PROYECTO ESTRUCTURA CONDENSADORES FRIVAL 
Grupo 2: Modulo Estática V Semestre 
AUTORES: 
Guillermo Aedo G. 
Oscar Rojas S....
Grupo 2 | 1 
Proyecto de estructura para condensadores Frival 
Contenido 
Introducción ......................................
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Proyecto de estructura para condensadores Frival 
11.4 Estimación del 휏푝푒푟푚푖푠푖푏푙푒 ..............................
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13.11.3 Desplazamiento: ......................................
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18.8 Nivel de importancia de los requerimientos: .............
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Introducción 
El Ingeniero Civil Mecánico debe poseer la ca...
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1 Antecedentes de la empresa Frival S.A 
Frival S.A situada...
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4 Justificación y descripción del proyecto 
La empresa cuen...
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Una vez definidas las propuestas de producto, se realiza un...
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7.3 Definición del producto 
Se da a conocer en qué consist...
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7.3.2 Identificación de los consumidores 
Se realiza un an...
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 Normativas de seguridad. 
 Fallas comunes. 
 Fuerzas a...
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7.3.3.5 Orden de las preguntas 
Una vez formuladas las pre...
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Departamento de prevención de riesgos: 
 Medidas de la es...
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Estas son una transcripción a la voz del ingeniero, de los...
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TABLA 2 NOMENCLATURA, GRADO Y RELACIÓN DEL FACTOR DE PONDE...
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ILUSTRACIÓN 5 IMPORTANCIA DE LAS ESPECIFICACIONES 
 Umbra...
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7.3.10 Q.F.D 
Luego de concluir los pasos anteriores, se r...
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7.4.1.2 Sub-funciones 
Se descompone la función global. Es...
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ILUSTRACIÓN 8 DESCOMPOSICIÓN EN SUS FUNCIONES 
7.4.1.3 Ref...
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Vigas: 
 Dan forma a la estructura soportando el peso de ...
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Pasamanos: 
 Otorgan seguridad. 
 Soportan el peso de lo...
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ILUSTRACIÓN 9 REFINAMIENTO SUB FUNCIONES
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Tabla final funciones y sub-funciones 
Partes 
Sub-función...
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Disminuyen la tensión generada en las vigas estructurales ...
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Escaleras 
Permiten el desplazamiento de los operarios des...
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Piso industrial Antideslizante. Evita la acumulación de ag...
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7.5 Generación de conceptos 
7.5.1 Métodos de generación d...
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7.5.3.1 Ordenar las sub-funciones que deben ser cumplidas ...
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Uniones: 
Enlazan los componentes estructurales. 
Mantiene...
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Pasamanos escalera: 
Otorgan seguridad. 
Evitan caídas des...
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Piso pasarela: 
Antideslizante. 
Evita la acumulación de a...
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7.5.3.2 Combinación de ideas para generar un concepto gene...
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Vigas diagonales 
 Otorgan refuerzo a las vigas estructur...
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Acceso 2 
 Permite el desplazamiento de los operarios des...
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Pasarela 
 Permite el desplazamiento de los operarios, de...
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Viga pasarela 
 Distribuye la energía de deformación de l...
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pasamanos con barras horizontales de contención, el piso d...
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La matriz de Pugh cuenta de 6 pasos los cuales son: 
1) Pr...
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7.6.4 Paso 4 porcentajes de importancia: 
Se le otorga un ...
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7.6.7 Resultados obtenidos 
Los resultados de la evaluació...
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7.6.8 Cálculo del promedio de las matrices Pugh 
Se calcul...
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Posteriormente se continúa con la etapa de evaluación, la ...
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8.1.2 Configuración de componentes 
La estructura que se d...
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8.1.4 Soldaduras 
Se utiliza soldadura al arco punto azul,...
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11 Memoria de cálculo 
Para la construcción de la memoria ...
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En este caso se utiliza un acero A240ES, este es el que se...
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Si no existen sobrecargas anticipadas o cargas de impacto ...
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Calculando el factor de seguridad: 퐹푆=(1.1)∗(1.1)∗(1.0)∗(1...
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 Índice de falla 
o El índice de falla es un valor, que p...
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Segundo análisis: 
Estructura 2 
Análisis 
Se diseña con p...
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Tercer análisis: 
Estructura 3 
Análisis 
Se diseña con pe...
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13 Análisis estático de la estructura 
El análisis estruct...
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13.1.2.1 Determinación de las fuerzas cortantes y momentos...
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13.1.2.1.3 Análisis viga (D E F) mediante el método de las...
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Diagrama general de reaccione...
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Diagrama general de reaccione...
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Al comparar ambos méto...
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El esfuerzo cortante, se calcula en la sección de la viga ...
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13.1.3.1 Cálculo de esfuerzos cortantes viga (A B C) media...
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  1. 1. PROYECTO ESTRUCTURA CONDENSADORES FRIVAL Grupo 2: Modulo Estática V Semestre AUTORES: Guillermo Aedo G. Oscar Rojas S. Juan Sepúlveda R. PROFESORES RESPONSABLES: Roberto Cárdenas Héctor Noriega F. Rolando Ríos R. Valdivia, Chile, 30 de junio de 2014
  2. 2. Grupo 2 | 1 Proyecto de estructura para condensadores Frival Contenido Introducción ............................................................................................................................................................ 5 1 Antecedentes de la empresa Frival S.A ........................................................................................................... 6 2 Definición del Problema .................................................................................................................................. 6 2.1 Problemática ........................................................................................................................................... 6 2.2 Problema ................................................................................................................................................. 6 3 Objetivos ......................................................................................................................................................... 6 3.1 Objetivo general ..................................................................................................................................... 6 3.2 Objetivos específicos .............................................................................................................................. 6 4 Justificación y descripción del proyecto .......................................................................................................... 7 5 Descripción del proyecto ................................................................................................................................. 7 6 Mano de obra .................................................................................................................................................. 7 7 Proceso de diseño ........................................................................................................................................... 7 7.1 Descubrimiento del producto ................................................................................................................. 7 7.2 Planificación del proyecto ....................................................................................................................... 8 7.3 Definición del producto .......................................................................................................................... 9 7.4 Análisis de las funciones y sub funciones del producto ........................................................................ 17 7.5 Generación de conceptos ..................................................................................................................... 27 7.6 Evaluación de conceptos ...................................................................................................................... 37 8 Generación del producto .............................................................................................................................. 41 8.1 Generación de la forma ........................................................................................................................ 42 9 Protección de la estructura ........................................................................................................................... 44 10 Lista de materiales ........................................................................................................................................ 44 11 Memoria de cálculo ....................................................................................................................................... 45 11.1 Elección del acero ................................................................................................................................. 45 11.2 Factor de seguridad .............................................................................................................................. 46 11.2.1 Estimación de factor de seguridad ............................................................................................... 46 11.2.2 Estimación de la contribución para el material ............................................................................ 46 11.2.3 Estimación de la contribución para el esfuerzo de carga ............................................................. 46 11.2.4 Estimación de la contribución de la geometría ............................................................................ 47 11.2.5 Estimación de la contribución para el análisis de fallas ............................................................... 47 11.2.6 Estimación de la contribución para la confiabilidad ..................................................................... 47 11.2.7 Presentación del factor de seguridad ........................................................................................... 47 11.3 Estimación del 휎푝푒푟푚푖푠푖푏푙푒 ................................................................................................................ 48
  3. 3. Grupo 2 | 2 Proyecto de estructura para condensadores Frival 11.4 Estimación del 휏푝푒푟푚푖푠푖푏푙푒 ................................................................................................................ 48 12 Evaluaciones del producto ............................................................................................................................ 48 13 Análisis estático de la estructura .................................................................................................................. 52 13.1.1 Determinación de la carga aplicada sobre la estructura .............................................................. 52 13.1.2 Determinación de las fuerzas cortantes y momentos flectores ................................................... 52 13.1.3 Cálculo de los esfuerzos cortantes y esfuerzos normales ............................................................ 65 13.2 Cálculo de esfuerzos cortantes y esfuerzos normales mediante Steiner ............................................. 73 13.2.1 Cálculo de inercia del perfil mediante Steiner ............................................................................. 75 13.2.2 Cálculo del Q de la pieza ............................................................................................................... 78 13.2.3 Cálculo de esfuerzos cortante viga (A B C) mediante Steiner ...................................................... 82 13.2.4 Cálculo de esfuerzos normal viga (A B C) mediante Steiner ......................................................... 83 13.2.5 Cálculo de esfuerzos cortante viga (D E F) mediante Steiner ....................................................... 84 13.2.6 Cálculo de esfuerzos normal viga (D E F) mediante Steiner ......................................................... 85 13.2.7 Cálculo de esfuerzos cortante viga (I J) mediante Steiner ............................................................ 86 13.2.8 Cálculo de esfuerzos normal viga (I J) mediante Steiner ............................................................. 87 13.3 Análisis de los pilares de la estructura mediante compresión ............................................................. 88 13.4 Análisis de los pilares de la estructura mediante pandeo .................................................................... 89 13.4.1 Cálculo de pandeo ........................................................................................................................ 92 13.5 Placas para la base de las columnas ..................................................................................................... 93 13.5.1 Cálculo de las placas para la bese de las columnas ...................................................................... 94 13.6 Selección perfil ...................................................................................................................................... 95 13.6.1 Análisis y seleccion perfil viga (A B C) ........................................................................................... 96 13.6.2 Análisis y seleccion perfil viga (D E F) ........................................................................................... 97 13.6.3 Análisis y seleccion perfil viga (I J) ................................................................................................ 98 13.7 Análisis pilares....................................................................................................................................... 99 13.8 Perfiles seleccionados mediante factor de seguridad: ....................................................................... 100 13.9 Análisis del desplazamiento transversal de la viga: ............................................................................ 100 13.9.1 Análisis desplazamiento viga (A B C) .......................................................................................... 101 13.9.2 Análisis desplazamiento viga (D E F) ........................................................................................... 102 13.9.3 Análisis desplazamiento viga (I J): .............................................................................................. 104 13.10 Perfiles seleccionados debido a los desplazamientos: ................................................................... 105 13.11 Simulación Creo .............................................................................................................................. 106 13.11.1 Von Misses .................................................................................................................................. 106 13.11.2 Índice de fallas ............................................................................................................................ 107
  4. 4. Grupo 2 | 3 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.11.3 Desplazamiento: ......................................................................................................................... 107 13.12 Comparación cálculo manual v/s simulación Creo ......................................................................... 108 14 Estructura final ............................................................................................................................................ 109 15 Cálculo de materiales .................................................................................................................................. 110 15.1 Cálculo de la soldadura a utilizar ........................................................................................................ 110 15.2 Cálculo pintura anticorrosiva .............................................................................................................. 112 16 Soporte del producto .................................................................................................................................. 112 16.1 Información al cliente ......................................................................................................................... 113 16.1.1 Cotizaciones ................................................................................................................................ 113 16.1.2 Planos ......................................................................................................................................... 113 16.1.3 Recomendaciones....................................................................................................................... 114 16.2 Recomendaciones soldadura .............................................................................................................. 114 16.3 Fijación estructura .............................................................................................................................. 115 17 Conclusiones: .............................................................................................................................................. 115 18 Anexos ......................................................................................................................................................... 117 18.1 Ishikawa .............................................................................................................................................. 117 18.2 Propuesta del producto ...................................................................................................................... 118 18.3 Análisis FODA y PRO-CON .................................................................................................................. 119 18.3.1 Análisis FODA .............................................................................................................................. 119 18.3.2 Análisis Pro-Con .......................................................................................................................... 120 18.4 Carta Gantt .......................................................................................................................................... 121 18.5 Identificación de tareas y objetivos .................................................................................................... 125 18.5.1 Descubrimiento del producto ..................................................................................................... 125 18.5.2 Planificación del producto .......................................................................................................... 126 18.5.3 Definición del producto .............................................................................................................. 127 18.5.4 Generación del diseño conceptual ............................................................................................. 128 18.5.5 Generación diseño conceptual ................................................................................................... 129 18.5.6 Desarrollo del producto .............................................................................................................. 130 18.5.7 Soporte del producto.................................................................................................................. 131 18.6 Imágenes de la estructura actual ........................................................................................................ 132 18.7 Encuesta .............................................................................................................................................. 133 18.7.1 Departamento de proyectos (Mario Paz): .................................................................................. 133 18.7.2 Departamento de mantención (Javier Cañas): ........................................................................... 134 18.7.3 Departamento de prevención de riesgos ................................................................................... 135
  5. 5. Grupo 2 | 4 Proyecto de estructura para condensadores Frival 18.8 Nivel de importancia de los requerimientos: ..................................................................................... 136 18.9 Identificación y evaluación del producto existente ............................................................................ 137 18.10 Restricciones espaciales ................................................................................................................. 138 18.11 Explicación estructura ..................................................................................................................... 139 18.12 Propiedades de la soldadura Punto Azul ........................................................................................ 141 18.13 Propiedades pintura anticorrosiva ................................................................................................. 142 18.14 Clasificacion de los hormigones respecto a su grado de compresion ............................................ 143 18.15 Propiedades hormigón H-30 ........................................................................................................... 144 18.16 Propiedades plancha acero Cintac .................................................................................................. 145 18.17 Cálculo metros lineales de soldadura ............................................................................................. 146 18.18 Cantidad de aporte según espesor ................................................................................................. 147 18.19 Regresión para el tipo de soldadura filete y bisel ........................................................................... 147 18.20 Certificación de electrodos ............................................................................................................. 151 18.21 Costo de consumibles ..................................................................................................................... 152 18.22 Cálculo de área y galones de pintura utilizados ............................................................................. 153 18.23 Cotizaciones .................................................................................................................................... 154 18.24 Anexo status ................................................................................................................................... 158 19 Bibliografía ................................................................................................................................................. 162
  6. 6. Grupo 2 | 5 Proyecto de estructura para condensadores Frival Introducción El Ingeniero Civil Mecánico debe poseer la capacidad de trabajar en equipo y desarrollar proyectos, para lograr este objetivo, desde el quinto semestre hasta el final de la carrera, el aprendizaje de los estudiantes de Ingeniería Civil Mecánica, se basa en la realización de proyectos, que simulen problemáticas del ámbito laboral, metodología conocida como PBL (Problem Based learning), la finalidad es diseñar un producto capaz de satisfacer los requerimientos del cliente y en el proceso adquirir las competencias antes mencionadas. El siguiente informe corresponde a un proyecto dirigido a la empresa Frival, éste responde a las necesidades de diseñar una nueva estructura, capaz de soportar tres condensadores, además de otorgar seguridad y comodidad a sus trabajadores en la mantención de éstos. El proyecto dispone para su realización de 75 días y es elaborado basándose en las buenas prácticas descritas en “The Mechanical Design Process” (Ullman, 2010), el cual orienta sobre la viabilidad de éste. Además se consideran, entre otros, la planificación, entendimiento y conceptualización, obteniendo un diseño conceptual. Para la obtención del diseño final, se debe analizar la estructura realizando cálculos manuales y simulaciones mediante el software Creo. A continuación, se explica cómo se desarrolla desde el descubrimiento del problema hasta el desarrollo del producto, con todos sus pasos, conocimientos y toma de decisiones requeridas en el proceso.
  7. 7. Grupo 2 | 6 Proyecto de estructura para condensadores Frival 1 Antecedentes de la empresa Frival S.A Frival S.A situada en la ciudad de Valdivia, en la avenida Balmaceda 8010, opera hace más de 54 años. Esta empresa procesadora de animales (principalmente bovinos), faena alrededor de 1500 toneladas de ganado mensualmente. La producción de la empresa tiene como destino el mercado nacional e internacional, ya que gran parte de su producción es exportada a países como México, Japón, entre otros. La empresa dispone de oficinas, despacho, empaque, línea de faena, sección de corrales, sala de maquinaria, calderas, aseo personal y un local de atención al cliente ubicado a un costado de la entrada principal de la fábrica. 2 Definición del Problema 2.1 Problemática La estructura sostenedora de los condensadores, se encuentra sobredimensionada, dañada por corrosión y mal ubicada en la planta, dado que a un costado se cargan los camiones de decomiso, los cuales pueden impactar a está, generando una detención en la línea de producción. Asimismo, la estructura no cuenta con pasarelas que permitan el desplazamiento de los operarios, cuando estos realizan las mantenciones de los condensadores, originando riesgo de accidentes. 2.2 Problema Para definir el problema, se emplea el método Ishikawa (Ishikawa, 1997, p. 76) , con el que se concluye que el problema es:  Estructura mal diseñada y ubicada en un lugar inapropiado (anexo Ishikawa 18.1). 3 Objetivos 3.1 Objetivo general Diseñar una estructura capaz de soportar tres condensadores, que otorgue seguridad y comodidad a los operarios en las labores de mantención. 3.2 Objetivos específicos  Analizar la situación actual de la estructura.  Confeccionar memoria de cálculo.  Confeccionar planos de manufactura y montaje de la estructura.  Diseñar una estructura con materiales que se encuentren en el mercado local.
  8. 8. Grupo 2 | 7 Proyecto de estructura para condensadores Frival 4 Justificación y descripción del proyecto La empresa cuenta con múltiples áreas de trabajo, una de estas es la conservación y almacenamiento, es por esto que requiere el uso de condensadores los que funcionan con amoníaco (NH3), que son parte de un gran sistema de refrigeración. En la actualidad Frival cuenta con una estructura que soporta tres condensadores, ésta se encuentra: en una ubicación inadecuada, no cuenta con medidas de seguridad, sobredimensionada y corroída. Por esta razón, la empresa requiere una nueva estructura. 5 Descripción del proyecto El proyecto está centrado en el diseño de una estructura capaz de soportar tres condensadores, la cual debe brindar libre acceso a estos. Este proyecto no resuelve temas como la ubicación, el funcionamiento de los condensadores o la instalación de tuberías para el funcionamiento de los mismos. 6 Mano de obra Fase de diseño: Tres estudiantes de Ingeniería Civil Mecánica que cursan V semestre, en la Universidad Austral de Chile. 7 Proceso de diseño En el proceso de planificación de todo proyecto existen fases que se deben cumplir. Estas se muestran en la Ilustración 1. Para cada fase, hay una serie de actividades que se deben llevar a cabo. La planificación del proyecto es una muy buena práctica, que consiste simplemente en formalizar el proceso, para que el producto sea desarrollado de una forma rentable, eficiente y en un tiempo óptimo (Ullman, 2010, p. 82). 7.1 Descubrimiento del producto El propósito es la familiarización con el proyecto designado, donde se establecen las necesidades del producto, existen fuentes primarias como: la tecnología, el mercado y el cambio del producto en el tiempo (Ullman, 2010, p. 85). Para la evaluación del proyecto se debe realizar 3 análisis: El primero es la realización de la propuesta del producto (Anexo Propuesta del producto 18.2), es necesario contar con una tabla en la que se plantea un resumen de la problemática, antecedente del problema, antecedente del proyecto, discusión del estado actual del mercado, competencias, capacidad de realización e información del propósito a concretar. La intención de esta tabla es la presentación del proyecto de una manera amigable al cliente (Ullman, 2010, p. 100). ILUSTRACIÓN 1 FASES DEL PROCESO DE DISEÑO (ULLMAN, 2010, P. 82).
  9. 9. Grupo 2 | 8 Proyecto de estructura para condensadores Frival Una vez definidas las propuestas de producto, se realiza un análisis de las competencias del equipo, el análisis se lleva a cabo mediante una tabla FODA (Ullman, 2010, pp. 101-105). Mediante ésta se da cuenta de las fortalezas y debilidades del equipo, se mejoran las carencias, se detectan amenazas y oportunidades, que se presentan en la realización del proyecto. Para el desarrollo del análisis FODA se realiza una tabla PRO-CON. Se analizan las tablas (Anexo análisis FODA y PRO-CON 18.3) donde se concluye que el equipo, posee mayor cantidad de habilidades a favor del proyecto, por lo que el desarrollo del mismo tiene altas posibilidades de ser realizado con éxito, además se aprecia que existen habilidades que son necesarias mejorar, como es el caso de la administración de los tiempos, conceptos físicos y afinidad entre los integrantes. 7.2 Planificación del proyecto 7.2.1 Elección del plan de proyecto Se debe decidir el plan a utilizar, se evalúan dos de los más simples: el método de Cascada y el de Espiral (Ullman, 2010, pp. 113-116). Se opta utilizar el método de Cascada, ya que permite en cada término de tarea reflexionar, analizar y discutir, si es adecuado y óptimo, se pasa a la siguiente fase, si la respuesta fuese negativa, la tarea debe ser refinada y arreglada. 7.2.2 Carta Gantt Otra fase, es dividir responsabilidades entre sus miembros, para esto se decide asignar labores según las habilidades y destrezas. Se crea un sistema de tareas, que se ejecuten secuencialmente, llamado carta Gantt (Anexo Carta Gantt 18.4). Este permite obtener un listado calendarizado de las tareas y sus responsables, la calendarización y la duración de cada actividad se encuentra sujeta a cambios (Ullman, 2010, pp. 126-132). 7.2.2.1 Etapas de construcción de la carta Gantt  Identificación de tareas y objetivos: Consiste en definir los objetivos principales de cada una de las fases del proyecto, teniendo en cuenta las tareas a realizar. Cada una de éstas se divide en sub-etapas, las cuales a su vez poseen tareas específicas (Anexo identificación de tareas y objetivos 18.5).  Estimación de recursos y desarrollo secuencial de tareas: Se desarrollan tareas y sub-tareas con el fin de analizar y otorgar tiempos, para organizar y secuenciar el trabajo del proyecto. ILUSTRACIÓN 2 MÉTODO DE CASCADA (ULLMAN, 2010, P. 114)
  10. 10. Grupo 2 | 9 Proyecto de estructura para condensadores Frival 7.3 Definición del producto Se da a conocer en qué consiste el proyecto, el equipo de trabajo debe entender, traducir y transformar las necesidades del cliente en términos de ingeniería. Para cumplir con el objetivo se utiliza el método de matriz QFD, donde se identifican los potenciales usuarios, se observan sus necesidades y prioridades. Se procede a evaluar, si la estructura anterior responde a las necesidades de los clientes, y finalmente, se transforman los requerimientos en especificaciones de ingeniería, generando una solución al problema. Para el desarrollo de la matriz se siguen los siguientes pasos: 1-Escuchar la voz de los clientes. 2-Desarrollo de especificaciones. 3-Descubrir como las especificaciones satisfacen las necesidades de los clientes. 4-Determinar que tan bien cumple la competencia los objetivos. 5-Desarrollar metas numéricas. (Ullman, 2010, p. 145) 7.3.1 Desarrollo de la matriz QFD "Entender el problema de diseño es una base esencial para un producto de calidad" (Ullman, 2010, p. 143). Para el desarrollo de la matriz QFD, se debe seguir una secuencia de pasos, que son detallados a continuación: 1) Identificar los consumidores (Quién). 2) Generar los requerimientos de los clientes (Qué). 3) Grado de importancia de los requerimientos para cada usuario de la estructura (Quién 푣푠⁄ Qué). 4) Identificar competencia actual (Ahora). 5) Comparar competencias con requerimientos (Ahora 푣푠⁄ Qué). 6) Traducir los requerimientos del cliente en requerimientos ingeniería (Cómo). 7) Grado de importancia de las especificaciones de ingeniería (Cómo 푣푠⁄ Qué). 8) Obtener límites y objetivos de las especificaciones de ingeniería (Cuánto). 9) Vincular las especificaciones de ingeniería (Cómo 푣푠⁄ Cómo). (Ullman, 2010, p. 146) ILUSTRACIÓN 3 FASES DE DEFINICIÓN DEL PRODUCTO (ULLMAN, 2010, P. 146)
  11. 11. Grupo 2 | 10 Proyecto de estructura para condensadores Frival 7.3.2 Identificación de los consumidores Se realiza un análisis de las personas involucradas en la construcción y utilización de la nueva estructura, ya sea de manera directa o indirecta, para esto se debe pensar en la vida útil y las personas que están en contacto con ella, éstas son:  Dpto. Prevención de riesgo: es el encargado de la seguridad dentro de la empresa, este tiene una gran relevancia en el diseño de la estructura, ya que es el que vela por el cumplimiento de las normativas de seguridad.  Dpto. Mantención: es el personal encargado de verificar el buen funcionamiento de maquinaria y estructuras en la fábrica, estos tienen una alta circulación por la estructura, ya que deben realizar visitas periódicas.  Dpto. Proyecto: su objetivo es diseñar y coordinar los trabajos referentes a proyectos técnicos, que necesiten de un estudio detallado para su correcto funcionamiento o puesta en marcha. (Ullman, 2010, p. 151) 7.3.3 Requerimientos de los clientes (Qué) Es fundamental conocer los requerimientos de los clientes, la clave de este paso es la recopilación de información. Existen tres métodos comúnmente utilizados: observaciones, encuestas y grupos focales (Ullman, 2010, pp. 151-155). Este paso es importante, y a veces difícil de lograr, es por ello que existen siete pasos para cumplir el objetivo, facilitando la obtención de información necesaria (Ullman, 2010, pp. 153-154). 7.3.3.1 Identificar la información necesaria Para identificar qué información es necesaria, se debe analizar la situación actual, efectuar reuniones con los clientes y con el equipo de diseño, así se detecta la información faltante y se analiza la ya obtenida, mientras más clara se tenga la información faltante, más precisas serán las preguntas que se incluirán en los cuestionarios para definir las necesidades del cliente (Abascal & Grande, 2005, pp. 24-25). En la primera visita a la planta, se realiza el método de observación (Anexo Imágenes de la estructura actual 18.6) analizando las deficiencias que presenta la antigua estructura, con lo que se puede comprender parte de lo que la nueva estructura necesita. En una segunda visita, se realiza una reunión con el departamento de proyectos, de todo este proceso se puede concluir que los objetivos de la encuesta son:  Objetivos del proyecto.  Eficiencia en el uso de materiales.  Requerimientos de los clientes.  Condiciones del ambiente de trabajo.  Espacio disponible para la estructura.
  12. 12. Grupo 2 | 11 Proyecto de estructura para condensadores Frival  Normativas de seguridad.  Fallas comunes.  Fuerzas a soportar.  Materiales utilizados actualmente.  Mantención a la estructura. 7.3.3.2 Recopilación de datos Para recopilar información de calidad, se necesita definir tiempo y recursos, que se emplearan para la aplicación de una encuesta, donde se debe elegir el tipo de encuesta a realizar, puesto que existen varios tipos y cada uno requiere de distintos niveles de exigencia de recursos y de tiempo empleado. La encuesta seleccionada es del tipo pregunta abierta, la que permite responder en cualquier sentido, de acuerdo con sus ideas, la forma de realizarla es de manera personal, ya que posee una mejor evaluación con otras formas de realización de encuestas (Abascal & Grande, 2005, pp. 25-26). 7.3.3.3 Contenido de las preguntas Para que las respuestas otorguen información certera, es necesario plantear de manera correcta las preguntas, es decir, fijar la orientación. Las preguntas están orientadas respecto a la información que se estime necesaria. Sin embargo, en el transcurso del diseño, es posible encontrar nueva información imprescindible que complementa los requerimientos y especificaciones (Abascal & Grande, 2005, p. 29). Las preguntas deben tener el contenido visto en la sección (7.3.3.1) especificando cada vez más, según el conocimiento que se va adquiriendo de los mismos. 7.3.3.4 Diseño de las preguntas Para la confección de las preguntas, estas se deben formular con frases claras y breves, con el objetivo de llegar a una respuesta en particular (Ullman, 2010, p. 153). Sin perjuicio de no haberse confeccionado el cuestionario en base a lo descrito, las preguntas se realizaron en conformidad a lo descrito y cumpliendo su objetivo. ILUSTRACIÓN 4 RECOPILACIÓN DE DATOS (ABASCAL, E., GRANDE, I, 2005, PP. 25)
  13. 13. Grupo 2 | 12 Proyecto de estructura para condensadores Frival 7.3.3.5 Orden de las preguntas Una vez formuladas las preguntas, se deben ordenar, con el fin de dar un contexto al cuestionario y así obtener la información (Ullman, 2010, p. 153). 7.3.3.6 Obtención de datos La obtención de datos, como se señala anteriormente, se realiza a partir de mediciones recolectadas en visitas a la planta y a través de cuestionarios contestados en forma presencial (Ullman, 2010, p. 153). 7.3.3.7 Reducir la información Los requerimientos de los clientes deben hacerse en sus propias palabras, tales como: fácil, rápido, natural y algún termino abstracto (Ullman, 2010, p. 154). Luego de la realización de estos pasos se obtiene una serie de requerimientos, de cada uno de los departamentos (Anexo encuesta 18.7). Departamento de proyectos:  Debe ser una estructura sin sobredimensionamiento, que pueda soportar apropiadamente los condensadores y la corrosión.  Debe poseer una plataforma alrededor de los condensadores, para que lo operarios puedan realizar sus mantenciones agachados sin que se entorpezca su trabajo, en forma cómoda y segura.  La estructura debe ser ampliable.  La altura de la estructura debe ser de al menos 2 metros.  Presupuesto (10 millones de pesos).  La estructura debe poseer dos accesos, amplios y cómodos.  La estructura no debe acumular agua en su superficie.  Modelo innovador, además de economizar recursos. Departamento de mantención:  La estructura debe tener una altura apropiada para poder desplazarse cómodamente.  Pasarela perimetral amplia.  Dos accesos, amplios y con una pendiente adecuada.  La pasarela no debe acumular agua.  El desplazamiento sobre la estructura debe ser cómodo y expedito.  Parte inferior accesible.
  14. 14. Grupo 2 | 13 Proyecto de estructura para condensadores Frival Departamento de prevención de riesgos:  Medidas de la estructura adecuada para evitar accidentes.  Pasarela adecuada para un trabajo de mantención sin incurrir en riesgos.  La estructura debe contar con medidas de seguridad según normativa chilena. 7.3.4 Grado de importancia de los requerimientos para cada usuario de la estructura (Quién v/s Qué) La evaluación de la importancia de cada uno de los requerimientos del cliente, se logra mediante la generación de un factor de ponderación para cada necesidad. Esto da cuenta del esfuerzo, tiempo y dinero, que es necesario invertir en la realización de cada requisito (Ullman, 2010, pp. 155-156). No todos los requerimientos poseen igual grado de importancia para cada consumidor, es por esto, que se mide el grado de importancia según el criterio de cada cliente. La importancia que estima cada cliente, se presenta numéricamente en la matriz QFD. Los valores se completan según el énfasis que dio cada cliente, priorizando los requerimientos que cada uno señala (Anexo nivel de importancia de los requerimientos 18.8). 7.3.5 Identificar y evaluar el producto existente (Ahora) El producto existente, debe ser comparado con cada requerimiento del usuario, aquí solo interesa una comparación subjetiva, la que se basa en la opinión de los usuarios (Ullman, 2010, pp. 157-158). Para cada requerimiento del cliente, se da una ponderación de acuerdo a como este logra satisfacer las necesidades del usuario, el equipo de trabajo realiza esta clasificación en una escala de 1 a 5: 1: No cumple con los requerimientos. 2: Cumple con los requerimientos ligeramente. 3: Cumple con los requerimientos medianamente. 4: Cumple con los requerimientos en su mayoría. 5: Logra cumplir los requerimientos totalmente. Revisar tabla (Anexo identificación y evaluación del producto existente 18.9) identificación y evaluación del producto existente. 7.3.6 Traducir los requerimientos del cliente en especificaciones de ingeniería (Cómo) El objetivo es desarrollar un conjunto de especificaciones de ingeniería, a partir de los requerimientos obtenidos de los consumidores. “Estas especificaciones son la traducción de la voz de los consumidores, dentro de la voz de los ingenieros. Esto sirve como una visión de un producto ideal y puede ser usado como un criterio para decisiones de diseño” (Ullman, 2010, p. 158).
  15. 15. Grupo 2 | 14 Proyecto de estructura para condensadores Frival Estas son una transcripción a la voz del ingeniero, de los requerimientos de los clientes. Las especificaciones deben ser medibles “Si las unidades para los parámetros de ingeniería no pueden ser encontradas, el parámetro no puede ser medido y debe ser reasignado. Cada parámetro de ingeniería, debe ser medible y de esa manera debe tener unidades de medida” (Ullman, 2010, p. 159). Para crear las especificaciones se basa en las necesidades, que se obtienen mediante los métodos de observación, conversación y encuesta, luego estos se analizan por el equipo de trabajo y se identifica cada necesidad como un requerimiento de ingeniería. Principalmente las especificaciones se relacionan con requisitos físicos, factores humanos, ciclo de vida de los productos y desempeño. TABLA 1 DEFINICIÓN ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA. 7.3.7 Grado de importancia de las especificaciones de ingeniería (Cómo 푣푠⁄ Qué) El paso posterior a la construcción de la matriz QFD es evaluar la importancia de cada uno de los requerimientos de los clientes, mediante la generación de un factor de ponderación para cada necesidad, esta calificación muestra el esfuerzo, tiempo y dinero, que es necesario invertir para el logro de cada requisito (Ullman, 2010, pp. 163-164). Especificaciones de ingeniería Definición Altura (m) La estructura debe tener una altura de al menos dos metros, a mayor altura es mejor. Carga a soportar (T) La estructura debe soportar 7,2 toneladas, mientras más soporte mejor. Accesos (cantidad) Dos accesos, mientras más número de accesos mejor. Ancho acceso pasarela (m) Debe tener al menos 1,5 metros, a mayor ancho es mejor. Utilizar pintura anticorrosiva (Gal) Cantidad de galones necesarios para proteger la estructura de la corrosión, a mayor cantidad de galones de pintura utilizados es mejor. Ancho total estructura (m) El ancho es la distancia entre ambos costados, mientras menor sea mejor, como máximo 6 metros. Superficie permeable (푚2) La superficie de las pasarelas debe permitir la eliminación de agua, mientras más elimine mejor.
  16. 16. Grupo 2 | 15 Proyecto de estructura para condensadores Frival TABLA 2 NOMENCLATURA, GRADO Y RELACIÓN DEL FACTOR DE PONDERACIÓN 7.3.8 Obtener límites y objetivos de las especificaciones de ingeniería (Cuánto) Se establecen los objetivos y la importancia de cada uno de ellos, este se divide en tres etapas: 1) Definición de la importancia de la especificación: En el desarrollo de los productos es muy difícil que todos los objetivos se puedan cumplir, es por esta razón que se deben seleccionar los de mayor importancia. Para definir la importancia de estos se realizan 3 pasos (Ullman, 2010, pp. 164-165). 2) Análisis de la competencia: Se hace una comparación de comportamiento referidos a las especificaciones de ingeniería, entre la estructura actual y la que está en fase de diseño (Ullman, 2010, p. 165). 3) Ajuste de los objetivos: Se establece un objetivo al principio del diseño, el cual no necesariamente se cumple, ya que en el proceso aparecen otros, los que se van redefiniendo en el proceso (Ullman, 2010, p. 165). Icono Grado relación 9 Fuerte relación 3 Mediana relación 1 Relación débil Espacio en blanco 0 No existe relación
  17. 17. Grupo 2 | 16 Proyecto de estructura para condensadores Frival ILUSTRACIÓN 5 IMPORTANCIA DE LAS ESPECIFICACIONES  Umbral: Es el valor mínimo o máximo que debe cumplir cada especificación de ingeniería, para realizar un trabajo de calidad según los requerimientos del cliente y la comparación de la competencia con el producto actual, este valor no debe superar a los del producto final (Ullman, 2010, p. 166).  Objetivos: Es el valor óptimo o ideal para nuestras especificaciones de ingeniería y se asigna según el comportamiento de la competencia, norma y/o valor que se quiera llegar para un trabajo de calidad (Ullman, 2010, p. 166). 7.3.9 Vincular las especificaciones de ingeniería (Cómo 푣푠⁄ Cómo) En esta etapa se analizan las relaciones que existen entre las especificaciones de ingeniería, como influye una sobre otra, si se cambian los parámetros de una de estás la influencia puede ser positiva o negativa, para analizar los vínculos entre especificaciones se aplican los siguientes signos: (+) Para una relación positiva (-) para una relación negativa ILUSTRACIÓN 6 IDENTIFICACIÓN DE LA RELACIÓN ENTRE LAS ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA
  18. 18. Grupo 2 | 17 Proyecto de estructura para condensadores Frival 7.3.10 Q.F.D Luego de concluir los pasos anteriores, se realiza la matriz QFD: ILUSTRACIÓN 7 MATRIZ QFD ESTRUCTURA FRIVAL 7.4 Análisis de las funciones y sub funciones del producto 7.4.1.1 Función principal de la estructura: El objetivo es generar una sola frase general sobre la base de los requerimientos del cliente, todos los problemas de diseño, tienen una o dos funciones principales (Ullman, 2010, pág. 181), en este proyecto se tiene una función principal:  La estructura debe soportar el peso de tres condensadores.
  19. 19. Grupo 2 | 18 Proyecto de estructura para condensadores Frival 7.4.1.2 Sub-funciones Se descompone la función global. Este paso se centra en la identificación de las sub-funciones necesarias para cumplir la función principal (Ullman, 2010, p. 184). Columnas principales:  Soportan el peso completo de la estructura superior, pasarela y operarios, mediante la interacción con el suelo.  Otorgan la altura necesaria de la estructura.  Distribuyen las cargas. Vigas:  Dan forma a la estructura soportando el peso de los condensadores mediante la distribución de las cargas.  Evitan desplazamientos horizontales y verticales.  Distribuyen las cargas. Uniones (fijas placas metálicas):  Mantienen la estructura rígida. Fijaciones (perno, soldaduras):  Enlazan los componentes estructurales. Escaleras:  Otorgan acceso a la parte superior de la estructura, brindando seguridad y comodidad de desplazamiento al usuario. Pasarela:  Otorga comodidad y seguridad para el desplazamiento, permitiendo un trabajo óptimo en la mantención de los condensadores.
  20. 20. Grupo 2 | 19 Proyecto de estructura para condensadores Frival ILUSTRACIÓN 8 DESCOMPOSICIÓN EN SUS FUNCIONES 7.4.1.3 Refinamiento de las sub-funciones El objetivo es descomponer la estructura en sub-funciones lo más fino posible. Esto significa que de cada sub-función se pueda dividir en más sub sub-funciones (Ullman, 2010, pp. 188-189). Columnas principales:  Soportan el peso completo de la estructura superior, pasarela y operarios, mediante la interacción con el suelo.  Otorgan la altura necesaria de la estructura.  Distribuyen las cargas.
  21. 21. Grupo 2 | 20 Proyecto de estructura para condensadores Frival Vigas:  Dan forma a la estructura soportando el peso de los condensadores mediante la distribución de las cargas.  Evitan desplazamiento horizontal y vertical.  Distribuyen las cargas. Vigas estructurales:  Otorgan rigidez a la estructura evitando desplazamiento vertical y horizontal.  Distribuyen las cargas. Vigas diagonales:  Otorgan refuerzo a las vigas estructurales.  Impiden los desplazamientos horizontales de las vigas estructurales. Vigas apoyo pasarela:  Otorgan apoyo a la estructura de la pasarela. Uniones (fijas placas metálicas):  Mantienen la estructura rígida. Fijaciones:  Enlazan los componentes estructurales. Pernos:  Enlazan los componentes estructurales de forma fácil de fijar y retirar. Soldadura:  Enlaza los componentes estructurales de forma permanente. Escaleras:  Otorgan acceso a la parte superior de la estructura, brindando seguridad y comodidad de desplazamiento al usuario. Piso industrial:  Antideslizante.  Evita la acumulación de agua.  Soporta la carga del operario.
  22. 22. Grupo 2 | 21 Proyecto de estructura para condensadores Frival Pasamanos:  Otorgan seguridad.  Soportan el peso de los operarios en forma vertical.  Evitan caídas desde la estructura. Rodapié:  Evita la caída de materiales desde la parte superior de la estructura. Pasarela:  Otorga comodidad y seguridad para el desplazamiento y permitir un trabajo óptimo en la mantención de los condensadores. Piso industrial:  Antideslizante.  Evita la acumulación de agua.  Soporta la carga del operario. Pasamanos:  Otorgan seguridad.  Soportan el peso de los operarios en forma vertical.  Evitan caídas desde la estructura. Rodapié:  Evita la caída de materiales desde la parte superior de la estructura. Color:  Otorga seguridad e información dependiendo del color del cual se pinte.  Anticorrosivo.
  23. 23. Grupo 2 | 22 Proyecto de estructura para condensadores Frival ILUSTRACIÓN 9 REFINAMIENTO SUB FUNCIONES
  24. 24. Grupo 2 | 23 Proyecto de estructura para condensadores Frival Tabla final funciones y sub-funciones Partes Sub-función Cómo lo hace Partes Refinación sub función Cómo lo hace Columnas principales Soportan el peso completo de la estructura superior, pasarela y operarios. Otorgan la altura necesaria de la estructura. Distribuyen la energía de deformación en toda la estructura, mediante la interacción con el suelo está energía es liberada. Vigas Dan forma a la estructura soportando el peso de los condensadores. Evitan desplazamiento horizontal y vertical. Distribuyen la energía de deformación al resto de la estructura para hacerla llegar a los pilares traspasando esta energía a ellos Vigas estructurales Otorgan rigidez a la estructura evitando el desplazamiento vertical y horizontal. Absorben las cargas traspasadas por las vigas diagonales y pasarela. Distribuyen las cargas generadas por las demás vigas, traspasándola a las principales y el piso. Vigas diagonales Otorgan refuerzo a las vigas estructurales. Impide el desplazamiento horizontal de las vigas estructurales. Ayudan la absorción de la energía de deformación.
  25. 25. Grupo 2 | 24 Proyecto de estructura para condensadores Frival Disminuyen la tensión generada en las vigas estructurales mediante el traspaso de éstas. Vigas apoyo pasarela Otorgan apoyo a la estructura de la pasarela Transfieren la fuerza peso del piso de la pasarela a la estructura Uniones Enlazan los componentes estructurales. Mantienen la estructura rígida limitando el desplazamiento horizontal y vertical. Fijaciones Enlazan los componentes estructurales. Mantienen la estructura rígida limitando el desplazamiento horizontal y vertical. Mediante la utilización de distintos componentes que soportan los esfuerzos originados por los componentes estructurales, estos crean un equilibrio estático evitando el movimiento de la fijación. Pernos Enlazan los componentes estructurales de forma fácil de fijar y retirar. Mediante la absorción de la energía de tensión generadas por las vigas. Soldadura Enlaza los componentes estructurales de forma permanente. Mediante la absorción de la energía de tensión generadas por las vigas.
  26. 26. Grupo 2 | 25 Proyecto de estructura para condensadores Frival Escaleras Permiten el desplazamiento de los operarios desde el piso inferior al superior. Mediante la absorción de la energía de deformación. Soporta el peso de los operarios y lo transfiere al resto de la estructura. Piso industrial Antideslizante. Evita la acumulación de agua. Permite al operario desplazarse sobre él. Soporta la carga del operario. Pasamanos Otorgan seguridad. Evitan caídas desde la estructura. Soportan la energía generada por el peso de los operarios en forma horizontal transfiriéndola de forma vertical a la estructura. Rodapié Evita la caída de materiales desde la parte superior de la estructura. Absorbe la energía producida por el choque de los materiales contra el rodapié y transfiere está energía a la estructura. Pasarela Permite el desplazamiento de los operarios en forma rápida y segura. Evita la caída de los usuarios desde la parte superior a la inferior. Distribuye las cargas al resto de la estructura transfiriendo la energía de deformación a la estructura principal.
  27. 27. Grupo 2 | 26 Proyecto de estructura para condensadores Frival Piso industrial Antideslizante. Evita la acumulación de agua. Permite al operario desplazarse sobre él. Soporta la carga del operario Pasamanos Otorgan seguridad. Evitan caídas desde la estructura. Soportan la energía generada por el peso de los operarios horizontalmente transfiriéndola de forma vertical a la estructura. Rodapié Evita la caída de materiales desde la parte superior de la estructura. Absorbe la energía producida por el choque de los materiales contra el rodapié y transfiere esta energía a la estructura. Color Otorga seguridad e información dependiendo del color del cual se pinte. Anticorrosivo. Previene la corrosión mediante elementos químicos que evitan la interacción del material con el medio ambiente.
  28. 28. Grupo 2 | 27 Proyecto de estructura para condensadores Frival 7.5 Generación de conceptos 7.5.1 Métodos de generación de conceptos Existen métodos que requieren de un punto de vista grupal y otros que solo requieren de un punto de vista personal. Se utiliza un desarrollo de concepto en base al conocimiento de la función del producto. Para obtener un mejor resultado se utiliza el método de lluvia de ideas (Ullman, 2010, p. 190). 7.5.2 Lluvia de ideas Luego del desarrollo e identificación de las sub-funciones, se procede a realizar el método de generación de conceptos “lluvia de ideas” (Ullman, 2010, p. 190), de la cual se obtienen los siguientes conceptos: - Cuadrada con esquineros. - Cuadrada con vigas diagonales. - Rectangular con vigas horizontales. - Triangular compartida. - Triángulos independientes. - Perfiles cilíndricos para las bases. - Pasarela de plástico. - Ascensor para subir a la pasarela. - Estructura galvanizada. - Fijaciones o empotramiento al piso sin necesidad de pernos. - Estructura superior e inferior sostenida por imanes. - Condensadores afirmados con cadenas. - Pasarela colgante. - Condensadores afirmados por una grúa. - Estructura de madera. - Condensadores con la posibilidad de ser levantados y bajados con un sistema hidráulico. - Iluminación para la estructura autosustentable. 7.5.3 Creación de la morfología: Con la finalidad de desarrollar un producto de calidad, el equipo de trabajo genera la mayor cantidad de ideas, donde se realiza el método morfológico, que tiene como finalidad poder crear una morfología de todas las funciones dentro de la estructura, este consta de 3 pasos principales: 1) Ordenar las sub-funciones que deben ser cumplidas. 2) Encontrar conceptos que logren satisfacer esta necesidad. 3) Combinar estos conceptos en un concepto general el cual logre cumplir con el requerimiento funcional del sistema. (Ullman, 2010, pp. 204-208)
  29. 29. Grupo 2 | 28 Proyecto de estructura para condensadores Frival 7.5.3.1 Ordenar las sub-funciones que deben ser cumplidas y encontrar conceptos que logren satisfacer está necesidad Morfología Producto: Estructura condensadores Nombre de la organización : grupo 2 Función Idea 1 Idea 2 Idea 3 Idea 4 Idea 5 Estructura: Soporta los condensadores. CUADRADA CON ESQUINEROS CUADRADA CON VIGAS DIAGONALES RECTANGULAR CON VIGAS HORIZONTALES TRIANGULAR COMPARTIDA TRIÁNGULOS INDEPENDIENTES Pilares: Soportan el peso completo de la estructura superior, pasarela y operarios. Otorgan la altura necesaria de la estructura. Distribuyen las energías de deformación en la estructura y genera rigidez. PERFILES CUADRADOS ASTM A500 TUBOS ASTM A500 PERFILES RECTANGULARES ASTM A500 TRIANGULAR CON PERFILES ENTRELAZADOS CUADRADA CON PERFILES ENTRELAZADOS Viga estructural: Otorga rigidez a la estructura evitando el desplazamiento vertical y horizontal Absorbe las cargas traspasadas por las vigas diagonales y pasarela. PERFIL ANGULAR PERFIL EN T PERFIL CUADRADO PERFIL IPE PERFIL EHA Vigas diagonales: Otorgan refuerzo a las vigas estructurales. Impiden el desplazamiento horizontal de las vigas estructurales. Disminuyen la tensión generada en las vigas estructurales. PERFIL ANGULAR PERFIL EN T PERFIL CUADRADO PERFIL IPE PERFIL EHA
  30. 30. Grupo 2 | 29 Proyecto de estructura para condensadores Frival Uniones: Enlazan los componentes estructurales. Mantienen la estructura rígida limitando el desplazamiento horizontal y vertical. APERNADO EMPOTRADO EMPOTRADO Y APERNADO APERNADO CON PLACAS APERNADO CON LA FORMA DE LA COLUMNA Fijaciones: Enlazan los componentes estructurales. Mantienen la estructura rígida limitando el desplazamiento horizontal y vertical. UNIÓN EN X SOLDADURA UNIÓN TRES EN UNO PERNOS CON AGARRE PEGAMENTO INDUSTRIAL Escaleras: Permiten el desplazamiento de los operarios desde el piso inferior al superior. ESCALA VERTICAL CON CONTENEDOR RAMPLA ESCALERA EN U ESCALERA CONVENCIONAL ESCALERA DE CARACOL Escaleras: Permiten el desplazamiento de los operarios desde el piso inferior al superior. ESCALA VERTICAL CON CONTENEDOR RAMPLA ESCALERA EN U ESCALERA CONVENCIONAL ESCALERA DE CARACOL
  31. 31. Grupo 2 | 30 Proyecto de estructura para condensadores Frival Pasamanos escalera: Otorgan seguridad. Evitan caídas desde la estructura. PASAMANOS CON BARRAS HORIZONTALES DE CONTENCIÓN PASAMANOS CON UNA BARRA DE CONTENCIÓN Y RODAPIÉ PASAMANOS CON BARRAS VERTICALES DE CONTENCIÓN BARRAS PAPALES PASAMANOS CON MALLAS DE CONTENCIÓN Piso escalera: Antideslizante. Evita la acumulación de agua. Permite al operario desplazarse sobre pasarela. MALLA INDUSTRIAL CON ORIFICIOS EN FORMA DE ROMBOS MALLA INDUSTRIAL CON ORIFICIOS EN FORMA DE CIRCULAR PISO INDUSTRIAL PLACA MACIZA PARRILLA INDUSTRIAL RECTANGULAR Rodapié: Evita la caída de materiales desde la pasarela. RODAPIÉ DE MADERA RODAPIÉ RECTO RODAPIÉ ANGULAR Pasarela: Permite el desplazamiento de los operarios de forma rápida y segura. Evita la caída de los usuarios desde la parte superior a la inferior. PASARELA CONVENCIONAL PASARELA COLGANTE PASARELA MÓVIL Apoyo estructura pasarela: Otorga apoyo a la estructura de la pasarela. APOYO EN X APOYO EN X MÁS UN APOYO ANGULAR APOYO DE MADERA ANGULAR APOYO APERNADO
  32. 32. Grupo 2 | 31 Proyecto de estructura para condensadores Frival Piso pasarela: Antideslizante. Evita la acumulación de agua. Permite al operario desplazarse en pasarela. MALLA INDUSTRIAL CON ORIFICIOS EN FORMA DE ROMBOS MALLA INDUSTRIAL CON ORIFICIOS EN FORMA DE CIRCULAR PISO INDUSTRIAL PLACA MACIZA PARRILLA INDUSTRIAL RECTANGULAR Pasamanos: Otorgan seguridad. Evitan caídas desde la pasarela. PASAMANOS CON BARRAS HORIZONTALES DE CONTENCIÓN PASAMANOS CON UNA BARRA DE CONTENCIÓN Y RODAPIÉ PASAMANOS CON BARRAS VERTICALES DE CONTENCIÓN BARRAS PAPALES PASAMANOS CON MALLAS DE CONTENCIÓN Rodapié: Evita la caída de materiales desde la pasarela. RODAPIÉ MADERA RODAPIÉ RECTO RODAPIÉ ANGULAR Viga pasarela: Distribuye las energías de deformación en la estructura y genera rigidez. BARRA CON SOPORTES INTERIORES PERFIL ANGULAR PERFIL EN T PERFIL CUADRADO Pintura: Previene la corrosión. PINTURA ANTICORROSIVO TRATAMIENTOS DE ELECTROLITOS Team member: Juan Sepúlveda Team member: Guillermo Aedo Prepared by: Team member: Oscar Rojas Team member: Checked by: Approved by: The Mechanical Design Process Designed by Professor David G. Ullman Copyright 2008, McGraw Hill Form # 15.0
  33. 33. Grupo 2 | 32 Proyecto de estructura para condensadores Frival 7.5.3.2 Combinación de ideas para generar un concepto general, el cual logre satisfacer los requerimientos funcionales del sistema Para la realización de esta etapa se combinan las ideas individuales, que satisfacen cada función. En está es posible generar 8.437.500.000 combinaciones de ideas diferentes, por lo cual se fueron seleccionando solo las ideas que los miembros del equipo creen relevantes. Combinación de Ideas Pieza función Combinación de Ideas 1 Combinación de Ideas 2 Combinación de Ideas 3 Estructura:  Soporta el peso de los condensadores. Cuadrada con esquineros Pilares  Soportan el peso completo de la estructura superior, pasarela y operarios.  Otorgan la altura necesaria de la estructura.  Distribuyen las energías de deformación en la estructura y genera rigidez. Perfiles cuadrados ASTM A500 Perfiles cuadrados ASTM A500 Perfiles cuadrados ASTM A500 Viga estructural  Otorga rigidez a la estructura evitando el desplazamiento vertical y horizontal.  Absorbe las cargas traspasadas por las vigas diagonales y pasarela. Perfil EHA Perfil en T Perfil EHA
  34. 34. Grupo 2 | 33 Proyecto de estructura para condensadores Frival Vigas diagonales  Otorgan refuerzo a las vigas estructurales.  Impiden el desplazamiento horizontal de las vigas estructurales.  Disminuyen la tensión generada en las vigas estructurales. Perfil angular Perfil angular Perfil angular Fijación piso  Enlaza los componentes estructurales.  Mantiene la estructura rígida limitando el desplazamiento horizontal y vertical. Apernado con la forma de la columna Apernado con placas Apernado con la forma de la columna Uniones componentes  Enlazan los componentes estructurales.  Mantienen la estructura rígida limitando el desplazamiento horizontal y vertical. Unión tres en uno Unión tres en uno Unión tres en uno Acceso 1  Permite el desplazamiento de los operarios desde el piso inferior al superior. Escalera convencional Escalera en U Escalera convencional
  35. 35. Grupo 2 | 34 Proyecto de estructura para condensadores Frival Acceso 2  Permite el desplazamiento de los operarios desde el piso inferior al superior. Rampla Escala vertical con contenedor Escalera convencional Pasamanos escalera  Otorgan seguridad.  Evitan caídas desde la estructura. Pasamanos con mallas de contención Pasamanos con barras horizontales de contención Pasamanos con mallas de contención Piso escalera  Antideslizante.  Evita la acumulación de agua.  Permite al operario desplazarse sobre pasarela. Parrilla industrial Malla industrial con orificios en forma de rombos Parrilla industrial Rodapié  Evita la caída de materiales desde la pasarela. Rodapié recto Rodapié de madera Rodapié recto
  36. 36. Grupo 2 | 35 Proyecto de estructura para condensadores Frival Pasarela  Permite el desplazamiento de los operarios, de forma rápida y segura.  Evita la caída de los usuarios desde la parte superior. Pasarela convencional Pasarela convencional Pasarela convencional Apoyo estructura pasarela  Otorga apoyo a la estructura de la pasarela. Apoyo en X más un apoyo angular Apoyo en X más un apoyo angular Apoyo en X más un apoyo angular Piso escalera  Antideslizante.  Evita la acumulación de agua.  Permite al operario desplazarse en pasarela. Malla industrial con orificios en forma de rombos Parrilla industrial Parrilla industrial Pasamano  Seguridad.  Evita caídas desde la pasarela.  Contención de personal dentro de la vía. Pasamanos con barras horizontales de contención Pasamanos con mallas de contención Pasamanos con mallas de contención Rodapié  Evita la caída de materiales desde la pasarela. Rodapié recto Rodapié angular Rodapié recto
  37. 37. Grupo 2 | 36 Proyecto de estructura para condensadores Frival Viga pasarela  Distribuye la energía de deformación de la estructura y genera rigidez. Perfil en T Perfil Cuadrado Perfil en T Pintura  Previene corrosión. Pintura anticorrosivo Pintura anticorrosivo Pintura anticorrosivo 7.5.3.3 Explicación de la combinación de ideas: Combinación de ideas 1: Se observa en el recuadro superior que la combinación de ideas número 1, para la función forma de la estructura, considera utilizar una estructura cuadrada con esquineros. Los pilares son perfiles cuadrados ASTM A500, estos deben soportar el peso completo de la estructura, además de tener la capacidad de distribuir energía hacia el piso. Las vigas estructurales son de perfil EHA, las vigas diagonales son de perfil angular, la fijación de las columnas es del tipo apernada, adaptándose a la forma de la columna, el sistema que une los componentes estructurales es de tres en uno. Los accesos son dos, el primero es un acceso con una escalera convencional, y el segundo acceso una rampla; la seguridad de los accesos incluyen un pasamanos con mallas de contención, el piso de los accesos es de parrilla industrial, para evitar la caída de elementos se considera el uso de rodapié recto. Para el desplazamiento superior se utiliza una pasarela convencional, esta se encuentra afirmada por un soporte en X con un sub apoyo angular, los que sujetan un perfil en T que cumple la función de dar rigidez a la misma, el piso de las pasarelas es de parrilla industrial, para la seguridad se contempla el uso de pasamanos con mallas de contención, se incluye la utilización de rodapié recto. Se contempla el uso de pintura anticorrosiva. Combinación de ideas 2: En la segunda combinación de ideas, para la forma de la estructura se utiliza una de cuadrados con vigas diagonales, pilares de perfiles cuadrados ASTM A500, las vigas estructurales son del tipo perfil en T, vigas diagonales de perfil angular, la fijación de las columnas es del tipo apernada, adaptándose a la forma de la columna, el sistema que une los componentes estructurales es de tres en uno. Para el primer acceso se selecciona una escalera en forma de U, considerando para la seguridad de este la utilización de
  38. 38. Grupo 2 | 37 Proyecto de estructura para condensadores Frival pasamanos con barras horizontales de contención, el piso de este es de malla industrial con orificios en forma de rombos, en la seguridad inferior del acceso se considera la implementación de rodapié de madera; y para el segundo acceso se selecciona una escalera vertical con un contenedor de seguridad. Se opta por una pasarela convencional, el apoyo es un soporte en X con un sub apoyo angular, los que sostienen los perfiles cuadrados que cumplen la función de ser vigas de la pasarela, para el piso se selecciona un piso de malla industrial con orificios en forma de rombos, en términos de seguridad se utilizan pasamanos con barras horizontales de contención y el uso de rodapié angular. Se contempla el uso de pintura anticorrosiva. Combinación de ideas 3: En la tercera combinación de ideas, la forma de la estructura es de triángulos independientes, los pilares utilizados son perfiles cuadrados ASTM A500, las vigas estructurales seleccionadas son de perfil EHA, las vigas diagonales son de tipo perfil angular, la fijación de las columnas es del tipo apernada, adaptándose a la forma de la columna, el sistema que une los componentes estructurales es de tres en uno. Los accesos son de tipo escalera convencional, para la seguridad se utilizan pasamanos con mallas de contención, pisos tipo parrilla industrial y se considera la implementación de rodapié recto. Se selecciona una pasarela convencional, la que se encuentra afirmada por un soporte en X con un sub apoyo angular, los que sujetan un perfil en T que cumple la función de dar rigidez, el piso de las pasarelas es de parrilla industrial, se incluyen pasamanos con mallas de contención y la utilización de rodapié recto. Se contempla el uso de pintura anticorrosiva. 7.6 Evaluación de conceptos La finalidad es invertir la menor cantidad de recursos, en esta etapa se decide que conceptos tienen el mayor potencial, para convertirse en un producto de calidad (Ullman, 2010, p. 213). Cada integrante evalúa los conceptos por medio de una matriz de Pugh, estos son: requerimientos del cliente, especificaciones de ingeniería y punto de vista del grupo, posteriormente se calcula un promedio de cada matriz y se elige aquella que posee el mayor (Ullman, 2010, pp. 223-224). Este método, ha demostrado ser efectivo en la comparación de conceptos, ya que proporciona una manera de cotejar cada combinación de ideas, en relación con las demás, de acuerdo a su capacidad, para cumplir los criterios mediante la comparación de los puntajes obtenidos (Ullman, 2010, p. 222). Este método logra ser más eficaz si cada miembro del equipo lo realiza de forma independiente y luego sus resultados individuales son comparados. ILUSTRACIÓN 10 FASE DE DISEÑO CONCEPTUAL (ULLMAN, 2010, P. 214)
  39. 39. Grupo 2 | 38 Proyecto de estructura para condensadores Frival La matriz de Pugh cuenta de 6 pasos los cuales son: 1) Problemática. 2) Conceptos o alternativas. 3) Criterios. 4) Porcentaje de importancia. 5) Evaluación con respecto al datum. 6) Resultados. (Ullman, 2010, pp. 223-225) 7.6.1 Paso 1 problemática La problemática es elegir un concepto que logre satisfacer las necesidades del cliente (Ullman, 2010, p. 222). 7.6.2 Paso 2 conceptos o alternativas Cada integrante del equipo hace combinaciones de ideas según su criterio, estas son comparadas entre ellas. (Ullman, 2010, p. 223). Los conceptos generados fueron 3 los cuales se especifican en la morfología. 7.6.3 Paso 3 criterios de comparación Los criterios son generados bajo la base de la matriz QFD, mezclando los requerimientos del cliente, las especificaciones de ingeniería y el punto de vista de cada integrante (Ullman, 2010, p. 223). Los criterios generados fueron los siguientes: 1. Comodidad. 2. Seguridad. 3. Facilidad de instalación. 4. Resistencia al medio. 5. Eliminación de agua de la superficie. ILUSTRACIÓN 11 ESTRUCTURA BÁSICA PARA LA DECISIÓN DE LA MATRIZ (ULLMAN, 2010, P. 222)
  40. 40. Grupo 2 | 39 Proyecto de estructura para condensadores Frival 7.6.4 Paso 4 porcentajes de importancia: Se le otorga un nivel de importancia a cada criterio, el cual tiene relación con el porcentaje entregado en la matriz QFD, con esto se logra definir cuáles son los criterios más importantes y menos importantes (Ullman, 2010, p. 223). Los porcentajes de importancia fueron los siguientes:  Comodidad 20%  Seguridad 20%  Facilidad de instalación 15%  Resistente al medio 25%  Eliminación de agua de la superficie 20% 7.6.5 Paso 5 evaluaciones con respecto al datum Se evalúan las alternativas, los integrantes del equipo tienen una alternativa preferida. Este concepto se utiliza como datum, los otros diseños se comparan con este, mediante los criterios definidos en el paso 3. Si la combinación de ideas no cumple el criterio, se le da una puntación de:  +1 si cumple mejor que el datum el criterio  0 si cumple al igual que el datum de criterio  -1 si no cumple con el criterio (Ullman, 2010, pp. 223-224) 7.6.6 Paso 6 resultados: Se suman los puntajes de cada concepto, se calcula el total y el total ponderado (Ullman, 2010, pp. 224-226).
  41. 41. Grupo 2 | 40 Proyecto de estructura para condensadores Frival 7.6.7 Resultados obtenidos Los resultados de la evaluación de cada integrante y los finales se muestran en la tabla 3: TABLA 3 EVALUACIÓN MATRIZ PUGH
  42. 42. Grupo 2 | 41 Proyecto de estructura para condensadores Frival 7.6.8 Cálculo del promedio de las matrices Pugh Se calcula el promedio de cada matriz de Pugh del total y el ponderado. Como se observa, el total ponderado es positivo la combinación de ideas verde y azul, las que superan ampliamente al datum. TABLA 4 CÁLCULO PROMEDIO MATRIZ PUGH 7.6.9 Elección Se distingue que existe una diferencia no muy relevante, por lo que se opta utilizar una mezcla de estas (Ullman, 2010, p. 226). Cumpliendo los requerimientos del cliente, los que son respaldados por los resultados de la matriz de Pugh. Estas combinaciones solo difieren en dos criterios que son el tipo de estructura y el segundo acceso a la pasarela. De acuerdo a los resultados se utiliza la estructura en forma cuadrada propuesta en la combinación verde, puesto que representa un modelo sencillo y de fácil manipulación, en el caso del segundo acceso se emplea la combinación azul, debido a que es la forma más cómoda y fácil de acceder a la pasarela. 8 Generación del producto Esta etapa se enfoca en el diseño de este, el objetivo es refinar los conceptos para mejorar la calidad, finalmente se transforman los conceptos desarrollados en la etapa anterior, en productos que puedan cumplir su función, estos conceptos tienen diferentes niveles de refinamiento. Para generar un producto de calidad es necesario realizar un refinamiento del producto, existen diferentes formas de mejorar el producto todas estas giran en torno a la función algunas son:  Forma: geometría de los materiales que se venden en el mercado.  Producción: tipos de materiales a utilizar y como se fabrican estos, ensamble.  Materiales: este campo está restringido al acero. ILUSTRACIÓN 12 FASE DEL DISEÑO DEL PRODUCTO EN EL PROCESO DE DISEÑO (ULLMAN, 2010, P. 242)
  43. 43. Grupo 2 | 42 Proyecto de estructura para condensadores Frival Posteriormente se continúa con la etapa de evaluación, la cual consiste en reevaluar cada modelo para ver si cumple con los requerimientos, esto se realiza por medio de:  Realización de diagramas de cuerpo libre.  Identificación de las condiciones de borde.  Fuerzas externas.  Condiciones de equilibrio.  Fuerzas cortantes y momentos flectores.  Análisis de esfuerzos.  Diseño y elección de perfiles adecuados. Si el producto no cumple con los requerimientos, debe ser refinado y reevaluado, lo cual se realiza a través de un proceso iterativo, hasta conseguir un producto que cumpla con los requerimientos, pudiéndose generar nuevos conceptos. El inconveniente es que se debe volver atrás para realizar nuevamente un análisis Pugh, lo que genera una inversión excesiva de tiempo, por lo que se recomienda utilizar conceptos preestablecidos. 8.1 Generación de la forma Se genera un modelo inicial, el que nace de la evaluación de conceptos, este modelo corresponde a la combinación de ideas azul y verde. EL proceso finaliza si cumple con los requerimientos del cliente y los requerimientos de ingeniería (Ullman, 2010, p. 246). 8.1.1 Restricciones espaciales La estructura que se diseña, no cuenta con límites de espacio, ya que se sitúa en un lugar con un espacio suficiente (Anexo restricciones espaciales 18.10) (Ullman, 2010, p. 247). ILUSTRACIÓN 13 ELEMENTOS BÁSICOS PARA EL DISEÑO DEL PRODUCTO (ULLMAN, 2010, P. 244)
  44. 44. Grupo 2 | 43 Proyecto de estructura para condensadores Frival 8.1.2 Configuración de componentes La estructura que se desarrolla se divide en tres componentes principales (Anexo explicación estructura 18.11):  Estructura principal: es la encargada de soportar los condensadores. Esta es subdividida en: o Vigas principales: son las encargadas de soportar los condensadores y la pasarela. o Vigas secundarias: son las encargadas de soportar los condensadores. o Columnas principales: son las encargadas de soportar y dar la altura necesaria a la estructura.  Pasarela: es la encargada de otorgar libre desplazamiento sobre la estructura, dando espacio para hacer las respectivas mantenciones a los condensadores. o Pasamanos: otorgan seguridad durante el desplazamiento sobre la pasarela.  Escaleras: son las encargadas de dar acceso a la pasarela (Merritt, 1994, pp. 1127-1132). o Peldaños: son los encargados de soportar al operario mientras accede desde la base a la pasarela. o Soportes escalera: son los que soportan la estructura de la escalera. o Pasamanos: otorgan seguridad durante el desplazamiento sobre la escalera. La función general la cumple la estructura principal, la forma se encuentra limitada por la base de los condensadores, la cual es rectangular y permanece en contacto con la estructura para soportarlos, con las siguientes dimensiones: ancho: 1520 (mm), largo: 2205 (mm). Otro parámetro a tener en cuenta es la altura del piso a la primera viga, la que impide el libre tránsito bajo la estructura. Existen vigas y columnas auxiliares bajo las principales, estas son fundamentales para la distribución de las cargas y la disminución de desplazamientos. 8.1.3 Desarrollo de conexiones “Las conexiones o interfaces entre componentes soportan su función y determinan su posición y localización relativa” (Ullman, 2010, p. 249). Para la generación de las estructura, es primordial el ensamble de los componentes de esta, por esta razón se utilizan dos tipos de ensambles: pernos y soldaduras.
  45. 45. Grupo 2 | 44 Proyecto de estructura para condensadores Frival 8.1.4 Soldaduras Se utiliza soldadura al arco punto azul, ya que esta es la más adecuada para las necesidades de la estructura, debido a sus propiedades; la que se usa en la unión de vigas, escaleras y pasamanos. En la estructura existen dos tipos de uniones: TABLA 5 TIPOS DE UNIONES PRESENTES EN LA ESTRUCTURA Unión a tope Unión esquina Dado que el límite de fluencia es mayor al del acero A240ES, no es necesario estudiar los esfuerzos en la unión, lo mismo sucede con la resistencia a la tracción ( Anexo propiedades de la soldadura Punto Azul 18.12). 9 Protección de la estructura El efecto de la corrosión es importante en la durabilidad de la estructura, al igual que la visualización de los distintos elementos para la seguridad de los operarios, por lo que se considera un método de aplicaciones de pintura para proteger la estructura completa (Anexo propiedades pintura anticorrosiva 18.13). 10 Lista de materiales En la tabla 6, se muestran los materiales fundamentales para la estructura: TABLA 6 LISTA DE MATERIALES (ULLMAN, 2010, PÁG. 246) Bill of material producto Estructura condensadores Frival Ítem Cantidad Nombre Material 1 20 barras de 6 (m) Perfil cuadrado ASTM A500,75x75x2 (mm) Acero A240ES 2 15 barras de 6 (m) Perfil cuadrado ATM A500, 30x30x2 (mm) Acero A240ES 3 21 barras de 6 (m) Perfil rectangular ASTM A500, 25x15x2 (mm) Acero A240ES 4 3 barras de 6 (m) Perfil cuadrado ASTM A500, 75x75x6(mm) Acero A240ES 5 36 barras de 6 (m) Tubos ASTM A500 2 pulgadas x 1mm Acero A240ES 6 18 gal Pintura 7 4 kg Electrodo punto azul 8 22 planchas de parrilla soldada Parilla soldada 3000 x 970 (mm) integrantes Guillermo Aedo, Oscar Rojas, Juan Sepúlveda Preparado por: grupo 2 Revisado por: grupo 2 The Mechanical Design Process Designed by Professor David G. Ullman Copyright 2008, McGraw-Hill Form # 23.0
  46. 46. Grupo 2 | 45 Proyecto de estructura para condensadores Frival 11 Memoria de cálculo Para la construcción de la memoria de cálculo, se utiliza como referencia la norma chilena NCh 427, la cual especifica los requisitos mínimos que debe cumplir. Para la realización de los cálculos, se deben definir dos variables de la Ilustración 14 Variables incidentes en el cálculo de la estructura, los cuales se mantienen sin cambios a lo largo de este proceso, estos son:  Material utilizado  Carga aplicada Por lo que el parámetro variable es la geometría, la cual se debe adaptar al material utilizado y a la carga aplicada. 11.1 Elección del acero Para proceder con esta etapa de se debe tener en cuenta varios criterios:  Material homogéneo e isotrópico  Material dúctil  Disponibilidad  Estructural soldable Después de tener estos criterios definidos, se debe estudiar la norma chilena NCh203 of 2006, que entrega las características más importantes de los aceros, tales como si es dúctil, la tensión de fluencia mínima, si es acero estructural y si es soldable. Para su comprensión, se muestra la nomenclatura que utiliza: A XXX (E, ES) (P) A: acero al carbono XXX: tensión de fluencia mínima en [MPa] E: acero estructural ES: acero estructural soldable garantizado P: acero con propiedades especiales para diseños sismo-resistentes u otros diseños sometidos a cargas de origen dinámico. ILUSTRACIÓN 14 VARIABLES INCIDENTES EN EL CÁLCULO DE LA ESTRUCTURA
  47. 47. Grupo 2 | 46 Proyecto de estructura para condensadores Frival En este caso se utiliza un acero A240ES, este es el que se encuentra comúnmente en los locales comerciales y es uno de los más utilizados para la construcción de estructuras, en la siguiente tabla se observa el límite de fluencia mínima y la tensión de rotura. TABLA 7 CARACTERÍSTICAS DEL ACERO SELECCIONADO Acero 휎푦[푀푃푎] 휎푢 [푀푃푎] A240ES 240 360 a 460 11.2 Factor de seguridad Es el cociente entre el valor calculado de la capacidad máxima del sistema y el valor del requerimiento al cual es sometido. 11.2.1 Estimación de factor de seguridad Para estimar el factor de seguridad, se utiliza el método “Regla empírica para el factor de seguridad” (Ullman, 2010, pp. 405-406). Donde se consideran los siguientes criterios: 퐹푆=퐹푆푚푎푡푒푟푖푎푙∗퐹푆푡푒푛푠푖ó푛∗퐹푆푔푒표푚푒푡푟í푎∗퐹푆푎푛á푙푖푠푖푠 푑푒 푓푎푙푙푎푠∗퐹푆푐표푛푓푖푎푏푖푙푖푑푎푑 11.2.2 Estimación de la contribución para el material Para la estimación de la contribución del material, se utiliza: 퐹푆푚푎푡푒푟푖푎푙=1.1 Si las propiedades del material son obtenidas de un libro o valores de las empresas de manufactura (Ullman, 2010, p. 405). Ya que para este proyecto se tienen los catálogos de los materiales a utilizar. 11.2.3 Estimación de la contribución para el esfuerzo de carga Para la estimación de la contribución para el esfuerzo de carga, se utiliza: 퐹푆푡푒푛푠푖ó푛=1.0−1.1 Si las cargas están bien definidas como estáticas o fluctuantes,
  48. 48. Grupo 2 | 47 Proyecto de estructura para condensadores Frival Si no existen sobrecargas anticipadas o cargas de impacto y si un método preciso de esfuerzo ha sido utilizado (Ullman, 2010, p. 405). Para este proyecto se ocupa 퐹푆푡푒푛푠푖ó푛=1.1, debido a que se conocen las cargas, y se ha implementado un buen método. 11.2.4 Estimación de la contribución de la geometría Por la naturaleza de la estructura a realizar, se escoge: 퐹푆푔푒표푚푒푡푟í푎=1.0 Si las tolerancias de manufacturas son promediadas (Ullman, 2010, p. 405). 11.2.5 Estimación de la contribución para el análisis de fallas Para el análisis de fallas, se escoge: 퐹푆푎푛á푙푖푠푖푠 푑푒 푓푎푙푙푎푠=1.2 Si el análisis de fallas a utilizar es una simple extensión de las teorías anteriores, tales como multiaxial, esfuerzo de fatiga totalmente invertido o tensiones uniaxiales medias distintas de cero. (Ullman, 2010, p. 406) 11.2.6 Estimación de la contribución para la confiabilidad Para la confiabilidad, se escoge: 퐹푆푐표푛푓푖푎푏푖푙푖푑푎푑=1.4−1.6 Si la seguridad debe ser alta, es decir, mayor a 99%. Estos valores son en el mejor de los casos, unas estimaciones sobre la base de una verbalización de los factores (Ullman, 2010, p. 406; Ullman, 2010). En este proyecto se utiliza 퐹푆푐표푛푓푖푎푏푖푙푖푑푎푑=1.4, ya que se desea que la estructura sea segura. 11.2.7 Presentación del factor de seguridad Teniendo en cuenta lo anterior, se tiene:  퐹푆푚푎푡푒푟푖푎푙=1.1  퐹푆푡푒푛푠푖ó푛=1.1  퐹푆푔푒표푚푒푡푟í푎=1.0  퐹푆푎푛á푙푖푠푖푠 푑푒 푓푎푙푙푎푠=1.2  퐹푆푐표푛푓푖푎푏푖푙푖푑푎푑=1.4
  49. 49. Grupo 2 | 48 Proyecto de estructura para condensadores Frival Calculando el factor de seguridad: 퐹푆=(1.1)∗(1.1)∗(1.0)∗(1.2)∗(1.4)=2.0328 11.3 Estimación del 휎푝푒푟푚푖푠푖푏푙푒 Teniendo en cuenta que se utiliza un acero A240ES y el factor de seguridad, se procede a calcular el 휎푝푒푟푚푖푠푖푏푙푒 휎푝푒푟푚푖푠푖푏푙푒 = 휎푦 퐹푆 = 240[푀푃푎] 2.0328=118.06 [푀푃푎] 11.4 Estimación del 휏푝푒푟푚푖푠푖푏푙푒 Como el 휏푝푒푟푚푖푠푖푏푙푒 , es aproximadamente la mitad del 휎푝푒푟푚푖푠푖푏푙푒 , es decir: 휏푝푒푟푚푖푠푖푏푙푒=59.03 [푀푃푎] 12 Evaluaciones del producto Para determinar la forma concisa del producto, es necesario formular un concepto, al cual se le modifican características según el funcionamiento deseado, hasta obtener un producto satisfactorio, el que se analiza con más detalle en las etapas posteriores. Para la creación de la estructura, es necesario realizar un proceso iterativo, el cual consiste en la modelación de prototipos, los cuales son basados en el diseño obtenido mediante la matriz de Pugh. Los modelos son simulados mediante el software Creo con la opción “vigas”, la cual simula la forma y las características de los perfiles. La finalidad es simular el comportamiento de la estructura al ser sometida a cargas estáticas, optimizando tiempo. Para la elección, se estudian los siguientes parámetros entregados por el software:  Desplazamiento: o Según la norma NCh 427, el desplazamiento máximo que puede sufrir la viga está dada según la fórmula 퐿 700, donde L es la distancia máxima entre apoyos.  Esfuerzo Von Misses: o Existen varias teorías de fallas una de ellas es el esfuerzo de Von Misses, la cual permite definir si el material se fractura o cede bajo una carga estática, el límite de fluencia es el esfuerzo máximo que resiste el material antes de sufrir una deformación permanente. El esfuerzo Von Misses es una de las teorías de falla que más se ocupa actualmente, ya que se encuentra de acuerdo con los análisis experimentales, siendo la más certera. Esta se calcula mediante la fórmula 휎푣표푛 푚푖푠푠푒푠≤ 휎푚푎푡푒푟푖푎푙 퐹푠 , donde el factor de seguridad es de 2.0328, el Von Misses calculado es de 휎푣표푛 푚푖푠푠푒푠≤118.06
  50. 50. Grupo 2 | 49 Proyecto de estructura para condensadores Frival  Índice de falla o El índice de falla es un valor, que permite calcular el factor de seguridad presente en la estructura mediante la fórmula 1 푖푛푑푖푐푒 푑푒 푓푎푙푙푎 =퐹푆 , como el factor de seguridad, ya se encuentra definido, y cuyo valor es 2.0328, el índice de falla debe ser menor o igual a 0.49. Para definir la estructura final se analizan 3 estructuras mediante el proceso explicado anteriormente, seleccionando la que se adecua de mejor manera a los criterios, posteriormente se analiza la estructura final mediante cálculos a mano, corroborando los resultados con el software Creo en 3D. Primera análisis: Estructura 1 Análisis Esta estructura se diseña con perfiles cuadrados ASTM A500 con dimensiones 100x100x3 (mm), todas sus partes y componentes son de este tipo de perfil. Desplazamiento: es de 1.29 (mm) y el máximo permitido según norma es de 3.15 (mm). Esfuerzo de Von Misses: es de 35.02 MPa y el máximo permisible es de 118.06 MPa. Índice de fallas: es de 0.1459 y el máximo permisible es de 0.49, por lo cual esta tiene un factor de seguridad de 6.85, se encuentra sobredimensionada.
  51. 51. Grupo 2 | 50 Proyecto de estructura para condensadores Frival Segundo análisis: Estructura 2 Análisis Se diseña con perfiles cuadrados ASTM A500 con dimensiones 75x75x2 (mm) para la mayoría de las partes de la estructura con excepción de las vigas de contorno que tienen una medida de 30x30x2 (mm). Desplazamiento: es de 1.579 (mm) y el máximo permitido según norma es de 3.15 (mm) Esfuerzo de Von Misses: es de 78.46 MPa y el máximo permisible es de 118.06 MPa. Índice de fallas: es de 0.3269 y el máximo permisible es de 0.49, por lo cual esta tiene un factor de seguridad de 3.05, se encuentra sobredimensionada en menor cantidad que la estructura 1. El inconveniente de esta estructura es el espacio libre que deja para la pasarela en las esquinas, ya que el área de desplazamiento se reduce a la mitad.
  52. 52. Grupo 2 | 51 Proyecto de estructura para condensadores Frival Tercer análisis: Estructura 3 Análisis Se diseña con perfiles cuadrados ASTM A500 con dimensiones 75x75x2(mm), para toda la estructura. Desplazamiento: es de 1.579 (mm) y el máximo permitido según norma es de 3.15 (mm) Esfuerzo de Von Misses: es de 78.25 MPa y el máximo permisible es de 118.06 MPa. Índice de fallas: es de 0.3261 y el máximo permisible es de 0.49, por lo cual esta tiene un factor de seguridad de 3.06, se encuentra sobredimensionada. Esta no presenta el inconveniente de la estructura anterior, ya que el área de desplazamiento en cada sección de la pasarela es constante. Conclusiones generales de los análisis Se concluye que la estructura número 3, es la que mejor se adecua a las necesidades de la empresa, por lo cual es la seleccionada, debido a que los parámetros analizados se cumplen de manera satisfactoria. Además la estructura permite una construcción con perfiles de menor dimensión, utilizando solo ángulos rectos lo que genera una facilidad en la construcción.
  53. 53. Grupo 2 | 52 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13 Análisis estático de la estructura El análisis estructural brinda información necesaria para definir la geometría del material a utilizar. Se toma en cuenta el frontis y el costado de la estructura, donde se apoyan los condensadores. La forma de la estructura se repite 3 veces, ya que son 3 condensadores ver ilustración 15. Se analizan 3 vigas, de las cuales 2 de ellas se encuentra sometidas a una carga distribuida y la restante a una carga puntual ver ilustración 16 y 17. Los análisis de las vigas se realizan utilizando 2 métodos, el primero, se hace a través de un prontuario básico para el análisis de estructuras simples, el cual entrega resultados más cercanos a la realidad, ya que considera todas las reacciones y momentos que afectan a la viga. (Caminos, s.f.). El segundo es el método de las secciones, el cual es realizado mediante diagrama de cuerpo libre, con el que se encuentran las reacciones que afectan a la viga, este es una simplificación de la situación real y entrega una aproximación del resultado, ya que se desprecian momentos en ciertos apoyos, es por esta razón que se pueden construir ecuaciones para encontrar las fuerzas cortantes y momentos flectores. (Cárdenas & Aguilera, 2014) Ambas ayudan a obtener los diagramas de: fuerzas cortantes y momentos flectores, a lo largo de la viga. 13.1.1 Determinación de la carga aplicada sobre la estructura Se determina la carga distribuida en la superficie de contacto, dividiendo la carga de cada condensador en la cantidad de metros que este se apoya: 퐶푎푟푔푎 푑푖푠푡푟푖푏푢푖푑푎= 24000 [푁] 2∗(1.520+2.205) [푚] =3221.48 [ 푁 푚 ] Esta carga se define como carga muerta, ya que es una carga que es invariable en el tiempo y que además mantienen su posición. 13.1.2 Determinación de las fuerzas cortantes y momentos flectores A continuación, se encuentran los diagramas de corte y de momento flector. En estos se observa lo que pasa a lo largo de cada viga de manera gráfica, de los cuales se obtiene información útil del comportamiento de la viga. ILUSTRACIÓN 15 VISTA SUPERIOR ILUSTRACIÓN 16 VISTA FRONTAL ILUSTRACIÓN 17 VISTA LATERAL
  54. 54. Grupo 2 | 53 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.1 Determinación de las fuerzas cortantes y momentos flectores mediante el método de las secciones Uno de los problemas principales de la mecánica de sólidos es la investigación de la resistencia interna de un cuerpo, es decir, la naturaleza de las fuerzas que se generan dentro de un cuerpo para equilibrar el efecto de las fuerzas aplicadas externamente. Para tal fin se emplea un método uniforme de enfoque. Se prepara un croquis completo del miembro bajo investigación, sobre el cual se muestran todas las fuerzas externas que actúan sobre él en sus respectivos puntos de aplicación, este se conoce como diagrama de cuerpo libre. Luego como la determinación de las fuerzas internas causadas por las fuerzas externas es uno de los fines principales de esta ciencia se pasa a una sección arbitraria por el cuerpo separándolo completamente en 2 secciones, a este proceso se le denomina método de las secciones. (Cárdenas & Aguilera, 2014) En los siguientes cálculos, se debe tener en cuenta que se desprecian las vigas que no soportan los condensadores, ya que en la zona de la pasarela soportan una carga ínfima en comparación a la carga mencionada anteriormente, además las fuerzas presentes en el eje X se igualan a cero.
  55. 55. Grupo 2 | 54 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.1.1 Análisis viga (A B C) mediante método de las secciones Determinación de las reacciones viga (A B C) Cálculo de las reacciones A B C Apoyo A B Fp=3221.48∗1.1025=3551.68 N ΣFy=0 A−3551.68+B=0 ΣMA=0 −3551.68∗ 1.10252+B∗1.1025=0 A=1775.84 N B=1775.84 N Apoyo B C Fp=3221.48∗1.1025=3551.68 N ΣFy=0 A−3551.68+B=0 ΣMA=0 −3551.68∗ 1.10252+B∗1.1025=0 C=1775.84 N B=1775.84 N Reacciones: A=1775.84 N B=3551.68 N C=1775.84 N
  56. 56. Grupo 2 | 55 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.1.2 Análisis viga (A B C) mediante el método de las secciones Determinación de los momentos flectores y fuerzas cortantes viga (A B C) Cálculo de las fuerzas cortantes 0 m≤푥<1.1025 m Σ퐹푦=0 푉1=1775.84−3221.48∗푥 1.1025 m≤푥<2.205 m Σ퐹푦=0 푉2=5327.52−3221.48∗푥 Cálculos de los momentos flectores 0 m≤x<1.1025 m Σ푀1=0 푀1=1775.84∗푥−3221.48∗ 푥 22 1.1025 m≤푥<2.205 m Σ푀2=0 푀2=1775.84∗푥+3551.68∗(푥−1.1025) −3221.48∗ 푥 22
  57. 57. Grupo 2 | 56 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.1.3 Análisis viga (D E F) mediante el método de las secciones Determinación de las reacciones viga (D E F) Cálculo de las reacciones D E F Σ퐹푦=0 퐷+퐹−3551.68=0 Σ푀퐷=0 −1.1025∗3551.68+퐹∗2.205=0 Reacciones: 퐹=1775.84 N 퐷=1775.84 N
  58. 58. Grupo 2 | 57 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.1.4 Análisis viga (D E F) mediante el método de las secciones Determinación de los momentos flectores y fuerzas cortantes viga (D E F) Cálculo de las fuerzas cortantes 0 m≤x<1.1025 m ΣFy=0 V1=1775.84 N 1.1025 m≤x<2.205 m ΣFy=0 V2=−1775.84 N Cálculos de los momentos flectores 0 m≤x<1.1025 m ΣM1=0 M1=1775.84∗x 1.1025 m≤x<2.205 m ΣM2=0 M2=1775.84∗x−3551.68∗(x−1.1025) Diagrama fuerza cortante viga D E F Diagrama momento flector viga D E F
  59. 59. Grupo 2 | 58 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.1.5 Análisis viga (I J) mediante el método de las secciones Determinación de las reacciones viga (I J) Cálculo de las reacciones I J Fp=3221.48∗1.52=4896.65N ΣFy=0 I−4896.65+J=0 ΣMI=0 −4896.65∗ 1.522+J∗1.52=0 I=2448.33 N J=2448.33 N
  60. 60. Grupo 2 | 59 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.1.6 Análisis viga (I J) mediante el método de las secciones Determinación de los momentos flectores y fuerzas cortantes viga (I J) Cálculo de las fuerzas cortantes 0 m≤x<1.52 m ΣFy=0 V1=2.448.33−3221.48∗x Cálculos de los momentos flectores 0 m≤x<1.52 m ΣM1=0 M1=2448.33∗x+3221.48∗ x22
  61. 61. Grupo 2 | 60 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.1.7 Diagrama general Diagrama general de reacciones en la estructura Vista frontal Vista lateral En la figura se aprecia la vista superior de la estructura, las líneas diagonales representan los pilares principales, las líneas que se muestran paralelas al centro representan las vigas auxiliares, también se representan las columnas principales. Se observan sus reacciones.
  62. 62. Grupo 2 | 61 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.2 Determinación de las fuerzas cortantes y momentos flectores mediante el prontuario básico para el análisis de estructuras simples A continuación se determinan las fuerzas cortantes y los momentos flectores, mediante el prontuario básico para el análisis de estructuras simples. 13.1.2.2.1 Análisis viga (A B C) mediante el prontuario básico para el análisis de estructuras simples Análisis viga (A B C) Cálculo de las reacciones A B C RA=RC=1331.88 N RB=4439.6 N Cálculo Fuerza cortante VAB= q8∗(3l−8x) VA=1331.88 N VBizq=−VBder= −5ql8=−2219.8 N VBC= q8∗(13l−8x) VC=−1331.88 N Cálculo momento flector MAB= q∗x8∗(3l−4x) MBC= q8∗(2l−x)(4x−5l) MB= −q∗l28=−489.466 Nm Mmáx= 9∗q∗l2128=275.325 Nm
  63. 63. Grupo 2 | 62 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.2.2 Análisis viga (D E F) mediante el prontuario básico para el análisis de estructuras simples Análisis viga (D E F) Cálculo de las reacciones D E RD=RF= F2= 4439.62=2219.8 N Cálculo Fuerza cortante VDE= F2=2219.8 N VEF=− F2=2219.8 N Cálculo momento flector MDE= F2∗X MEF= F2∗(L−X) Mmáx=ME= FL4=2447 Nm Diagrama fuerza cortante viga D E F Diagrama momento flector viga D E F
  64. 64. Grupo 2 | 63 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.2.3 Análisis viga (I J) mediante el prontuario básico para el análisis de estructuras simples Análisis viga (I J) Cálculo de las reacciones I J RI=RJ= 3221.48∗1.522=2448.32N Cálculo Fuerza cortante VIJ=q( L2−X) VI=−VJ= qL2= 3221.48∗1.522=2448.32N Cálculo momento flector Mij= qX2∗(L−X) MK=Mmáx= q∗L28=930Nm
  65. 65. Grupo 2 | 64 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.2.4 Diagrama general Diagrama general de reacciones en la estructura Vista frontal Vista lateral En la figura se aprecia la vista superior de la estructura, las líneas diagonales representan los pilares principales, las líneas que se muestran paralelas al centro representan las vigas auxiliares, también se representan las columnas principales. Se observan sus reacciones.
  66. 66. Grupo 2 | 65 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.2.3 Comparación de resultados Al comparar ambos métodos se observa que la viga principal (A B C), mediante el primer método se obtiene una fuerza cortante máxima de 2219.8 N, mientras que con el segundo, la fuerza cortante máxima es de 1957.86 N, esto se debe a el cálculo en las reacciones de los apoyos. Atendido a que el método utilizado con el prontuario entrega un valor cercano al real, no así en el caso de las secciones, ya que debido a las simplificaciones en los apoyos -dado a que son hiperestáticos- este error es propagado a todas las vigas, debido a que las reacciones son diferentes. Al comparar los diagramas de momento flector de la viga principal (A B C), se observa que en el método de las secciones, es despreciado el momento generado en el centro, por lo cual al realizar la gráfica, este tiene un valor 0, esto se debe a la idealización del problema. El método del prontuario, representa de mejor manera la situación real, las gráficas de las demás vigas, que se aprecian en los diagramas de fuerzas cortantes y momentos flectores son de igual forma, pero presentan pequeñas diferencias en sus valores máximos, esto se debe a la situación mencionada anteriormente de propagación del error. 13.1.3 Cálculo de los esfuerzos cortantes y esfuerzos normales Para realizar el cálculo de los esfuerzos cortantes se utilizan los resultados proporcionados por el prontuario básico de estructuras, para calcular los esfuerzos normales se ocupan 2 métodos, el primero es mediante los datos obtenidos del catálogo (Cintac, 2013), el cual específica los datos necesarios para determinar los esfuerzos, entregando una aproximación cercana a la real. El segundo método, se determina mediante Steiner, en el cual son calculados los datos necesarios para determinar los esfuerzos, este método entrega una aproximación con un pequeño grado de inexactitud debido a los decimales utilizados. Cálculo de esfuerzos cortantes y esfuerzos normales Información obtenida del catálogo (Cintac, 2013) de los perfiles ocupados:
  67. 67. Grupo 2 | 66 Proyecto de estructura para condensadores Frival El esfuerzo cortante, se calcula en la sección de la viga donde sea máximo, es decir en el eje neutro 휏= 푉∗y∗퐴 (푡∗퐼)  휏: esfuerzo cortante en el miembro a un punto situado a una distancia y  푉:fuerza cortante interna resultante  푦:distancia del centroide de A al eje neutro  퐴:área sección superior  푡:ancho de la sección transversal respecto al eje neutro  퐼:momento de inercia de toda la sección transversal respecto al eje neutro El esfuerzo normal se calcula, en la sección donde sea más desfavorable, es decir en la sección más alejada al eje neutro. 휎= 푀푚á푥∗푌 퐼 = 푀푚á푥 푊  휎: esfuerzo normal máximo en el miembro  푀푚á푥: momento máximo  푌: distancia perpendicular al eje neutro al punto más alejado de este eje.  퐼: momento de inercia de toda la sección transversal respecto al eje neutro
  68. 68. Grupo 2 | 67 Proyecto de estructura para condensadores Frival 13.1.3.1 Cálculo de esfuerzos cortantes viga (A B C) mediante catálogo Cintac Análisis esfuerzo cortante viga (A B C) principal Esfuerzo cortante El esfuerzo cortante, se calcula en la sección de la viga donde sea máximo, es decir, en el eje neutro. 푉푚á푥=2219.8 푁 휏= 푉∗푌∗퐴 (푡∗퐼) 휏= 2219.8 푁∗0.01875 푚∗ 0.000574 푚220.004푚∗5.047∗10−7푚4 휏= 5.917 푀푃푎 Conclusión Como el 휏푐푎푙푐푢푙푎푑표.es menor que el 휏푝푒푟푚푖푠푖푏푙푒, se concluye que la viga no falla debido a esfuerzos cortantes y que se encuentra sobredimensionada, ya que el 휏푐푎푙푐푢푙푎푑표 es mucho menor que 휏푝푒푟푚푖푠푖푏푙푒.

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