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TESIS DE ANÁLISIS E FLEXIBILIDAD

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  1. 1. 1 UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA TESIS DE GRADO DISEÑO Y UBICACIÓN DE SOPORTES Y ESTRUCTURAS PUENTES DE DUCTERÍAS PARA SISTEMA DE DESEMPOLVADO DE NUEVO SILO 5500T PH 108-V, TORRE DE TRANSFERENCIA J-2 Y SILOS DE PELLAS 148-F, 149-F1/2/3, UBICADOS EN PLANTA HYL, SIDERURGICA DEL ORINOCO “ALFREDO MANEIRO” SIDOR.
  2. 2. 2 UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA TESIS DE GRADO DISEÑO Y UBICACIÓN DE SOPORTES Y ESTRUCTURAS PUENTES DE DUCTERÍAS PARA SISTEMA DE DESEMPOLVADO DE NUEVO SILO 5500T PH 108-V, TORRE DE TRANSFERENCIA J-2 Y SILOS DE PELLAS 148-F, 149-F1/2/3, UBICADOS EN PLANTA HYL, SIDERURGICA DEL ORINOCO “ALFREDO MANEIRO” SIDOR. Autor: Ortega S. Félix X. Aprobado por la Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”/ Vicerrectorado Puerto Ordaz/ Departamento de Ing. Mecánica. Ing. Elías Malavé (Tutor Académico) Ing. Daniel Pulido (SIDOR, Tutor Industrial) PUERTO ORDAZ, ENERO 2011
  3. 3. 3 Ortega S, Felix X. Diseño Y Ubicación De Soportes Y Estructuras Puentes De Ducterías Para Sistema De Desempolvado De Nuevo Silo 5500t PH 108-V, Torre De Transferencia J-2 Y Silos De Pellas 148-F, 149-F1/2/3, Ubicados En Planta HYL, Siderurgica Del Orinoco “Alfredo Maneiro” Sidor. 2011. 173 Pág. Tesis de Grado. Universidad Nacional Experimental Politécnico “Antonio José de Sucre”. Vice Rectorado Puerto Ordaz. Departamento de Mecánica. Tutor académico: Ing. Elias Malavé Bibliografía Pág. 127. 1. Introducción al Diseño Mecánico. 2. Monografía Siderurgica del Orinoco. 3. Elementos de Maquina.
  4. 4. 4 AGRADECIMIENTOS A nuestro Dios todo poderoso, que sin el nada nos seria posible; a mis padres Ing. Jose Ortega, Lic. Yajaira Silva y mi Hermano Tecnol. Jose M Ortega por su incondicional apoyo; A mi tutor académico Ing. Elias Malavé, A mi tutor Industrial y amigo personal Ing. Daniel Pulido, a mi amigo y Coordinador jefe de la sala técnica del Proyecto HYL III Ing. Jose Gómez, por sus respectivos y valioso apoyo, instrucción, paciencia, tiempo y dedicación; y a todas aquellas personas, amigos míos, que sus respectivas ayudas han sido vitales para que este trabajo pueda ser realizado, estas son: Ing. Krismara Antoima, Ing. Fernando Álvarez, y, en particular y muy especial agradecimiento a la persona mas bella de todas, Ing. Liliana Aponte… ¡gracias Lili!
  5. 5. 5 UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA PRACTICA PROFESIONAL DE GRADO DISEÑO Y UBICACIÓN DE SOPORTES Y ESTRUCTURAS PUENTES DE DUCTERÍAS PARA SISTEMA DE DESEMPOLVADO DE NUEVO SILO 5500T PH 108-V, TORRE DE TRANSFERENCIA J-2 Y SILOS DE PELLAS 148-F, 149-F1/2/3, UBICADOS EN PLANTA HYL, SIDERURGICA DEL ORINOCO “ALFREDO MANEIRO” SIDOR. Autor: Ortega S. Félix X. Tutor Académico: Prof. Elías Malavé Tutor Industrial: Ing. Daniel Pulido RESUMEN
  6. 6. 6 Uno de los procesos primarios con que cuenta la empresa Sidor C.A, para transformar el mineral de hierro en productos semielaborados o elaborados de acero, es el proceso de reducción directa HYL, el cual en esta empresa se esta llevando a cabo el proyecto de conversión tecnológica de HYL II a HYL III, que tiene como objetivo fundamental un aumento en la producción de Hierro de Reducción Directa (HRD). Para el manejo y distribución de HRD, la planta SIDOR C.A, cuentan con sistemas de almacenado que consiste básicamente de grandes silos, e instalaciones de transferencias de material, el cual estos requieren un sistema de desempolvado, ya que el movimiento, traslado y almacenamiento del producto (HRD), genera una gran cantidad de polvo contaminante, como es el caso del Sistema de Manejo de Materiales, ubicado en Planta HYL, en donde se encuentra la torre de Transferencia J-2 y cuatro silos de Pellas 148-F, 149-F1/2/3, de 750m3 C/U, así como ha de construirse un nuevo silo de HRD con capacidad de 5500Ton de almacenaje (nuevo silo PH 108-F). A estos se les instalara un sistema de desempolvado, capaz de absorber y procesar todo el polvo contaminante que se generara en estas edificaciones, al manejar Pellas y HRD, y cuenta con una red de ducterías que se extiende a través de estas estructuras de almacenaje de manera simultanea, lo que se requiere de la fijación, vinculación y sostén de estos ductos. Para satisfacer estos requerimientos se presenta una serie de diseños mecánicos, basado en soportes y estructuras puentes capaces de soportar los diferentes esfuerzos aplicados por tales ductos a través de toda su extensión. La metodología que se utilizó para recopilar información es por medio de la empresa, la cual esta facilitó datos de las estructuras del sitio y el acceso a esta. El desarrollo del diseño requirió de un minucioso estudio de los documentos y la dinámica del proceso en cuestión, elaboración de ing. conceptual, básica y de detalles, materializados en planos mecánicos; de esto se obtuvo una propuesta que contiene las siguientes ventajas: los diferentes diseños son económicos, simples y fáciles de instalar, con la menor alteración posible del entorno. Palabras Claves Soporte, Ductería, Sistema, Desempolvado, Sidor.
  7. 7. 7 INDICE GENERAL INDICE GENERAL...............................................................................................................1 INDICE DE TABLAS..........................................................................................................14 INDICE DE FIGURAS ........................................................................................................15 INTRODUCCIÓN................................................................................................................16 CAPÍTULO I ........................................................................................................................17 EL PROBLEMA ..................................................................................................................17 1.1 Planteamiento del problema ...........................................................................................17 1.2 Formulación....................................................................................................................18 1.3 Objetivos.........................................................................................................................18 1.3.1 General.........................................................................................................................18 1.3.2 Específicos...................................................................................................................18 1.4 Justificación....................................................................................................................19 1.5 Alcance ...........................................................................................................................19 1.6 Costos .............................................................................................................................19 CAPITULO II.......................................................................................................................21 MARCO TEORICO.............................................................................................................21 DESCRIPCION DE LA EMPRESA....................................................................................21 2.1 la Siderurgica..................................................................................................................21 2.2 Ubicación........................................................................................................................21 2.3 Productos ........................................................................................................................22 2.4 Sistema de Reducción.....................................................................................................23 2.5.1 Pelletizadora ................................................................................................................24 2.5.2 Plantas de Reducción Directa MIDREX.....................................................................24 2.5.3 Plantas de Reducción Directa HYL.............................................................................24 2.6 CARGAS........................................................................................................................25 2.6.1 Generalidades ..............................................................................................................25
  8. 8. 8 2.6.2 Tipos de Cargas ...........................................................................................................25 2.6.3 Coeficientes de Ponderación ......................................................................................26 2.6.3.1 Tracción....................................................................................................................27 2.6.3.2 Fuerza Cortante.........................................................................................................27 2.6.3.3 Compresión...............................................................................................................27 2.6.3.4 Flexión......................................................................................................................29 2.6.3.5 Aplastamiento en el Área de Contacto .....................................................................29 2.6.3.6 Peso Específico De Metales De Construcción .........................................................30 2.6.3.7 Estados Límites ........................................................................................................31 2.7 COLUMNAS..................................................................................................................31 2.7.1 Generalidades ..............................................................................................................31 2.7.2 Estabilidad ..................................................................................................................32 2.7.3 Método Omega para el Cálculo de Barras Esbeltas Sometidas a Compresión ...........33 2.7.3.1 diseño práctico de barras sometidas a compresión axial ..........................................33 2.7.4.2 Reglamento Alemán .................................................................................................33 2.7.4.3 El pandeo según la norma DIN 4114. Método Omega (w) ......................................34 2.7.4.4 Longitudes de Pandeo...............................................................................................35 2.7.5 Cálculo de barras de sección constante sometidas a compresión................................37 2.7.5.1 Barras sometidas a compresión simple.....................................................................38 2.7.5.2 El procedimiento a seguir para el Cálculo................................................................38 2.7.5.4 Limitaciones de la esbeltez l para el diseño estructural .........................................39 2.7.5.5 Arrostramiento de barras comprimidas ....................................................................39 2.8 SOLDADURA ..............................................................................................................40 2.8.1 Uniones Soldadas ........................................................................................................40 2.8.2 Soldadura por arco eléctrico ........................................................................................40 2.8.3 Los Electrodos .............................................................................................................41 2.8.3.1 El revestimiento........................................................................................................41 2.8.4 Posiciones y tipos de juntas .........................................................................................41 2.9 PERNOS Y UNIONES APERNADAS .........................................................................42
  9. 9. 9 2.9.1 Generalidades ..............................................................................................................42 2.9.2 Tornillos y Pernos........................................................................................................43 2.9.3 Roscas..........................................................................................................................43 2.9.4 Consideraciones A Tomar En Las Uniones Apernadas...............................................44 2.9.5 Selección De Pernos ....................................................................................................45 2.9.5.1 Pernos Ordinarios .....................................................................................................45 2.9.5.2 Pernos Calibrados.....................................................................................................47 2.10 Tuercas y Arandelas .....................................................................................................48 2.11 Calculo De Pernos Y Tornillos Ordinarios Y Calibrados ............................................48 2.11.1 Pernos Sometidos A Tracción Simple.......................................................................48 2.11.2 Pernos Sometidos A Cortadura .................................................................................49 2.11.3 Pernos Sometidos a Tracción y Corte Simultáneamente...........................................51 2.12 Unión Resistente A Flexión..........................................................................................51 2.13 Unión Sometida a Cargas Excéntricas..........................................................................53 2.14 Separaciones Y Distancias Entre Pernos ......................................................................55 2.14.1 Valores Límites Del Paso ..........................................................................................56 2.14.2 Valores Límites A Los Bordes ..................................................................................56 2.15 Sistema de Hipótesis o preguntas de investigación.....................................................56 2.15.1 Hipótesis ....................................................................................................................56 2.15.1.1 Definición conceptual.............................................................................................56 2.15.1.2 Definición operacional ...........................................................................................57 CAPITULO III .....................................................................................................................58 MARCO METODOLOGICO ..............................................................................................58 3.1 Tipo de Investigación .....................................................................................................58 3.2 Diseño de la Investigación..............................................................................................58 3.3 Población y Muestra .......................................................................................................59 3.4 Técnicas y/o Instrumentos de Recolección de Datos .....................................................59 3.5 Procedimiento de Recolección de Datos ........................................................................59 3.6 Tabulación y Análisis de Datos ......................................................................................60
  10. 10. 10 3.6.1 Definición De Las Ducterías Para Sistema De Desempolvado De Nuevo Silo de HRD5500T PH 108-V, Torre De Transferencia J-2 y Silos De Pellas 148-F, 149-F1/2/3. .60 3.6.1.1 Datos de la Ductería .................................................................................................60 3.7 Cálculos de Esfuerzos: ...................................................................................................60 3.7.1 Esfuerzo de Base Superior: .........................................................................................64 3.7.2 Esfuerzo en la Banda de Cierre/Anillos de Retención: ...............................................65 3.7.3 Esfuerzo en las Placas Soportes: .................................................................................68 3.7.4 Tensión en el Refuerzo:...............................................................................................69 3.7.5 Calculo de pandeo sobre pie de amigo: .......................................................................70 3.7.6 Calculo de pandeo en la Viga Base: (Soportes C y E) ................................................71 3.7.7 Tensión en la Barra de Retensión:...............................................................................73 3.7.8 Tracción en la Barra Roscada:.....................................................................................76 3.7.9 Calculo de los Pernos: .................................................................................................77 3.8 Calculo de soldadura: .....................................................................................................78 3.8.1 Soldadura de la Placa Base (Placa Base, Placa Base Piso, Base, Apoyo):..................78 3.8.2 Soldadura de la Placa Soporte: ....................................................................................80 (Aplicado al Soporte Horizontal F, para Silos de Pellas148-F, 149-F1/2/3)........................80 3.8.3 Soldadura de la Viga Principal / Viga Base: ...............................................................81 3.9 Estructuras Puentes.........................................................................................................83 3.9.1 Cálculos de Esfuerzos:.................................................................................................83 3.9.2 Calculo de flecha: ........................................................................................................85 3.9.3 Cálculos de Esfuerzos, Sección Transversal: ..............................................................85 3.9.4 Calculo de flecha: ........................................................................................................86 3.9.5 Calculo de pandeo sobre pie de amigo: .......................................................................86 3.9.6 Calculo de los Pernos: .................................................................................................87 3.9.6.1 Condición de aplastamiento: ....................................................................................88 3.9.7 Calculo de soldadura: ..................................................................................................89 3.9.7.1 Soldadura de la Placa................................................................................................89 3.9.7.2 Soldadura de la Viga Principal /Bastidor: ................................................................91
  11. 11. 11 CAPITULO IV.....................................................................................................................94 TABULACIÓN Y ANALISIS DE RESULTADOS............................................................94 DE CÁLCULOS...................................................................................................................94 4.1 TABLAS DE RESULTADOS .......................................................................................95 4.1.1 Calculo De Esfuerzos Silo De Pellas...........................................................................95 4.1.1.2 Calculo De Esfuerzos Torre De Transferencia.........................................................96 4.1.1.3 Calculo De Esfuerzos Nuevo Silo ............................................................................97 4.1.1.4 Calculo De Esfuerzos Base Superior Nuevo Silo.....................................................97 4.1.1.5 Cálculos De Esfuerzo En La Banda De Cierre/Anillos De Retención.....................98 Silo De Pellas .......................................................................................................................98 4.1.1.6 Cálculos De Esfuerzo En La Banda De Cierre/Anillos De Retención.....................98 Nuevo Silo ............................................................................................................................98 4.1.1.7 Esfuerzo En Las Placas Soportes Silo De Pellas......................................................99 4.1.2 Tensión en el Refuerzo Silo De Pellas ........................................................................99 4.1.3 CALCULO DE PANDEO.........................................................................................100 4.1.3.1 Calculo De Pandeo Sobre Pie De Amigo Silo De Pellas ......................................100 4.1.3.2 Calculo De Pandeo Sobre Pie De Amigo Torre De Transferencia.........................101 4.1.3.3 Calculo De Pandeo Sobre Pie De Amigo ...............................................................101 Nuevo Silo ..........................................................................................................................101 4.1.3.4 Calculo De Pandeo En La Viga Base .....................................................................102 Silo De Pellas .....................................................................................................................102 4.1.3.5 Calculo De Pandeo En La Viga Base .....................................................................102 Torre De Transferencia.......................................................................................................102 4.1.3.6 Calculo De Pandeo En La Viga Base .....................................................................102 Nuevo Silo ..........................................................................................................................102 4.1.4 TENSIÓN EN LA BARRA DE RETENSIÓN.........................................................103 4.4.1 Tensión En La Barra De Retensión Silo De Pellas ...................................................103 4.1.4.2 Tensión En La Barra De Retensión Nuevo Silo.....................................................103 4.1.5 TRACCIÓN EN LA BARRA ROSCADA...............................................................104
  12. 12. 12 Silo De Pellas .....................................................................................................................104 4.1.6 CALCULO DE LOS PERNOS.................................................................................105 4.1.6.1 Calculo De Los Pernos Silo De Pellas....................................................................105 4.1.6.2 Calculo De Los Pernos Nuevo Silo ........................................................................105 4.2 CALCULO DE SOLDADURA ...................................................................................106 4.2.1 Soldadura De La Placa Base, Placa Base Piso ..........................................................106 Silo De Pellas .....................................................................................................................106 4.2.2 SOLDADURA DE LA PLACA BASE ....................................................................109 Nuevo Silo ..........................................................................................................................109 4.2.3 Soldadura De La Placa Base......................................................................................110 Torre De Transferencia.......................................................................................................110 4.2.4 Soldadura De La Placa Base......................................................................................111 Torre De Transferencia.......................................................................................................111 4.2.5 Soldadura De La Placa Base Piso..............................................................................113 Nuevo Silo ..........................................................................................................................113 4.2.6 Soldadura De La Placa Soporte .................................................................................113 Silo De Pellas .....................................................................................................................113 4.2.7 Soldadura De La Base ...............................................................................................114 Silo De Pellas .....................................................................................................................114 4.2.8 Soldadura Del Apoyo ................................................................................................115 Silo De Pellas .....................................................................................................................115 4.2.9 Soldadura De La Viga Principal................................................................................116 Silo De Pellas .....................................................................................................................116 4.2.10 Soldadura De La Viga Principal..............................................................................120 Torre De Transferencia.......................................................................................................120 4.2.11 Soldadura De La Viga Principal..............................................................................121 Nuevo Silo ..........................................................................................................................121 4.2.12 Soldadura De La Viga Base ....................................................................................122 Nuevo Silo ..........................................................................................................................122
  13. 13. 13 4.2.13 Soldadura De Las Cartelas Superiores/Inferiores....................................................123 Torre De Transferencia.......................................................................................................123 4.3 CALCULO DE ESFUERZOS .....................................................................................124 ESTRUCTURAS PUENTES .............................................................................................124 4.3.1 Cálculo De Esfuerzos Sección Transversal Estructuras Puentes..............................124 4.3.2 Cálculos De Pernos....................................................................................................125 Estructuras Puentes.............................................................................................................125 4.3.3 Pandeo Del Pie De Amigo.........................................................................................126 Estructuras Puentes.............................................................................................................126 4.4 CALCULOS DE SOLDADURA.................................................................................127 4.4.1 Soldadura Del La Placa Estructuras Puentes.............................................................127 4.4.2 Soldadura Del La Viga Principal/Bastidor ................................................................128 Estructuras Puentes.............................................................................................................128 4.5 Análisis de Resultados de Cálculos ..............................................................................130 CONCLUSION ..................................................................................................................131 RECOMENDACIONES ....................................................................................................132 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................133 ANEXOS............................................................................................................................134 VALORES w ......................................................................................................................136
  14. 14. 14 INDICE DE TABLAS Tabla2.1. Peso Específico De Metales De Construcción…………………………………..24 Tabla II.2Características De Los Tornillos Ordinarios…………………………………… 40 Tabla II.3Tipos De Acero Para Pernos Ordinarios………………………………………...41 Tabla II.4 Esfuerzos Admisibles Para Tornillos A 307 Y A 325…………………….…….42 Tabla II.6 Tensiones De Agotamiento Por Aplastamiento sl Kg/cm2………………..……45 Tabla II.7. Valores Límite de Paso………………………………………………………...50 Tabla II.8. Valores Límite a los Bordes……………………………………………………50 Tabla III.1. Datos de la Ductería……………………………………………………….…..54 Tabla III.2. Perfil HEB-160………………………………………………………………..56 Tabla III.3. Posición del centro de gravedad C.D.G……………………………………….72 Tabla III.4. Posición del centro de gravedad C.D.G……………………………………….74 Tabla III.5. Datos y Posición del centro de gravedad C.D.G……………………………....75 Tabla III.6. Perfil HEB-200………………………………………………………………..78 Tabla III.7. Posición del centro de gravedad C.D.G……………………………………….83 Tabla III.8. Datos y Posición del centro de gravedad C.D.G………………………………85
  15. 15. 15 INDICE DE FIGURAS Figura I.1 Ubicación Geográfica SIDOR en territorio Venezolano……………………….15 Figura I.2. Sistema de Reducción………………………………………………………….18 Figura II.1. Diagramas de tensiones de pandeo para grados de esbelteces entre 0 y 100….28 Figura II.2. Casos de longitudes de Pandeo………………………………………………..30 Figura II.3. Soldadura por Arco Eléctrico……………………………………………….....35 Figura II.4. Posiciones y tipos de juntas………………...………………………………....36 Figura II.5. Tornillo Ordinario……………………………………………………………..40 Figura II.6. Tornillo Calibrado………………………………………………………….….41 Figura II.7. Pernos Sometidos A Cortadura………………………………………………..44 Figura II.8. Unión Resistente a Flexión…………………………………………………....46 Figura II.9. Pernos sometidos a cargas excéntricas………………………………………..48 Figura II.10. Pernos sometidos a cargas excéntricas………………………………………49 Figura III.1. Soporte Horizontal A para Silo de Pellas………………………………….…55 Figura III.2. Soporte Horizontal F para Silo de Pellas……………………………..………60 Figura III.3. Soporte Horizontal C para Silo de Pellas……………………………….……66 Figura III.4. Soporte Colgantes Externo para Silo de Pellas…………………………....…68
  16. 16. 16 INTRODUCCIÓN Uno de los procesos para transformar el mineral de hierro en productos semielaborados o elaborados de acero en la empresa Sidor C.A, son los Procesos Primarios. Los Procesos Primarios tienen como finalidad, darle al mineral las características que lo convertirán en acero de buena calidad y esto se logra a través de un sistema de reducción, el cual está constituido por la planta de pellas y las plantas de reducción directa, el cual estas ultimas son MIDREX (I y II) y HYL (II, III en construcción). Estas tienen como objetivo fundamental producir Hierro de Reducción Directa (HRD) que son las unidades de metálico necesarias para la producción de acero de SIDOR. Para el manejo y distribución de HRD, la planta cuentan con sistemas e instalaciones de transporte y almacenado que consiste básicamente de grandes silos, cintas transportadoras e instalaciones de transferencias de material, el cual estos requieren un sistema de desempolvado, ya que el movimiento, traslado y almacenamiento del producto, genera una gran cantidad de polvo contaminante. Un ejemplo de lo antes mencionado se encuentra en el área de de Sistema de Manejo de Materiales, ubicado en Planta HYL, en donde se encuentra la torre de Transferencia J-2 y cuatro silos de Pellas 148-F, 149-F1/2/3, de 750m3 C/U, así como ha de construirse un nuevo silo de HRD con capacidad de 5500Ton de almacenaje (nuevo silo PH 108-F). A estos se les instalara un sistema de desempolvado, capaces de absorber y procesar todo el polvo contaminante que se generara en estas edificaciones, al manejar Pellas y HRD. Este sistema de desempolvado desarrolla una red de ducterías que se extiende a través de estas estructuras de almacenaje de manera simultanea, lo que se requiere de la fijación, vinculación y sostén de estos ductos. Para satisfacer estos requerimientos se presenta una serie de diseños mecánicos, basado en soportes y estructuras puentes capaces de soportar los diferentes esfuerzos aplicados por tales ductos a través de toda su extensión.
  17. 17. 17 CAPÍTULO I EL PROBLEMA 1.1 Planteamiento del problema El área de de Sistema de Manejo de Materiales, ubicado en Reducidos HYL, Sidor C.A., es objeto de observación y estudio debido a la necesidad de desarrollar soportes y estructuras puentes a la extensión de la red de ducterías del sistema de desempolvado a instalarse en el sito; este sistema funciona con dos conjuntos de ventiladores y lavadores de lodo configurados en paralelo, con el fin de absorber el polvo contaminante que ha de generarse en el nuevo silo PH 108-V, en la torre de Transferencia J-2 y en los cuatro silos de Pellas 148-F, 149-F1/2/3, de 750m3 C/U, funcionando de forma alterna. La extensión de la ductería de este sistema de desempolvado, alcanza una longitud aproximada de 400Mts, así como un peso de 120 Toneladas aproximadamente, y debe ser vinculada y fijadas a estas estructuras (silos y torre) para su sostén, tomando en cuenta que la torre de Transferencia y los cuatro silos de Materiales son existentes, y el silo de HRD ha de ser fabricado e instalado. Esta red de ductos se ramifica en casi todo su recorrido de forma perimetral sobre las instalaciones ya antes mencionadas, hasta llegar a los “puntos” de absorción de polvos de cada uno de estas; esto presenta que la mayor parte de la ductería queda expuesta “en el aire”, sin ningún tipo de fijación existente, lo que hace imposible la instalación de esta ductería y por consecuente, el incumplimiento del proceso de desempolvado que ha de funcionar para el silo de HRD, en la torre de Transferencia y en los cuatro silos de Materiales ya mencionados.
  18. 18. 18 Para dar solución en lo posible lo anteriormente mencionado, es necesario presentar una serie de diseños que cubran estos aspectos para garantizar un buen y seguro funcionamiento del sistema de desempolvado a instalar. 1.2 Formulación La necesidad presentada en el sistema de desempolvado y su red de ducterías respecto a su fijación es elevado y evidente, por lo que amerita la presentación de una serie de diseños que garantice el sostén, albergue, vinculación y fijación de la red de ducterías del sistema de desempolvado del nuevo silo, Torre de Transferencia y silos de Pellas, y así garantizar el buen funcionamiento del proceso del sistema de desempolvado a instalar. 1.3 Objetivos 1.3.1 General Diseño y ubicación de soportes y estructuras puentes de ducterías para sistema de desempolvado de silo PH 108-V, Torre de Transferencia J-2 y silos de Pellas 148-F, 149-F1/2/3, ubicados en Planta HYL, Siderurgica del Orinoco “Alfredo Maneiro” Sidor. 1.3.2 Específicos Realizar un relevamiento en el área y sitios a instalar los soportes y estructuras puentes, así como conocer sus prestaciones, dimensiones, magnitudes físicas, ubicación, características y sus propiedades, así como Recopilar toda la información del área, estructuras, ducterías y equipo de desempolvado para revisar y analizar su comportamiento en operación.
  19. 19. 19 Realizar diseños que satisfaga la necesidad de la empresa, referida a los soportes y estructuras puentes sustentados en cálculos correspondientes y planos para su construcción, ubicación e instalación. Cumplir con los requerimientos de diseño requeridos por la empresa Siderurgica del Orinoco “Alfredo Maneiro” Sidor. 1.4 Justificación Los diseños tienen una aplicación en concreto, la cual es presentar una serie de propuestas capaces de fijar, albergar y sostener la red de ducterías del sistema de desempolvado del nuevo silo 5500T, Torre de Transferencia y silos de Pellas; así como garantizar la vinculación segura de la ductería a estos. Este ha de ser ubicado en Reducidos, ubicado en Reducidos HYL Área de Sistema de Manejo de Materiales, Sidor C.A. 1.5 Alcance El alcance de este trabajo se limita a presentar unos diseños como propuesta a dar solución a la problemática planteada, específicamente para la extensión de ducterías del desempolvado correspondiente al nuevo silo 5500T, Torre de Transferencia y silos de Pellas, con los cálculos necesarios para respaldar lo propuesto y la información suficiente para la construcción e instalación del mismo. 1.6 Costos El costo se obtiene de acuerdo a los precios establecidos por la empresa Siderurgica del Orinoco “Alfredo Maneiro” Sidor, para la realización de trabajos en el área de proyectos, que son 60 Bs. por hora trabajada, es decir, 60 Bs. hrs. /h.
  20. 20. 20 16 Plano de conjunto: 400 hrs. /h. 22 Plano de detalles: 660 hrs. /h. Costo total: 1060 hrs. /h. Costo total: 63.600 Bs.
  21. 21. 21 CAPITULO II MARCO TEORICO DESCRIPCION DE LA EMPRESA 2.1 la Siderurgica. La Siderúrgica del Orinoco “Alfredo Maneiro” (SIDOR) es un complejo siderúrgico integrado, cuyos procesos se inician con la fabricación de pellas y culminan con la entrega de productos finales largos (Barras y Alambrón) y planos (Láminas en Caliente, Láminas en Frío y Recubiertos). Utiliza tecnologías de Reducción Directa y Hornos Eléctricos de Arco. 2.2 Ubicación. La empresa se haya ubicada en Ciudad Guayana, Estado Bolívar (Venezuela), en la zona industrial de Matanzas, sobre la margen derecha del río Orinoco, a unos 17 kilómetros de su confluencia con el río Caroní y a 300 kilómetros de la desembocadura del río Orinoco en el Océano Atlántico. Está conectada con el resto del país por vía terrestre, y por vía fluvial-marítima con el resto del mundo, a través del río Orinoco. Figura I.1 Ubicación Geográfica SIDOR en territorio Venezolano
  22. 22. 22 Las instalaciones de SIDOR se extienden sobre una superficie de 2.838 hectáreas, de las cuales 90 hectáreas son techadas. Cuenta con una amplia red de comunicaciones de 74 Km. de carreteras pavimentadas, 132 Km. de vías férreas y acceso al mar por un Terminal portuario con capacidad para atracar simultáneamente 6 barcos de 20.000 TN. Cada uno. 2.3 Productos Los productos fabricados por SIDOR pueden dividirse en tres renglones base, estos renglones son los siguientes: productos primarios, productos planos y productos no planos. Para convertir el mineral de hierro en productos semielaborados o elaborados de acero, SIDOR desarrolla dos grandes procesos. Los Primarios, que tienen como finalidad, darle al mineral las características que lo convertirán en acero de buena calidad, y los Procesos de Fabricación, cuyo objetivo darle al acero las dimensiones y formas físicas requeridas. Estos dos grandes procesos, se subdividen en los siguientes sistemas productivos: Proceso Primario (Sistema de reducción) y Procesos de Fabricación (Sistema de productos planos y Sistema de productos largos). Instalaciones. Además de contar con edificaciones en las cuales se desarrollan las áreas administrativas y de soporte al personal, tales como edificios administrativos, comedores, servicio médico, talleres centrales, entre otros. SIDOR C.A., cuenta con las siguientes instalaciones productivas, para el Proceso Primario: Planta de pellas: En esta planta se procesan finos de mineral de hierros provenientes del Cerro Bolívar y fundentes, para convertirlos mediante calentamiento aglomerado, en producto que recibe el nombre de PELLAS.
  23. 23. 23 Plantas de reducción directa: Constituida por dos plantas de procesos distintos (Midrex y H y L), para la producción de hierro esponja, utilizando la pella como materia prima y gas natural reforzado como agente reductor; HyL I (actualmente no está operando), HyL II. (Actualmente no está operando), HyL III (actualmente en instalación), Midrex I, Midrex II. Para el Proceso de Fabricación, SIDOR C.A cuenta con las siguientes instalaciones: Acería y colada continua de planchones; Acería y colada continúa de palanquillas; Laminación en Caliente; Líneas de corte y tajado I y II; Líneas de decapado continuo I y II; Laminación en Frío; Líneas de tandem I y II; Limpieza electrolítica I y II; Recocido de campana I y II y recocido continuo; Temple I, II y III; Corte en frio I y II; Tajado en frío; Líneas de preparación de bobinas; Líneas de inspección; desborde y embobinado I y II; Estañado y cromado electrolítico I y II; Línea de corte y selección de hojalata I, II, III y IV; Tren de barras; Tren de Alambrón; Instalaciones auxiliares; Planta de briquetas (actualmente no está operando); Planta de cal; Terminal portuario; Planta de oxigeno; Planta de preparación de chatarra; Sistema de control de la contaminación ambiental; Plantas de recirculación de agua; Planta de tratamiento de aguas negras; Sub-estaciones eléctricas; Servicios de apoyo; Talleres; Investigación; Proyectos; Alimentarios; Industriales; Transporte. 2.4 Sistema de Reducción El sistema de reducción está constituido por la planta de pellas y las plantas de reducción directa. Su objetivo fundamental es producir las unidades de metálico necesarias para la producción de acero de SIDOR.
  24. 24. 24 Figura.I.2 Sistema de Reducción 2.5.1 Pelletizadora Esta Planta tiene como finalidad la fabricación de esferas denominadas “Pellas” para el consumo de las plantas de reducción y para la exportación. Está conformada por dos unidades de molienda y peletización de mineral de hierro y con una capacidad global de producción de 7 millones de toneladas de pellas al año. 2.5.2 Plantas de Reducción Directa MIDREX SIDOR cuenta con dos plantas para la reducción del hierro con tecnología Alemana, denominadas MIDREX I y MIDREX II. Posteriormente el proceso MIDREX fue intervenido con tecnología desarrollada en SIDOR conocida como AREX-SBD. En este proceso de Reducción directa Midrex, se convierte al mineral de hierro (en forma de pellas), en hierro esponja, esto se logra a partir de la desoxigenación del mismo, al utilizar gas como agente reductor. La capacidad de producción de las plantas MIDREX I y II es de 2.8 millones de toneladas al año. 2.5.3 Plantas de Reducción Directa HYL SIDOR también cuenta con 2 plantas más de reducción directa de tecnología HYLSAMEX (tecnología mexicana) conocidas como H y L I y H y L II. Estas plantas tienen como finalidad extraer el oxigeno contenido en las pellas, mediante la utilización de
  25. 25. 25 un agente reductor a temperaturas menores a las de fusión. La capacidad de producción de estas plantas es de 1.8 millones de toneladas al año. 2.6 CARGAS 2.6.1 Generalidades Debido a los costos de fabricación y montaje, debe tomarse muy en cuenta el tipo de perfil que ha de utilizarse para cada elemento de la estructura, el cual, deberá ser lo suficientemente resistente para soportar las cargas sin incrementar excesivamente los costos y a su vez, lo más pequeño posible sin que ponga en peligro la edificación durante y después de la erección. La selección de los perfiles también esta supeditada a unas normas, las cuales limitan la sección mínima necesaria utilizable, con lo cual, se garantiza que los costos estarán en concordancia con los del mercado y que la estructura será estable y segura. Seleccionar perfiles superiores a los requeridos, supone una mayor seguridad en la construcción, pero a su vez genera un mayor costo y revela la falta de seguridad del calculista. Ocurre a veces que debido a disposiciones constructivas, es necesario sobre-dimensionar un elemento, lo cual no representa un incremento exagerado en los costos y posiblemente redundara en beneficios durante la fase de fabricación y montaje. Es evidente, que la elección de los perfiles esta supeditada a los cálculos los cuales van a depender fundamental mente de dos factores: longitudes y cargas. 2.6.2 Tipos de Cargas Podemos denominar carga a la acción o conjunto de acciones externas o internas que producen un estado tensional en los elementos estructurales. Las cargas se clasifican en dos grupos, a saber: constantes y variables. Una carga se considera constante cuando permanece en magnitud y ubicación indefinidamente. Si no cumple con estos requisitos, se considera variable.
  26. 26. 26 2.6.3 Coeficientes de Ponderación Durante mucho tiempo ha sido común denominador, dividir la tensión de fluencia entre un coeficiente de seguridad para obtener una tensión admisible, de tal manera que si las tensiones obtenidas bajo la acción de las cargas estuviesen por debajo la tensión admisible, el elemento estudiado en cuestión resulte aceptable. Así pues, al variar los coeficientes de seguridad con los tipos de cargas y sus combinaciones, daba lugar a un estado de probabilidades de seguridad. En la actualidad, el procedimiento consiste en mayorar las cargas y sus combinaciones y comparar las tensiones obtenidas con la tensión de fluencia (garantizada) del material utilizado, de manera que ninguna de las secciones alcance el agotamiento. Los coeficientes de ponderación con los que se mayoran las cargas, garantizan los errores de hipótesis que se puedan originar en el calculo y los errores en la estimación de las cargas y sus combinaciones. En general, los aceros utilizados en construcción tienen el límite de fluencia garantizado. Para efectuar las combinaciones de cargas, debe tomarse en cuenta que las cargas constantes, actúan siempre con su valor propio o mayorado según sean favorables o desfavorables. En el caso de las sobrecargas, estas deben tomarse siempre con su valor mayorado. Se define: Fy = Tensión cedente mínima especificada para el tipo de acero utilizado. K = Factor de longitud efectiva. L = Longitud real no arriostrada. r = Radio de giro gobernante. d = Diámetro de un rodillo o balancín de apoyo. lc = Relación de esbeltez de una columna que separa el dominio del pandeo elástico del 1/2 inelástico, igual a 6440 (Fy) .
  27. 27. 27 2.6.3.1 Tracción La sección admisible en la sección neta de los miembros sometidos a tracción axial, excepto si atraviesa un agujero para pasador será: t y F = 0,60F (2.1) Pero no superior a 0,5 veces la resistencia mínima especificada del acero a la tracción Fu. En la sección neta a través de los agujeros de las barras con pasadores, de las planchas o de los miembros compuestos conectados con pasadores, la tensión admisible en tracción axial será: t y F = 0,45F (2.2) 2.6.3.2 Fuerza Cortante La tensión cortante admisible en la sección total será: v y F = 0,60F (2.3) Para el cálculo de las tensiones cortantes, la sección total de los perfiles laminados y fabricados puede tomarse como el producto de la altura total multiplicada por el espesor del alma. 2.6.3.3 Compresión La tensión admisible en la sección total de los miembros comprimidos axialmente, el los que KL/r es menor que lc, será:
  28. 28. 28 Fy KL 3 3 2 2 r KL r l - KL r c +
  29. 29. + 8 8 3 5 3 2 1 c c Fa l l = (2.4) Donde KL/r es la mayor relación de esbeltez efectiva de cualquier segmento no arriostrado, y lc es la relación de esbeltez de columnas que separa el pandeo elástico del inelástico, la cual se establece como: ( )1/ 2 1/ 2 l = p 2 2 6400 = c F F y y La tensión admisible en la sección total de los miembros comprimidos axialmente cuando KL/r excede a lc será: 6 2 2 1,8 10 2 12 23 = = x KL r KL r E Fa p (2.5) En la sección total de los miembros secundarios y de arrostramiento comprimidos axialmente, cuando KL/r excede a 120: = (2.6) r L F F a as 200 1- Donde Fa se calculara con las fórmulas (2.4) ó (2.5) tomando K igual a la unidad. En el área total de los rigidizadores de vigas armadas:
  30. 30. 29 a y F = 0,60F (2.7) En el borde del filete del alma de perfiles laminados: a y F = 0,75F (2.8) 2.6.3.4 Flexión En el caso de tracciones y compresiones en las fibras extremas de los miembros compactos laminados o compuestos (excepto en las vigas híbridas, vigas de altura variable y miembros en los que se utilice acero A514), simétricos respecto al plano de su eje de inercia menor y cargados en ese plano, y que satisfagan los requisitos indicados en esta sección1, la tensión admisible será: b y F = 0,66F (2.9) 2.6.3.5 Aplastamiento en el Área de Contacto La tensión admisible de aplastamiento en las superficies precisamente planas, en los pasadores colocados en los agujeros escariados, taladrados o perforados, y en los extremos de los rigidizadores de apoyo será: p y F = 0,90F (2.10)
  31. 31. 30 donde Fy se tomara como la menor tensión cedente si las partes en contacto son de diferentes calidad de acero. En los rodillos de las juntas de dilatación y en los balancines: ( )d 910 30 F Fp y = - (2.11) medidos en kilogramos fuerza sobre centímetro lineal (Kgf/cm), donde d es el diámetro en centímetros del rodillo o balancín. 2.6.3.6 Peso Específico De Metales De Construcción A continuación presentamos un catalogo de diversos metales con sus pesos específicos utilizados en construcción. Tabla2.1. Peso Específico De Metales De Construcción MATERIAL (METALES) Peso específico [Kg./m3] Acero 7.850 Aluminio 2.700 Bronce 8.500 Cobre 8.900 Latón 8.500 Pizarra 2.800
  32. 32. 31 2.6.3.7 Estados Límites Una estructura falla cuando deja de cumplir con los fines para los que fue diseñada en el tiempo de vida útil previamente establecido. Podemos dividir a las fallas en dos tipos: 1.- Estado de Servicio Último: Fallas asociadas al colapso de estructuras completas o parte de ellas que pongan en riesgo la seguridad y vidas humanas. Situaciones estas que pueden presentarse cuando la estructura o parte de ella considerada como un cuerpo rígido, pierde el equilibrio, las secciones críticas se agotan al alcanzar tensiones elevadas por encima de los límites máximos, inestabilidad de piezas aisladas (pandeo de columnas, vuelco de vigas), etc. 2.- Estado Límite de Servicio: Fallas asociadas al uso y durabilidad de las estructuras y su durabilidad generando perdida parcial de las prestaciones esperadas, como deformaciones que afectan la apariencia o al uso y pueden causar daños a los acabados, producir mal funcionamiento en máquinas o servicios; vibraciones que causen incomodidad a personas, daños a las construcciones etc. 2.7 COLUMNAS 2.7.1 Generalidades Tradicionalmente es y ha sido necesario iniciar los cálculos de columnas diferenciando lo que se ha dado en llamar barras cortas y barras largas: es decir, barras que trabajan en el campo plástico y barras que trabajan en el campo elástico, respectivamente. Las barras largas pueden diseñarse usando las ecuaciones de Euler; más no así las barras cortas, las cuales deben calcularse mediante el uso de una gran variedad de ecuaciones diferentes unas de otras, como por ejemplo: Tetmajer, Jonhson, Karman, Engesser, Ros y Bruner, Ostenfeld, Rankine, fórmula de la Secante etc.
  33. 33. 32 El método a utilizar es sumamente simple y está basado en una combinación de las ecuaciones de Euler y Tetmajer, con lo cual puede aplicarse a cualquier tipo de barra y, por ende, se elimina la diferencia existente entre barras largas y barras cortas. Este procedimiento, denominado Método Omega w, está siendo ampliamente utilizado en la actualidad en la Comunidad Europea de Naciones, y simplemente supone aplicar el coeficiente Omega, tabulado y característico de cada material, a cada barra según su esbeltez y tipo de vínculos. Por esto, que consideramos de gran importancia para realizar los cálculos correspondientes al diseño. 2.7.2 Estabilidad Se denomina estabilidad a la capacidad que tiene un cuerpo o sistema para mantener su estado de equilibrio inicial bajo la acción de cargas exteriores. La inexistencia o pérdida de esta capacidad conduce a la inestabilidad lo que supone que ese sistema inestable pase a un nuevo estado de equilibrio. Una vez perdida la estabilidad, el sistema puede comportarse de diversas formas. Generalmente, se pasa a un nuevo estado de equilibrio, lo que, en la mayoría de los casos, va acompañado de grandes deformaciones, deformaciones plásticas y ocasionalmente del colapso total. Existen casos, en que una vez perdida la estabilidad, el sistema sigue trabajando normalmente cumpliendo con sus funciones principales.
  34. 34. 33 2.7.3 Método Omega para el Cálculo de Barras Esbeltas Sometidas a Compresión 2.7.3.1 diseño práctico de barras sometidas a compresión axial En la práctica real es imposible construir barras matemáticamente rectas, así como hacer que las cargas actúen exactamente sobre el eje longitudinal de aquellas. Por esto, la ecuación de Euler y Engesser y sus cargas críticas son teóricas. El cálculo de los diferentes casos de inestabilidad en construcciones metálicas está contenido en la norma DIN 4114; en ella se distinguen tres grupos de cargas de agotamiento: Pki = carga crítica de Euler; Pk = carga crítica de Engesser; Pkr = carga crítica real. En la carga crítica real se tienen en cuenta las excentricidades prácticas y constructivas de las barras comprimidas. Estas excentricidades son de dos tipos: las que dependen de la longitud de la barra y las que son independientes de ella. 2.7.4.2 Reglamento Alemán Este reglamento, para el cálculo de columnas se caracteriza en dos aspectos: diagramas de tensiones de pandeo para grados de esbelteces entre 0 y 100, y coeficientes de seguridad variables según el grado de esbeltez (Fig. II.1).
  35. 35. 34 l Zona Elástica Zona Plástica 100 250 60 Figura II.1. Diagramas de tensiones de pandeo para grados de esbelteces entre 0 y 100 sp sPadm Cuando 0l60, las tensiones de pandeo corresponden a una línea recta paralela al eje de las abscisas con una ordenada constante cuyo valor límite es la tensión de fluencia. Cuando 60l100, las tensiones de pandeo si bien una recta inclinada; y cuando l100, las tensiones de pandeo coinciden con la hipérbola de Euler. En el campo elástico se toma un coeficiente de seguridad de 3,5. En el campo elástico es claro que la tensión admisible de pandeo es tres veces y media menor que la tensión de pandeo. En el campo plástico el coeficiente de seguridad varFía según una parábola, de tal modo que para l = 0, g = 1,71 y para l = 100, g = 3,50. 2.7.4.3 El pandeo según la norma DIN 4114. Método Omega (w) Sea sPadm la tensión por pandeo en la pieza comprimida, y sea sadm la tensión admisible en una pieza sometida a un esfuerzo longitudinal simple. El valor de sadm es constante y el valor de sPadm varía con el grado de esbeltez: se obtiene al dividir sP entre el coeficiente de seguridad S que se adopte. Este coeficiente de seguridad es variable entre valores de esbeltez comprendidos entre 0 y 100 aproximadamente; entonces:
  36. 36. 35 s = Ps Padm = P (2.12) A S Padm Donde PPadm es la carga admisible y A es el area transversal de la pieza. Se designa con el nombre de coeficiente omega “w” a un número tal que multiplicado por sPadm da como resultado sadm. * s . w =s w = s adm (2.13) Padm adm s Padm La carga de pandeo admisible sPadm se obtiene fácilmente: s A . = (2.14) P adm Padm w Los coeficientes w dependen de los diferentes valores de la esbeltez l (Tabla IV.1); y ésta, a su vez, depende de las longitudes de pandeo, las cuales varían según los vínculos de cada barra. Definimos esbeltez mecánica como la relación existente entre la longitud de pandeo Lp y el radio de giro mínimo imin, es decir: L mín = p = mín l ; i (2.15) A I i mín 2.7.4.4 Longitudes de Pandeo Definimos ahora longitud de pandeo Lp de una barra cualquiera de longitud L como la longitud de una pieza recta prismática articulada en sus extremos, cargada axialmente y cuya carga crítica sea la misma que la correspondiente a la barra real considerada. Debido a la gran variedad de barras utilizadas en la construcción, que difieren del caso fundamental de piezas sometidas a pandeo, como son el modo de estar cargadas, el tipo de sustentación, la variabilidad de las secciones transversales etc., la Norma DIN 4114
  37. 37. 36 transfiere todos los casos de pandeo al caso fundamental (barra biarticulada), introduciendo el concepto de longitud de Pandeo, y lo define de la siguiente manera: 2 0,707 L 0,5 L a b c d Figura II.2. Casos de longitudes de Pandeo. L Se denomina longitud de Pandeo Lp de una barra de longitud L, a la longitud de una pieza recta prismática, articulada en sus extremos, cargada axialmente y cuya carga crítica sea la misma que la correspondiente a la barra real considerada (Fig. II.2). Para los cuatro casos clásicos definidos anteriormente, las longitudes de pandeo son las siguientes: - Caso a: Lp = L - Caso b: Lp = 2.L - Caso c: Lp = 0,707 L - Caso d: Lp = 0,5 L Para los cuatro casos clásicos de pandeo, la aplicación de la ecuación (2.17) se transforma en:
  38. 38. 37 a) L L P = (2.16) L = = (2.17) b) L LP 2 4 1 L = = (2.18) c) L LP 0,707 2 L = = (2.19) d) L LP 0,5 4 En la norma DIN 4114 se especifica claramente el valor de la longitud de pandeo correspondiente a barras reales de sección constante, cualesquiera que sean los vínculos de sus extremos, y aunque estén sometidas a esfuerzos axiales variables o a compresiones de dirección variable durante el pandeo. Esta ecuación ha sido deducida tomando en consideración que E es siempre constante, en consecuencia, solo será valida mientras la tensión de pandeo ski permanezca inferior al límite elástico sf. El cálculo según esta Norma, consiste en multiplicar las cargas mayoradas P* por el coeficiente w que depende de dicha esbeltez. Una vez elegido el coeficiente v se ha de cumplir que: * A P s ³ ×w f (2.20) 2.7.5 Cálculo de barras de sección constante sometidas a compresión A efectos de carga, podemos diferenciar dos tipos: Las barras sometidas a compresión simple y las barras sometidas a compresión compuesta. La Norma DIN 4114, especifica claramente los métodos a seguir para dimensionar dichas barras; métodos que desarrollaremos a continuación.
  39. 39. 38 2.7.5.1 Barras sometidas a compresión simple Este caso, estudia las barras que están sometidas a cargas de compresión que actúan a lo largo del eje longitudinal de la misma o que inciden sobre el núcleo de la sección transversal, es decir que no producen momentos de flexión. La ecuación que nos permite dimensionar estos elementos constructivos es la siguiente: * A P s ³ ×w f (2.21) En donde: P* = Carga de compresión mayorada. A = Área de la sección transversal del perfil elegido. sf = Tensión de fluencia del tipo de acero a utilizar. w = Coeficiente obtenido de las tablas a partir de la esbeltez l 2.7.5.2 El procedimiento a seguir para el Cálculo. 1. Determinar el valor de P*. 2. Determinar qué calidad de material vamos a utilizar, con lo cual conoceremos el valor de sf. 3. Conocida P* y la longitud de pandeo Lp, seleccionar una sección A de valor mayor que P*/sF. 4. Seleccionada A, determinamos el radio de giro mínimo imín y su esbeltez l. 5. Conocida la esbeltez l, buscamos en las tablas el valor de w y comprobamos con estos valores la ecuación de diseño.
  40. 40. 39 6. Si con el perfil seleccionado no se cumple la ecuación, deberemos probar con uno de mayor sección hasta que se cumpla. 2.7.5.4 Limitaciones de la esbeltez l para el diseño estructural Según NORMAS COVENIN, tenemos: Para cualquier pieza comprimida lmáx = 200. Para piezas de arrostramiento o piezas sometidas únicamente a acciones eólicas y térmicas lmáx = 250. Para estructuras o partes de ellas sometidas a acciones dinámicas lmáx = 175. Para columnas de pórticos dimensionados por métodos plásticos, cuando se prevea la formación de rotulas plásticas bajo la acción de cargas que agotan la estructura lmáx = 150; En puentes lmáx = 150. 2.7.5.5 Arrostramiento de barras comprimidas Si se desea que la longitud de pandeo de una pieza sea una parte o fracción de la misma, con extremos articulados, ha de asegurarse la inamovilidad de esos puntos. Para ello, deberán disponerse, muros, forjados o arrostramientos adecuados. Para el cálculo de los arrostramientos, puede tomarse como valor de la fuerza de retención una centésima parte de la carga total de compresión P* F = ± . 100
  41. 41. 40 2.8 SOLDADURA 2.8.1 Uniones Soldadas Podemos definir soldadura al proceso mediante el cual, unimos dos o más piezas metálicas de composición similar aplicando gran cantidad de calor, con la aplicación de presión o sin ella y con adición de metal, aleación fundida a sin ella, de tal manera que se cree una unión intima entre las piezas a unir. Su principal ventaja es la estanqueidad de la unión, la resistencia mecánica, la resistencia anticorrosiva y la disminución de peso con relación a otros medios de unión. 2.8.2 Soldadura por arco eléctrico Este procedimiento consiste en unir mediante la producción de calor generado por un arco eléctrico, dos piezas metálicas de características mecánicas y metalúrgicas similares, utilizando material de aporte (electrodo) que al fundirse con el material base, forman una aleación (cordón)que mantiene unida a las piezas. El arco eléctrico que se forma entre el extremo del electrodo y el material base, alcanza temperaturas superiores a los 3.500°C, con lo cual se logra fundir el metal rápidamente en áreas muy pequeñas. figura II.3
  42. 42. 41 Electrod o Metal base Gases Arco eléctrico Metal fundido Figura II.3. Soldadura por Arco Eléctrico. Cordó nn Tierra 2.8.3 Los Electrodos Pinza A la soldadora Los electrodos son unas varillas metálicas que se utilizan para soldar, pueden ser desnudos cuando no tienen recubrimiento y revestidas cuando cuentan con recubrimiento. 2.8.3.1 El revestimiento Es una pasta a base de celulosa que contiene partículas metálicas idénticas a las de aquellas, se producen por extrusión y deben ser de metal análogo a los materiales que hay que soldar. Los electrodos revestidos son los que se utilizan generalmente en construcciones metálicas. El revestimiento se funde al generarse el arco produciendo gases que protegen a la soldadura del oxígeno y nitrógeno de la atmósfera. 2.8.4 Posiciones y tipos de juntas La figura VII y VIII nos muestra las posiciones básicas que se emplean en el proceso de soldadura y los diferentes tipos de juntas, estas son;
  43. 43. 42 Posiciones: - Plana. (P) - Vertical. (V) - Horizontal. (H) - Sobre cabeza o techo. (S.C.)(T) ASCENDENTE DESCENDENTE VERTICA L Figura II.4. Posiciones y tipos de juntas. PLAN A 2.9 PERNOS Y UNIONES APERNADAS 2.9.1 Generalidades Este tipo de unión permite el armado y desarmado de una estructura o grupo de maquinaria tantas veces como se quiera (unión desmontable). Las uniones apenadas, presentan sobre los demás tipos de unión entre, otras las siguientes ventajas: - Facilidad de montaje y desmontaje. - Gran capacidad portante. - Gran variedad de existencia en el mercado. HORIZONT AL SOBRE CABEZA
  44. 44. 43 - Facilidad de uso. - Menor costo. - Uso en cualquier clima Sin embargo, también presentan desventajas como son: - Gran cantidad de concentradores de esfuerzos. - Menor capacidad para absorber esfuerzos de fatiga. - Insuficiencias en el apriete, poden originar fallas en las uniones. - No garantizan uniones rígidas. 2.9.2 Tornillos y Pernos Estos términos se refieren a elementos de uniones desmontables, están constituidos por una cabeza y un vástago que puede ser roscado totalmente o no. Suele darse el término de tornillo al elemento roscado que une dos piezas creando una rosca en el momento del atornillado y perno, al elemento roscado que une dos piezas mediante el apriete con una tuerca. Los pernos ordinarios se fabrican de acero de bajo contenido de carbono. Los pernos de calidad se fabrican con aceros aleados e inoxidables. Si las condiciones de montaje requieren características especiales tanto de peso como de tamaño, se utilizan pernos a partir de aleaciones de Berilio y Titanio. 2.9.3 Roscas Las roscas pueden ser cilíndricas o cónicas dependiendo de la superficie donde se encuentren. Se pueden cortan en la superficie interior o exterior y de acuerdo al sentido de rotación de la hélice a dextrorsum (derecha) o sinextrorsum (izquierda). Según el contorno del perfil de la rosca, se distinguen los siguientes tipos: triangular, trapezoidal, cuadrada, de sierra y redonda. En la actualidad existen infinidad de roscas normalizadas, las más utilizadas son las siguientes:
  45. 45. 44 - UNC (bastas). Se utilizan para uso general y donde se requiera el armado y desarmado frecuente. No son recomendables cuando la unión este sometidas a vibraciones o trepidaciones. - UNF (finas). Se utilizan principalmente como elementos de unión de maquinarias donde las vibraciones y trepidaciones tiene un papel importante. No son recomendables para unir materiales frágiles. - UNEF (extrafinas). Su uso debe implementarse cuando las vibraciones y trepidaciones son muy severas. Para unir paredes delgadas y cuando se necesite un ajuste muy fino. - 8, 10, 12... UN. Se utilizan principalmente para unir tuberías de alta presión y para obtener juntas herméticas. Su montaje requiere del uso de llaves de impacto. 2.9.4 Consideraciones A Tomar En Las Uniones Apernadas Durante el diseño y la construcción de uniones apenadas deben tomarse en consideración varios aspectos los cuales, nos garantizaran que las mismas sean estables, y que su capacidad resistiva no se vea afectada por defectos, imprecisiones y consideraciones erróneas; a continuación las que consideramos más importantes: 1.- Debe conocerse el valor real de las cargas actuantes. Cuando se desconozcan exactamente o se suponga que sufrirán incrementos durante el servio, es necesario disminuir los esfuerzos admisibles. 2.- Evitar la excentricidad en los apoyos, ya que se producen esfuerzos adicionales de flexión. Aquellas deben corregirse utilizando arandelas esféricas. 3.- Eliminar en lo posible, la perdida de tensión inicial por efectos de dilatación térmica o por deformación plástica, ya sean de los tornillos o de los elementos que componen la junta. Aunque no exista un método seguro, se recomienda sustituir la tuerca o su asiento, por un platillo de resorte que se comprima bajo una fuerza equivalente al 60% del límite de fluencia del tornillo. Debe evitarse el uso de arandelas planas, de resorte etc. Ya que actúan desfavorablemente.
  46. 46. 45 4.- Cuando existan cargas alternativas que produzcan esfuerzos de fatiga de percusión adicionales, es necesario utilizar una tensión de apriete adecuada, con tornillos extensibles (de cuello o de caña perforada) o con tuercas de tracción. 5.- La tendencia a aflojarse cuando existan trepidaciones debe eliminarse utilizando cierres de seguridad. 6.- La corrosión química y electrolítica deben prevenirse revistiendo la unión con pinturas anticorrosivas o utilizando pernos y tuercas, de acero inoxidable, cadmiados, galvanizados etc. Nitrurando perno y tuerca se evita que la corrosión llegue a soldarlos. 7.- La apretadura mediante llaves dinamométricas (torquímetros), debe efectuarla un operario capacitado, en particular cuando se aprieten pernos de diámetro pequeño ya que un exceso de apretadura puede seccionarlos. 2.9.5 Selección De Pernos Los pernos utilizados en construcciones metálicas son: ordinarios, calibrados y de alta resistencia. 2.9.5.1 Pernos Ordinarios Los pernos o tornillos ordinarios se designan con la letra ¨T¨, el diámetro del vástago ¨d¨, su longitud ¨l¨ y la clase de acero (Fig.III.8). La suma de los espesores de las piezas a unir que puede utilizarse para cada perno en función de la longitud de su vástago, nos da la longitud limite de apretadura. Estos valores sirven tanto para los ordinarios como los calibrados y se
  47. 47. 46 obtienen de la tabla V.4 Los tornillos ordinarios se emplean con aceros A-37y A-42. No se permite su uso para aceros A-52. La calidad de acero con la que se fabrican los pernos ordinarios se recoge en la tabla II.2 x da d d 1 b z Figura II.5. Tornillo Ordinario. c k l Tabla II.2Características De Los Tornillos Ordinarios VASTAGO 30º TORNILLO d (mm) d1 (mm) b (mm) Area neta núcleo An cm2 Area resistente Ar cm2 Æ agujero (mm) T-10 10 8,16 17,5 0,52 0,58 11 T-12 12 9,853 19,5 0,76 0,84 13 T-16 16 13,546 23 1,44 1,57 17 T-20 20 16,933 25 2,25 2,75 21 (T-22)* 22 19,933 28 2,82 3,03 23 T-24 24 20,319 29,5 3,24 3,53 25 (T-27)* 27 23,319 32,5 4,27 4,56 28 T-30 30 25,706 35 5,19 5,61 31 (T-33)* 33 28,706 38 6,47 6,94 34 T-36 36 31,093 40 7,59 8,17 37 * Se recomienda no usar los tornillos indicados entre paréntesis. s e
  48. 48. 47 Tabla II.3Tipos De Acero Para Pernos Ordinarios CLASES DE TORNILLOS Y TUERCAS Tipo de acero de la unión Tipo de acero del tornillo Resistencia a la tracción Kg/mm2 Limite de fluencia mínimo Kg/mm2 Alargamien to de rotura mínimo % Ordinarios A-37 A-42 A4t A4t 34 a 35 34 a 35 21 21 25 25 2.9.5.2 Pernos Calibrados 60º da d d 1 c x b z Figura II.6. Tornillo Calibrado. 30º k l s e Los pernos calibrados se designan por la sigla ¨TC¨ y tienen la forma indicada en la figura II.6. Su diámetro coincide con el diámetro del hueco. Este tipo de perno se puede utilizar con aceros A-37 y A-42. Cuando se fabrican con acero A5t se pueden utilizar para unir piezas de acero A-52.
  49. 49. 48 Los esfuerzos admisibles para cada uno de ellos, ordinarios y calibrados, y según el tipo de solicitación se indican en la tabla II.4. Tabla II.4 Esfuerzos Admisibles Para Tornillos A 307 Y A 325 Esfuerzo Cortante ASTM A 307 ASTM A 325 tadm = 700 Kg/cm2 tadm = 1.050 Kg/cm2 Tracción pura ASTM A 307 ASTM A 325 sadm = 980 Kg/cm2 sadm = 2.800 Kg/cm2 Tracción y Corte ASTM A 307 ASTM A 325 sadm = 1.400 - 1,6tadm £ 980 Kg/cm2 sadm = 3.500 - 1,6tadm £ 2.800 Kg/cm2 Aplastamiento sadm = 1,35 sf 2.10 Tuercas y Arandelas Las tuercas se emplean indistintamente para los pernos ordinarios y calibrados. Las arandelas negras se recomiendan para los tornillos ordinarios y las pulidas para los calibrados. 2.11 Calculo De Pernos Y Tornillos Ordinarios Y Calibrados 2.11.1 Pernos Sometidos A Tracción Simple * = £ (2.24) s P 0,8 s tt Ar Siendo: T A4t st = 2.400 Kg./cm2 T A5t st = 3.000 Kg./cm2 Ar = Área resistente del tornillo
  50. 50. 49 2.11.2 Pernos Sometidos A Cortadura El diseño de pernos y tornillos a cortadura debe realizarse en función de la rotura, puesto que en el estado elástico es muy difícil determinar las tensiones que se producen. En la figura. III.6 se representa una unión simple y una unión doble sometidas a cortadura. El cálculo basándose en la hipótesis de que todos los pernos de la costura absorban la misma fuerza, debe efectuarse sin que rebase el esfuerzo ponderado que ha de resistir el perno, la solicitación de agotamiento. La fuerza límite de corte T se determina mediante las expresiones: (1/4) p d2tu Cortadura simple (2.25) (1/2) p d2tu Cortadura doble (2.26) Donde: d = diámetro del vástago tu = K st K = 0,80 para tornillos calibrados. 0,65 para tornillos ordinarios. st = 2.400 Kg/cm2 tornillos ordinarios. 3.000 Kg/cm2 tornillos calibrados. La carga de agotamiento a cortadura viene definida por: Tu = K . st . m . A (2.27) Siendo: m = número de secciones transversales que resisten en conjunto el esfuerzo cortante (m = 1 cortadura simple, m = 2 cortadura doble). A = Superficie de la sección de cálculo (vástago).
  51. 51. 50 La forma conveniente es utilizando tres planchas tal y como se presenta en la figura II.7 P/ 2 P/ 2 Figura II.7. Pernos Sometidos A Cortadura. Otro aspecto a considerarse, es la falla producida por el aplastamiento de las paredes de las planchas contra el vástago del perno. La capacidad resistiva de la unión depende de la distancia existente entre el agujero y el borde libre de la placa medida en dirección de la fuerza. La carga de agotamiento de un perfil solicitado a aplastamiento por un perno queda definida según la Norma NBE EA-95 por: Pa = K . sf . A (2.28) Donde: K = 2 tornillos ordinarios 2,5 tornillos calibrados 3 tornillos de alta resistencia. sf = Tensión de fluencia minorada de material de las estructuras. Para los aceros A-37, A-42 y A-52 el coeficiente de minoración es 1 A = Sección propensa al aplastamiento. A = tmin .d tmin = Es el menor valor entre t3 y t1+t2 d = Diámetro del vástago en tornillos ordinarios y calibrados. La capacidad de un perno a aplastamiento, está definida por: d . e .sl (2.29) P P e P t1 t3 t2
  52. 52. 51 siendo sl la tensión de agotamiento de un perfil solicitado a aplastamiento contra el vástago de un perno, e es el espesor de la placa. Estos valores para cada tipo de tornillos se encuentran en la Tabla II.6 Tabla II.6 Tensiones De Agotamiento Por Aplastamiento sl Kg/cm2 ELEMENTOS DE UNIÓN A-37 A-42 A-52 Tornillos ordinarios 3.840 4.160 5.760 Tornillos calibrados 4.800 5.200 7.200 Tornillos Grado 8.8 - - 6.800 2.11.3 Pernos Sometidos a Tracción y Corte Simultáneamente Si un perno va a estar sometido a ambos esfuerzos, además de comprobarse las ecuaciones anteriormente expuestas, en el vástago se ha de verificar que: sco = (s*2 + 3 t*2)1/2 £ st (2.30) Siendo: st = Resistencia de cálculo de los pernos definidas en la Tabla V.2 s* = Tensión normal ponderada debida a la tracción. Se obtiene dividiendo dicha fuerza entre la sección del vástago. t* = Tensión tangencial ponderada originada por la fuerza cortante. 2.12 Unión Resistente A Flexión En primer lugar, debe determinarse la posición de la línea neutra siempre y cuando esté definido en ancho ¨b¨. La relación que permite obtenerla es.
  53. 53. 52 A b c = 1 c (2.31) A Siendo: n s a = Es decir, el ancho de la superficie equivalente de la sección A de los pernos supuesta uniforme y ¨n¨ el número de columnas paralelas de pernos. En la mayoría de los casos prácticos, la relación (c1/c) varía entre 1/4 y 1/8 y como la ecuación V.10 es una aproximación, no es necesario calcular ese valor. Frecuentemente asume un valor de 1/6. Por tanto, la línea neutra se encuentra a una distancia h/7 del extremo a compresión de la conexión. El esfuerzo máximo sobre el perno más alejado de la línea neutra es: a s n M c I N . . *. * = (2.32) Figura II.8. Unión Resistente a Flexión. La tensión máxima de compresión en la placa es: a Q M* h b s b C h/ C1 7 L.N . st sc
  54. 54. 53 s = M *. c 1 I cc El momento de inercia vale: . 3 1 a c b c . 3 3 I = + 3 El esfuerzo constante se obtiene dividiendo la reacción entre el área total de los pernos de la junta = * t * (2.33) Q S An El esfuerzo total se obtiene aplicando la ecuación 3.31 Para que esta unión sea eficazmente resistente a tracción, no basta con que los pernos soportes esos esfuerzos, si no que es necesario rigidizar a los elementos unidos, o que estos sean lo suficientemente rígidos como para considerarlos indeformables. 2.13 Unión Sometida a Cargas Excéntricas Este tipo de conexión se utiliza generalmente para unir piezas que van a soportar cargas pequeñas, ya que las cargas producen exclusivamente esfuerzos cortantes sobre los pernos (Fig. V.8). La carga a través de la reacción, produce sobre el grupo de pernos, un esfuerzo cortante que se reparte de manera equitativa sobre cada uno de ellos en función de su área, (los pernos tienden a ser del mismo diámetro). La fuerza actuante sobre cada perno valdrá: = * 1 (2.34) A V V * S
  55. 55. 54 Como se considera que la unión es absolutamente rígida, las cargas generarán momentos, los cuales actuarán sobre los pernos produciendo esfuerzos cortantes. La fuerza actuante sobre cada uno de los pernos producto de la acción del momento, es función de la distancia existente desde el centróide ¨o ¨ hasta el centro de cada perno. r4 V1 D q Figura II.9. Pernos sometidos a cargas excéntricas. La relación entre el momento y las cargas producidas por este es: M* =V 2A * .r1 + V 2B * .r 2 + V 2C * .r 3 + V 2D * .r 4 + ... (2.35) y además por lo expuesto en el párrafo anterior ... * * * * V A V B V C V D 2 = 2 = 2 = 2 = r 1 r 2 r 3 r 4 (2.36) VA * d P* r1 r r2 3 * V2 * A C B q o o V* M*
  56. 56. 55 La carga actuante sobre cada perno, se obtiene relacionando las ecuaciones 2.35 y 2.36, y equivale a la relación existente entre el momento actuante por la distancia radial del perno considerado, entre la suma de las restantes distancias radiales al cuadrado, esto es: ri *. = r r r r 2 2 2 2 ... * 1 + 2 + 3 + 4 + i M V (2.37) La fuerza total actuante sobre cada uno de los pernos es el producto vectorial de cada fuerza, es decir: * = (V1 VA *2 + V2 *2 +2 . V1 * . V2 * COSq)1/2 (2.38) El esfuerzo cortante sobre cada perno se obtiene aplicando la ecuación 35 2.14 Separaciones Y Distancias Entre Pernos Se denomina paso (s) a la distancia entre centros de dos pernos consecutivos de una misma fila (Fig. II.10). Figura II.10. Pernos sometidos a cargas excéntricas. e2 e1 s s s P*
  57. 57. 56 2.14.1 Valores Límites Del Paso Tabla II.7. Valores Límite de Paso. Valor Mínimo s ³ 3,5 da Valor Máximo, en general s £ 15 t ó 8 da (el menor de ellos). Valor Máximo, En uniones de acoplamiento de barras a tracción s £ 25 t ó 15 da (el menor de ellos). 2.14.2 Valores Límites A Los Bordes Tabla II.8. Valores Límite a los Bordes. Valor Mínimo al borde frontal e1 = ³ 2 da Valor Mínimo al borde lateral e2 = ³ 1,5 da Valor Máximo, a cualquier borde s £ 6 t ó 3 da (el menor de ellos). 2.15 Sistema de Hipótesis o preguntas de investigación 2.15.1 Hipótesis 2.15.1.1 Definición conceptual La carencia de medios presentado en el sistema de desempolvado en el momento para la sostén, albergue, vinculación y fijación e instalación de la red de ductería de este. Es la ausencia de elementos requeridos en el sistema de desempolvado para la sostén, albergue, vinculación y fijación e instalación de la red de ductería de este.
  58. 58. 57 La necesidad de un diseño apropiado para garantizar para el sostén, albergue, vinculación y fijación e instalación de la red de ductería del sistema de desempolvado. 2.15.1.2 Definición operacional La carencia de elementos presentada en el equipo en el momento de su instalación y fijación. El equipo no presenta los elementos requeridos para su instalación y fijación
  59. 59. 58 CAPITULO III MARCO METODOLOGICO 3.1 Tipo de Investigación La presente investigación es de tipo Proyectiva, ya que intenta proponer soluciones a una situación determinada. Dentro del desarrollo de este proyecto se estudió una propuesta para dar solución al problema de fijación, vinculación y sostén presentado en la ductería del sistema de desempolvado para el nuevo Silo de HRD de 5500T PH 108- V, la Torre de Transferencia J-2, y los silos de Pellas148-F, 149-F1/2/3. Esta propuesta es el diseño de una serie de soportes y estructuras puentes que ha sido ampliamente descrito en el marco teórico. 3.2 Diseño de la Investigación El diseño de la investigación es tanto de campo como documental. De campo debido a que parte de la investigación e inspección se llevo a cabo en donde se encuentra las instalaciones y las ducterías del equipo, es decir, en Planta HYL Área de Sistema de Manejo de Materiales, Sidor C.A; y documental ya que se recolectaron información bibliográfica y electrónica de las estructuras e instalaciones en cuestión para conocimiento de estos y la determinación de el sitio y puntos de aplicación del diseño propuesto.
  60. 60. 59 3.3 Población y Muestra La población del trabajo de investigación está constituida por la ductería del sistema de desempolvado para el nuevo Silo de HRD de 5500T PH 108-V, la Torre de Transferencia J- 2, y los silos de Pellas 148-F, 149-F1/2/3, el cual esta muestra no aplica ya que la población es finita. 3.4 Técnicas y/o Instrumentos de Recolección de Datos La técnica de recolección de datos de la investigación es la observación directa y participante ya que los datos sobre el problema presentado son obtenidos principalmente en el lugar de funcionamiento del equipo, por medio de la observación y a través de los datos suministrados por el personal que labora en las instalaciones circundantes. 3.5 Procedimiento de Recolección de Datos La recolección de datos sobre las situación problemática que presenta la instalación de la ductería del sistema de desempolvado ya mencionado, fue realizada por medio de una observación visual del sitio y las estructuras donde ha de instalarse. Previa y posteriormente se obtuvo información técnica de los silos y torre de transferencia, tanto de sus respectivas especificaciones, funcionamiento así como de su contorno en el cual esta ubicado, por parte del personal técnico de la empresa Sidor C.A, mediante esto, se recolectó todo lo necesario para desarrollar una serie de diseños como propuesta para la solución del problema planteado.
  61. 61. 60 3.6 Tabulación y Análisis de Datos 3.6.1 Definición De Las Ducterías Para Sistema De Desempolvado De Nuevo Silo de HRD 5500T PH 108-V, Torre De Transferencia J-2 y Silos De Pellas 148-F, 149- F1/2/3. Extensión de ductos divididos por tramos, el cual se ramifica desde los puntos de absorción de polvo correspondientes al silo de HRD PH 108-V, Torre De Transferencia J-2 y Silos De Pellas 148-F, 149-F1/2/3, hasta los dos lavadores de polvos del sistema de desempolvado. 3.6.1.1 Datos de la Ductería Tabla III.1. Datos de la Ductería Espesor de Ductos 6mm Diámetros de Ductos 968mm; 914mm; 824.8mm; 774mm; 723.2mm; 672mm; 621.4mm; 570.8mm; 368mm; 355.6mm; 353.8mm; 273.05mm; 219.1mm Longitud de la Ductería 400.000mm Peso Total de la Ductería 120.000Kg 3.7 Cálculos de Esfuerzos: Los cálculos realizados a continuación son aplicados a los soportes que poseen esta configuración, es decir, consisten en una viga principal que sobre ella posee una “cuna”, el cual descansa el ducto en cuestión, esta reforzado por un pie de amigo, y se vinculan a la estructura existente por medio de una placa base. Estos soportes ha de instalarse tanto en la ducteria del Silo PH-108V como en los de la Torre de Transferencia J2, así como en las estructuras de los Silos de Pellas 148-F y 149-F1/2/3; tomando a mostrar el soporte designado soporte horizontal A, para Silo de Pellas 148-F y 149-F1/2/3:
  62. 62. 61 Placa base pie de amigo placa soporte viga principal Figura III.1. Soporte Horizontal A para Silo de Pellas F 8573.10kg 1 = ; P kg A = 134.33 ; = 10 SOP N Donde; : 1 F es la fuerza ejercida sobre los soportes de la sección horizontal de los ductos de los silos de pellas; ; A P es el peso propio del soporte; ; SOP N es el número de soporte a calcular en esta área. Sustituyendo: 8573.10 = 1 + = + = F A P F kg F N SOP 134.33 991.64 10
  63. 63. 62 Condiciones de equilibrio: Diagrama de cuerpo libre: Y F X 270 Ra Fy = 0 Ra - 991.64kg = 0 Ra - 991.64kg = 0Ra = 991.64kg La distancia del eje de acción de fuerza sobre la viga principal se obtiene de restar la distancia comprendida desde el eje de acción de fuerza y en donde se ubica el pie de amigo: L = 1085mm - 815mm = 270mm = 27cm = 0.27m (( ) ( )) - ´ = Ma = 0 27 991.64 0 = Ma cm kg 26774.28 . Ma kg cm Seleccionamos un perfil: Tabla III.2. Perfil HEB-160 Peso P = 42.60kg /m Inercia Sobre el Eje X I 2490cm4 x = Modulo Resistente W 311cm3 x = Area A = 54.3cm2
  64. 64. 63 La expresión que permite comprobar si la sección de un perfil para la viga principal cumple con los requerimientos exigidos a flexión es la siguiente: f 2500kg / cm2 ADM s = 86.09 / 2 26774.28 sf = a = 311 kg cm M Wx f ³ f 2500 86.09 ADM s s Calculamos el Factor de Seguridad N 29.04 s 2500 = = = 86.09 f f N ADM s N = 29.04; es aceptable Calculo de flecha: Considerando la viga como libre, la flecha máxima admisible (fadm) será L/300, es decir, fadm = L/300 = 27cm/300 = 0.09cm La ecuación que nos permite obtener el valor de la flecha para este tipo de vigas es: FL I E f x 3 3 = Numéricamente: ( ) cm 991.64 x 27 f 0.00124 3 x 2490 x 2.1 x 10 6 3 = = f = 0.00124cm 0.09cm; es aceptable
  65. 65. 64 3.7.1 Esfuerzo de Base Superior: (Soportes Colgantes Externos/Internos niveles +35572 y +8570) Fuerza Total aplicada a la Base: Fuerza Aplicada a la base: F 565.0kg 1 = ; Peso Propio de la Base: P = 15.06kg + 1 = = + F kg F P 565.0 15.06 F 290.03 2 2 = F s = Donde: Esfuerzo Normal: N A N F= A la fuerza total aplicada a la base AN= Es el área transversal de la base, Sustituyendo: A (8cm) (1cm) 8cm2 N = ´ = kg cm N s = = 36.25 / 2 290.03 8
  66. 66. 65 Factor de Seguridad: = 2500 N = 68.96 ; es aceptable. 36.25 Esfuerzo Cortante: F t = ; Donde: C A AC= Es el área longitudinal de cada Placa, Sustituyendo: A (8cm) (1cm) 8cm2 C = ´ = t = = g cm 36.25 / 2 290.03 8 Factor de Seguridad: = 2500 N = 68.96 ; es aceptable. 36.25 3.7.2 Esfuerzo en la Banda de Cierre/Anillos de Retención: Los cálculos realizados a continuación son aplicados a los soportes que poseen esta configuración, es decir, consisten en una banda doblada en forma semi-circular, el cual dentro de esta descansa el ducto, esta unido al cuerpo del soporte por medio de pernos, y se vinculan a la estructura existente por medio de una placa base. tanto para los que han de instalase en la ducteria del Silo PH-108V como en los de la Torre de Transferencia J2, así
  67. 67. 66 como en las estructuras de los Silos de Pellas 148-F y 149-F1/2/3; tomando a mostrar el soporte designado soporte horizontal F, para Silo de Pellas 148-F y 149-F1/2/3: Figura III.2. Soporte Horizontal F para Silo de Pellas Placa base pie de amigo viga principal placa soporte banda Fuerza aplicada a cada lado de la banda: Condiciones de equilibrio: Diagrama de cuerpo libre: Y PA X 1520 2F
  68. 68. 67 Fy = 0 2 0 F P = A P A 2 F - = Donde; F= A la fuerza aplicada a cada lado de la banda; ; A P es el peso total aplicado a la banda del soporte. Sustituyendo: 1071.12 = = ; P kg A = 1071.12 F 535.56kg 2 Esfuerzo Normal: F s = Donde: N A N AN= Es el área transversal de la banda, Sustituyendo: A (150 10) (2 (21 10)) 1080mm2 10.8cm2 N = ´ - ´ ´ = = kg cm N s = = 49.59 / 2 535.56 10.8 2500 N = = kg cm Factor de Seguridad: 50.41 / 2 49.59 Esfuerzo Cortante: F t = ; Donde: C A AC= Es el área longitudinal de la banda, Sustituyendo: A (49.5 10) 495mm2 4.95cm2 C = ´ = =
  69. 69. 68 t = = kg cm 108.19 / 2 535.56 49.5 2500 N = = es aceptable Factor de Seguridad: 23.11 108.19 3.7.3 Esfuerzo en las Placas Soportes: Los cálculos realizados a continuación son aplicados a los soportes que poseen esta configuración, tanto para los que han de instalase en la ductería del Silo PH-108V como en los de la Torre de Transferencia J2, y en las estructuras de los Silos de Pellas 148-F y 149- F1/2/3; tomando a mostrar el soporte designado soporte Horizontal F, para los Silo de Pellas 148-F y 149-F1/2/3: Fuerza aplicada a cada Placa: 1063.9 = = F 535.56kg 2 Esfuerzo Normal: F s = Donde: N A N F= A la fuerza aplicada a cada Placa AN= Es el área transversal de cada Placa Sustituyendo: A (150 20) (2 (21 20)) 2160mm2 21.6cm2 N = ´ - ´ ´ = = kg cm N s = = 24.79 / 2 535.56 21.60
  70. 70. 69 2500 N = = kg cm Factor de Seguridad: 100.83 / 2 24.79 Esfuerzo Cortante: F t = ; Donde: C A AC= Es el área longitudinal de cada Placa Sustituyendo: A (39.5 20) 790mm2 7.9cm2 C = ´ = = t = = kg cm 67.79 / 2 535.56 7.9 2500 N = = kg cm es aceptable Factor de Seguridad: 36.88 / 2 67.79 3.7.4 Tensión en el Refuerzo: (Soporte F, Nivel+10980) La tensión producida en el refuerzo del Soporte F, es debido a la fuerza axial que actúa sobre su línea de acción de fuerza, por lo tanto esta genera un esfuerzo Normal y se obtiene: F N s = ; A Donde: F= A la fuerza aplicada sobre el Refuerzo, A= Es el área del perfil utilizado como Refuerzo (HEB-100)
  71. 71. 70 Sustituyendo: kg cm N s = = 41.20 / 2 1071.12 26 2500 N = = es aceptable Factor de Seguridad: 61.68 41.20 3.7.5 Calculo de pandeo sobre pie de amigo: Los cálculos realizados a continuación son aplicados a los soportes que poseen esta configuración, tanto para los que han de instalase en la ductería del Silo PH-108V como en los de la Torre de Transferencia J2, así como en las estructuras de los Silos de Pellas 148-F y 149-F1,2/3; tomando a mostrar el soporte designado soporte horizontal A, para Silo de Pellas 148-F y 149-F1,2/3: Al encontrarse la viga doblemente empotrada, la longitud de pandeo será: Lp = Lx0.5; donde la Longitud de la viga = L=1039mm L ( mm) mm cm P = 0.5´ 1039 = 519.5 = 51.95 Tomemos un perfil HEB-100, A = 26 cm2, iy = 2,53 cm. La esbeltez valdrá: Lp l = = = 20.53 250 51.95 2,53 iy
  72. 72. 71 Con este valor de la esbeltez y para un acero A-37 en la tabla de valores (ver anexo 2), obtenemos el valor de w = 1.02. Aplicando la ecuación (22), se tiene que: * A P s ³ ×w f ; Donde: P = 991.64´COS(60°) = 465.82kg Sustituimos: 2500 ³ ´ 1.03 = 19.45 Kg / cm 2 2500 Kg / cm 2 Es aceptable 495.82 26 3.7.6 Calculo de pandeo en la Viga Base: (Soportes C y E) Los cálculos realizados a continuación son aplicados a los soportes que poseen esta configuración, es decir, consisten en una viga principal que sobre ella posee una “cuna”, el cual descansa el ducto en cuestión, esta reforzado por un pie de amigo, y se unen en una viga denominada “viga Base”, y se vincula a la estructura existente por medio de una placa base denominada “Placa Base Piso”. tanto para los que han de instalase en la ductería del Silo PH-108V como en los de la Torre de Transferencia J2, así como en las estructuras de los Silos de Pellas 148-F y 149-F1,2/3; tomando a mostrar el soporte designado soporte horizontal C, para Silo de Pellas 148-F y 149-F1,2/3: Para este soporte, se asume el peor de los casos, es decir, el soporte con mayores Dimensiones y, por ende, de mayor peso (Pos. 52)
  73. 73. 72 Figura III.3. Soporte Horizontal C para Silo de Pellas Viga base viga principal pie de amigo Placa base piso Al encontrarse la columna doblemente empotrada, la longitud de pandeo será: Lp = Lx0.5; donde la Longitud de la viga = L=1880.5mm L ( mm) mm cm P = 0.5´ 1880.5 = 940.025 = 94.03
  74. 74. 73 Tomemos un perfil HEB-100; Area: A = 26 cm2, Inercia sobre el Eje x iy = 2,53 cm. La esbeltez valdrá: Lp l = = = 37.16 250 94.03 2,53 iy Con este valor de la esbeltez y para un acero A-37 en la tabla de valores (ver anexo 2), obtenemos el valor de w = 1.06. Aplicando la ecuación (22), se tiene que: * A P s ³ ×w f ; Donde: P = 1050.84´COS(60°) = 525.42kg Sustituimos: 2500 ³ ´ 1.06 = 21.42 Kg / cm 2 2500 Kg / cm 2 Es aceptable 525.42 26 3.7.7 Tensión en la Barra de Retensión: Los cálculos realizados a continuación son aplicados a los soportes que poseen esta configuración, tanto para los que han de instalase en la ducteria del Silo PH-108V como en los de la Torre de Transferencia J2, así como en las estructuras de los Silos de Pellas 148-F y 149-F1/2/3; tomando a mostrar el soporte designado Soportes Colgantes Externos nivel +2600, para Silo de Pellas 148-F y 149-F1/2/3:
  75. 75. 74 Figura III.4. Soporte Colgantes Externo para Silo de Pellas Viga base pie de amigo viga principal barra roscada Anillos de retensión F Fuerza Total aplicada a la Barra (F): Fuerza aplicada a la Barra: F 2783.55kg 1 = ; Peso Propio del Soporte: P = 39.20kg ; = 7 SOP N 2783.55 = 1 + = + = P F kg F N F SOP 39.20 436.85 7
  76. 76. 75 Esfuerzo Normal: s = F ; N A N Donde: AN= Es el área transversal de la barra. Sustituyendo: = p ; 139.12 / 2 ( )2 2 2 3.14 A ´ = N 4 cm 436.85 kg cm N s = = 3.14 Factor de Seguridad: 2500 N = = 17.97 es aceptable 139.12 Esfuerzo Cortante: F t = C A Donde: AC= Es el área longitudinal de cada Placa, Sustituyendo: = p ; 139.12 / 2 ( )2 2 2 3.14 A ´ = C 4 cm 436.85 t = = g cm 3.14 Factor de Seguridad: 2500 N = = 17.97 es aceptable 139.12
  77. 77. 76 3.7.8 Tracción en la Barra Roscada: (Tomamos a mostrar los Soportes Colgantes Externos nivel +2600 Silo de Pellas 148-F y 149-F1/2/3) Fuerza total aplicada a la Barra: F 2783.55kg 1 = ; P = 39.20kg ; = 7 SOP N 2783.55 = 1 + = + = P F kg F N F SOP 39.20 436.85 7 Esfuerzo Normal: F s = N A r Donde: Ar= Es el área transversal de la rosca de la barra Sustituyendo: A 2.75cm2 r = 436.85 kg cm N s = = Esfuerzo Normal: 158.85 / 2 2.75 2500 N = = es aceptable Factor de Seguridad: 12.59 158.85
  78. 78. 77 3.7.9 Calculo de los Pernos: Los cálculos realizados a continuación son aplicados a los soportes que poseen esta configuración, tanto para los que han de instalase en la ductería del Silo PH-108V como en los de la Torre de Transferencia J2, así como en las estructuras de los Silos de Pellas 148-F y 149-F1,2/3; tomando a mostrar el soporte designado soporte horizontal F, para Silo de Pellas 148-F y 149-F1/2/3: La carga de agotamiento a cortadura viene definida por: T K m A u t = ´s ´ ´ Donde: m = número de secciones transversales que resisten en conjunto el esfuerzo cortante m = 1 por ser cortadura simple. A = Superficie de la sección del perno (3.14cm2) K= 0.65 tornillos Grado 8.8 st = 6.400 Kg/cm2 tornillos Grado 8.8 Se sustituye: T kg u = 0.65´ 6400´1´ 3.14 = 13062.4 Factor de Seguridad: 13062.4 N = = 48.78 es aceptable 267.78
  79. 79. 78 3.8 Calculo de soldadura: 3.8.1 Soldadura de la Placa Base (Placa Base, Placa Base Piso, Base, Apoyo): Los cálculos realizados a continuación son aplicados a los soportes que poseen esta configuración, tanto para los que han de instalase en la ductería del Silo PH-108V como en los de la Torre de Transferencia J2, así como en las estructuras de los Silos de Pellas 148-F y 149-F1/2/3; tomando a mostrar el soporte designado Soporte Horizontal A, para Silo de Pellas 148-F y 149-F1/2/3: Mediante el uso de la tabla AT de propiedades a la torsión de soldaduras de filete (anexo 1), podemos determinar la posición del C.D.G. y el valor del Momento de Inercia Ix. Tabla III.3. Posición del centro de gravedad C.D.G. b = 180mm d = 700mm x = 90mm = 9cm y = 350mm = 35cm = ( ) ( ) ( ) 4 . . . 9 ;35 C DG cm cm 3 3 113578.67 18 70 6 6 cm b d I x = + = + = Asumiremos la elección de un electrodo E7018, por ser el más común en fabricación industrial. Como se puede apreciar se produce un esfuerzo cortante t* debido a la reacción de F y un esfuerzo normal s debido al momento flector. Estos valores, se pueden obtener: 0.4( ) 0.4 (4014kg / cm2 ) 1605.6kg / cm2 ADM Y t = s = ´ =
  80. 80. 79 Donde el factor de seguridad N, debe ser: N 1.44; Para el electrodo E7018: Esfuerzo cortante: t = F = = 9.39 / 2 ; 991.64 105.6 kg cm A Momento: M = d ´ F(108.5cm)´ (991.64kg) = 107592.94kg.cm Esfuerzo de Fluencia: ( ) 33.16 / 2 113578.67 s = . = 107592.94 ´ 35 = kg cm M c I X Aplicando la ecuación 3.12 podemos obtener el valor del esfuerzo cortante máximo
  81. 81. ADM t t s £t = + 2 1/ 2 2 max 2 2 33.16
  82. 82. = + ( ) 2 2 2 1/ 2 t = t s 2 +
  83. 83. max 19.05 / 2 9.39 2 = kg cm 19.05kg / cm2 1605.6kg / cm2 ; Se cumple El coeficiente de seguridad: t 1605.6 N ADM 84.27 ; es aceptable = = = t 19.05 max
  84. 84. 80 3.8.2 Soldadura de la Placa Soporte: (Aplicado al Soporte Horizontal F, para Silos de Pellas148-F, 149-F1/2/3) Mediante el uso de la tabla de propiedades a la torsión de soldaduras de filete (anexo 1), podemos determinar la posición del C.D.G. y el valor del Momento de Inercia Ix. Tabla III.4. Posición del centro de gravedad C.D.G. b = 20mm d = 150mm x = 10mm = 1cm y = 15mm = 1.5cm ( ) = . . . 1 ;1.5 C DG cm cm ( ) 3 ( ) 3 4 818.83 2 15 6 6 cm b d I x = + = + = Asumiremos la elección de un electrodo E7018, por ser el mas común en fabricación industrial. Como se puede apreciar se produce un esfuerzo cortante t* debido a la reacción de F y un esfuerzo normal s debido al momento flector. Estos valores, se pueden obtener: 0.4( ) 0.4 (4014kg / cm2 ) 1605.6kg / cm2 ADM Y t = s = ´ = Se debe cumplir que el factor de seguridad N: N 1.44; Para electrodo E7018, el esfuerzo cortante: F t = A Donde: F= A la fuerza aplicada a cada Placa, A= Es el área transversal de la soldadura

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