Análisis estructural de la máquina de riego Bayatusa (página 2)

Partiendo del modelo
estructural original se realizo un modelo simplificado de la
estructura,
con la utilización del graficador de RAM Advanse en su
versión 5.1, en la Figura 2.1 se puede observar una
representación en isométrico del modelo

Figura 2.1. Vista en isométrico del modelo
simplificado de la estructura de tramo de 65 metros de la Maquina
de Riego de pivote central eléctrica.

Tabla 2.1. Especificaciones del modelo estructural tramo
de 65 m de la Máquina de Riego de Pivote Central
Eléctrica .

Se determinaron las cargas que actúan sobre un
tramo intermedio de 65 metros, considerando que sobre el operan
las cargas generada por el peso propio, Al analizar las cargas de
uso a las que estaban sometidos los elementos de que componen la
estructura se considero que los Tubos intermedios largos y cortos
estaban sometidos a cargas provenientes del peso del agua al llenar
la tubería durante el riego y se considero la carga que
provoca el tramo que lo sucede sobre la torre,
considerándola como una carga concentrada, además
como carga ecológica se considero la carga de viento
actuado horizontalmente sobre el lateral de la
estructura.

Se procedió al cálculo de
las cargas de viento que actúan sobre los elementos
componentes de la estructura, para lo cual se considerando lo
establecido en la norma cubana para el cálculo de la carga
de viento NC 285: 2003 , La determinación de la carga de
viento (carga unitaria característica total) que
actúa sobre cada elemento se efectuó considerando
lo establecido en la norma cubana para el cálculo de la
carga de viento NC 285: 2003 que plantea que la carga viento se
calculará por la expresión siguiente:

(2.1)

Se considero que las máquinas
de riego de pivote central tienen una distribución nacional tomamos la mayor de
las presiones básicas.

q =1,3 kN/m2 (130 kgf/m2)

Los distintos coeficientes se determinaron
según la norma cubana para el cálculo de la carga
de viento NC 285: 2003

Para determinar la carga de viento a la cual van a estar
sometidos los distintos elementos de la estructura (ver figura
2.11) se tuvo en cuenta ancho de la sección expuesta al
viento y el coeficiente de forma del elemento

(2.2)

Donde:

: Carga de
viento que actúa sobre el lateral del tramo.

: Ancho de
la sección del elemento expuesta al viento

Coeficiente de forma del elemento.

Para el análisis de resistencia de la
estructura a las diferentes cargas a la que esta expuesta se
utilizó el programa para
cálculos estructurales RAM Advanse versión 5.1
procediendo de la siguiente forma:

• a) Confección del modelo
  geométrico.

En la confección del modelo se excluyeron los
elementos de unión como el soporte de las columnas de la
torre, abrazaderas, bridas, es decir se considero que los
elementos principales interactúan directamente entre si,
esta consideración permitió simplificar el
modelo.

El modelo esta compuesto por 66 nudos y 130
miembros.

Figura 2.2 Modelo del tramo de 65 metros,
nudos

• b)  Descripción de cada una de los
  miembros que conforman la estructura.

Se procedió a asignar denominaciones
a cada miembro permitiendo a estos agruparlos y asignarle
características con mayor facilidad.

• c) Declaración de los soportes de la
  estructura.

Se considero que la estructura se encuentra empotrada en
el punto de unión del reductor de la Ruedas motrices al
Puente de la Torre o eje, la unión del tramo a el tramo
que lo precede es por un sistema de rotula
por lo cual en el modelo se considera un apoyo
articulado.

Figura2.3 Modelo del tramo de 65 metros,
Apoyos

• d) Asignación de secciones a cada
  miembro de la estructura.

Tabla 2.2. Secciones de cada miembro de la
estructura.

• e) Asignación de materiales a cada
  miembro.

Toda la estructura esta concebida de Acero A-36,
excepto los tensores que están concebidos de Acero A-42,
según norma AISI los cuales presentan a las siguientes
características:

Tabla 2.3 Materiales
asignados.

• f) Introducción de las cargas aplicadas
  a cada miembro.

Se le aplico las cargas anteriormente calculadas a cada
miembro según las direcciones que se indican.

Figura 2.4 Cargas aplicadas a cada
miembro de acuerdo a la acción
lateral del viento.

• g) Se establecieron los siguientes estados de
  carga:

• 1. Peso propio (Pp).

• 2. Carga Concentrada (Cc)

• 3. Carga de viento lateral (Cv).

• 4. Carga de uso (Cu)

• 5. Combinación de carga (C1).

La combinación de cargas responden a la siguiente
formula:

C1=1.05Pp+Cc+1.1Cu+1.3Cv (2.3)

Los coeficientes de mayoración para las cargas
ecológica (carga de viento) fueron asignados según
lo establecido en la Norma Cubana para el cálculo de
estructuras de
aceros (NC 53-94:83).

Se analiza de forma individual las tensiones y las
deformaciones de los elementos de la estructura tomadas del el
análisis de la estructura en el RAM Advanse versión
5.1 valorando las tensiones que actúan sobre los elementos
según el criterio de resistencia siguiente:

5%

Donde:

Tensión máxima ejercida sobre los elementos
de la estructura.

Tensión admisible a la tracción o
compresión del material.

Se verificara de forma individual los elementos de la
estructura de mayor importancia, sobre los cuales recaen las
mayores tensiones, teniendo en cuenta la forma de unión,
zona critica para lo cual se tomaran los valores de
las tensiones de los elementos las zonas criticas que brinda el
análisis de la estructura en el RAM Advanse versión
5.1 y para su modelación se utiliza el Paquete de calculo
del Solid Works, Cosmos Works. y cosmos xpress

Resultados

Se obtuvo el comportamiento
resistivo de las Estructura y de los diferentes elementos que
influyen en la estabilidad estructural del tramo intermedio de 65
metros de la Maquina de riego Bayatusa, los mismos aparecen
reflejados, mediante los diagramas de
tensiones Von-Misess.

Resultados debido a la acción de la
combinación de carga C1=1.05Pp+Cc+1.1Cu+1.3Cv

• Comportamiento resistivo de la
  estructuras.

Figura.2.5 Tensiones sobre la estructura
debido a la acción de la combinación de carga
C1.

Como puede observarse la tensión máxima a
la que está sometida los elementos de la Estructura son de
195.06N/mm2 siendo los tensores los elementos más
tensionados

Figura.2.6 Deformación de la
estructura debido a la acción de la combinación de
carga C1.

Como puede observarse la deformación
máxima a la que están sometidos los elementos de la
Estructura es de 0.0044, correspondiendo los mayores valores de
desplazamientos a los tensores

Tabla 3.1Tensiones máximas y Deformaciones
máximas por elementos.

Para el análisis de los resultados que se
muestran se partió de la siguiente condición de
resistencia:

5%

Todos los elementos resisten las tensiones
máximas a la que están sometidos pues las mismas
cumplen con el criterio de resistencia establecido. La tabla 3.2
muestra a que
por ciento de su capacidad de trabajo se
encuentra cada pieza de la estructura.

Tabla 3.2 Capacidad de trabajo de cada pieza.

Estudio de los tensores

Figura.2.7 Tensiones en el
tensor.

Como se puede observar en el estudio del Tensor con el
paquete de calculo del solid Works Cosmosxpress, teniendo en
cuenta la forma de unión y otros detalles
geométricos de la pieza, la misma resiste las tensiones a
la que esta sometida ratificando los resultados obtenidos con el
análisis de la estructura en el RAM Advanse versión
5.1

Conclusiones

• Con la confección del modelo por
  Elementos Finitos del tramo de 65 metros se realizó el
  análisis de la resistencia y la rigidez del mismo,
  determinándose los elementos de la estructura que
  están sometidos a los mayores valores de
  tensión y desplazamiento ,recayendo los mismos sobre
  los Tensores..

• El diseño del tramo intermedio
  de 65 metros resiste los esfuerzos a que puede estar
  sometidos durante su uso en las topografías llanas que
  caracterizan los suelos cubanos.

• Con la introducción del tramo de
  65 metro se puede lograr una mejor adaptación de la
  Maquina de Riego de Pivote Central Bayatusa a las condiciones
  de la agricultura Cubana contribuyendo a disminuir los costo
  de riego por hectárea.

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Autor:

Ing. Abdel Acosta Jover

Especialista Principal Grupo de
desarrollo

EMBA