicando los conocimientos básicos
adquiridos en el curso Mecánica I, donde demostraremos de
manera cuantitativa la Tensión máxima de soporte
para la Barra Lisa SAE 1045, ubicada en el Brazo Giratorio de la
estructura para el Winche; y así no incurrir a inesperados
cálculos que pueden ocasionar accidentes no
previstos.

Palabra Clave: Winche, Acero SAE 1045, Brazo
Giratorio,

Introducción

En la actualidad el hombre ha ido optimizando el proceso
productivo, pues como sabemos las maquinas reemplazan al hombre.
La empresa Consorcio Metalúrgico S.A viendo la necesidad
de optimizar recurso y obtener mayores utilidades, decidió
implementar un nuevo sistema de traslado reemplazando las
grúas actuales por winches que nos de menor costo y mayor
capacidad instalada. Este cambio su realizada en base a
cálculos donde medimos las fuerzas máximas
aplicables a nuestras necesidades en proceso

Cálculo de la
Tensión máxima en la Barra Lisa SAE 1045

Elementos de trabajo

Brazo Giratorio.

Estructura compuesta por columna metálica (en
algunos casos puede ser de viga metálica W pero nuestro
caso en estudio será de tubo rectangular de 6 in). Brazo
de viga W y escuadra de barra lisa en calidad SAE 1045
(acero recomendado por su alta resistencia a la
tracción)

Winche.

El Winche de Izaje es una maquinaria utilizada para
levantar, bajar, empujar o tirar la carga. En otras palabras el
sistema de izaje a través de los piques de una mina, tiene
semejanza a los ascensores de los edificios; en las minas
importantes del Perú se utiliza el winche como maquinaria
principal de transporte vertical (para el arrastre de mineral, se
utiliza los winches de rastrillaje)

Metodología

La metodología de estudio estará basada en
el análisis Estructural del Winche, donde
implicaría hacer uso de las herramientas de aprendimos en
el curso de Mecánica como por ejemplo Equilibrio de
Partículas, Vectores, Equilibrio Estático de cuerpo
rígido, Distribución de Fuerzas y el
Análisis Estructural del elemento que el estudio, nos
obligue a obtener. Para tener una mejor visión mostraremos
las figuras 1 al 4.

Como ya fue mencionando este documento tendrá
datos y objetos gracias a la empresa COMESA S.A. una empresa con
más de 57 años de experiencia en el rubro de la
metalurgia, donde forma parte del escenario de
estudio.

Empezaremos por mostrar la estructura en mención
(véase figura 5 y 6). Esquema donde se muestra todos los
componentes del winche de izaje. A continuación entraremos
a detallar el cálculo correspondiente.

Calculo del Punto de Giro

El punto de giro lo hallaremos viendo conveniente un
cálculo para las partes de trabajo; Es decir, tomaremos
como punto de referencia aquel momento resultante que será
cero y, que no entra en consideración para el
análisis.

Los cálculos serán expresados en unidades
del sistema internacional.

Análisis del Diagrama de Cuerpo
Libre

En este análisis mostraremos mediante vectores
hacia donde esta dirigida las fuerzas aplicables a la estructura
(winche de izaje). En la figura 3. Mostraremos
gráficamente paso a paso como obtenemos estos vectores y
por lo tanto sus fuerzas dirigidas (sentido, dirección y
modulo).

Ficha técnica

En la ficha técnica mostraremos las
propiedades mecánicas y químicas que serán
observadas en la tabla 1 y en la tabla 2.

Figura 1. Winche de Izaje en pleno
trabajo.

Figura 2. Winche de Izaje en pleno
trabajo.

Figura 3. Winche de Izaje en pleno
trabajo.

Figura 4. Winche de Izaje en pleno
trabajo.

Figura 5. Winche de Izaje en pleno
trabajo.

Fuente: Instalaciones COMESA (Área
de producción-Moldeo)

Figura 6. Diseño CAD del Winche de
Izaje.

Fuente: Plano de fabricación
PF-01

Momentos de una
Fuerza

En los análisis del movimiento de un cuerpo
rígido tomaremos momentos para determinar toda las fuerza
que intervienen

En los análisis del movimiento de un cuerpo
rígido, aparecen a menudo expresiones en las que
interviene el producto de la masa de un pequeño elemento
por el cuadrado de su distancia a una recta de interés.
Este producto recibe el nombre de momento de
inercia del elemento.

A continuación resolveremos paso a paso como
obtener de manera cuantitativa los resultados
esperados.

Paso 1:

Como los cuerpos se encuentran en equilibrio, las sumas
de fuerzas serán cero.

Paso 2:

Paso 3:

En este paso trataremos de hallar la reacción en
el punto A.

Resultados

Como podemos ver, sea calculado la Tensión
máxima que puede soportar la diagonal de barra lisa en
calidad SAE 1045, se a calculado la Reacción que se da
entre la Viga y la columna (que fueron unidos mediante un pasador
en el punto A), Asimismo se descompuso en sus vectores de los
ejes "y" y "x".

Estos resultados claros y precisos serán la base
para entrar en discusión si se respetan los
parámetros permisibles, que el fabricante nos brinda y,
corroborar la resistencia máxima a la tracción de
las Barras Lisas SAE 10145, claro está que esto es
considerando los movimientos de traslación en que se opera
la máquina.

Figura 3. Distribución de las
fuerzas que intervienen para el análisis.

Tabla 1

Composición Química del Acero SAE
1045

Fuente: Almacenes COMESA

Tabla 2

Propiedades mecánicas del Acero SAE
1045

Fuente: Almacenes COMESA

Discusión

Sea visto cuantitativamente el desarrollo del
cálculo, con lo cual podemos decir que el brazo
mecánico del diseño y sobre todo la barra lisa SAE
1045 está en las condiciones óptimas para su
trabajo en campo.

Adicional a esto se pudo determinar cuánto es la
fuerza de reacción en el pasador que soporta dicha
estructura.

Cabe mencionar que de ser así estaríamos
proponiendo que para una mejor utilización y eficiencia
puesta en operación se recomendaríamos insertar un
winche de mayor capacidad.

Conclusión

Una de las conclusiones más resaltantes que se
pudo obtener es que si estando el brazo en su máxima
distancia (momento=fuerza x distancia) se ha demostrado que puede
ser usado en mayor carga para su trabajo, así nos permite
la barra que fue puesta en estudio.

La Barra lisa SAE 1045 por su alta resistencia a
tracción (fuerza a ser fracturada) es recomendada para
trabajos similares y donde implique cargas altas en su
proceso.

Por lo tanto nuestro equipo de trabajo obtiene en este
estudio realizado es entender que la mecánica está
presente en todo momento y en todo lugar, muestra de ello es lo
que vimos en las hojas anteriores, donde teniendo cargas podemos
calcular las propiedades mecánicas – físicas
de los metales. Hoy en día la Industria nacional ha
desarrollado gran campo en la construcción por ende se
necesita mayor mano de obra calificada que implica fomentar
más las teorías del cómo y porque debemos
ser conscientes de nuestro desarrollo.

Agradecimientos

Nuestro agradecimiento a la empresa COMESA por la
información e instalaciones que hizo posible este estudio
que esperemos sea muy provechosa e incentive a la
investigación de todas nuestras colaboraciones.

Referencias

[1] Separatas de clase Mecánica

[2]http://es.wikipedia.org/wiki/Momento_
de_inercia

[3] Data empresa COMESA

[4] SOLDEXA S.A – Oerlinkon, manual de soldadura y
Catálogos de productos.

[5] ENSIDESA (1977). Manual para el cálculo de
estructuras. Publicaciones de Ensidesa

[6] ENSIDESA (1977). Manual para el cálculo de
estructuras. Publicaciones de Ensidesa

[7] Resitencia de Materiales, William a. Nash

[8] Tabla Aceros Arequipa S.A

Autor:

Jesús Ccala Torres

Julio Flores

Antonio Encarnación
Acero

José Nilson Chapoñan
Merino

Docente: Durand Porras Juan
Carlos

Universidad Privada del Norte

Facultad de Ingeniería y
Arquitectura

Carrera de Ingeniería
Industrial

Agosto del 2014