INGENIERÍA CIVIL UNIDAD I
UNIDAD I COMPONENTES BÁSICOS DE LA MAQUINARIA PESADA Y ASPECTOS FUNDAMENTALES
1.1. POTENCIAS Y FUENTES DE ENERGÍA El equipo de construcción que se usaba hace un siglo, se accionaba por fuerza animal y por la potencia del vapor de agua. El uso de la fuerza animal ha persistido hasta nuestros días en algunos países subdesarrollados. Las
diversas
formas
de
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potencia de los motores de combustión interna, posteriormente, a la potencia del aire comprimido y a la potencia hidráulica, y puede pasar, antes de que transcurran muchos años, a la potencia nuclear. La capacidad de potencia de una unidad generadora radica en la energía existente en el combustible, la cual ha de ser transformada en potencia útil. Esta energía puede estar en forma de: ●
Energía química: como en un trozo de carbón mineral o en un litro lit ro de gasolina
●
Energía térmica: como en el vapor de agua almacenado en una caldera o en los
gases encendidos en una máquina de combustión interna ●
Energía eléctrica: como la entregada en las terminales de un acumulador.
●
Energía mecánica: como la entregada en la flecha motriz de un motor.
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Energía atómica: como la existente en los materiales nucleares de alta energía y la
reacción en cadena. La eficiencia de las máquinas, es decir, las relaciones de la energía entregada por la máquina a la energía alimentada a esta, está expresada en porcentajes, como son: Máquinas de vapor
6-10%
Motores de gasolina
20-30%
Motores diesel
30-40%
Motores eléctricos
75-95%
Potencia de vapor de agua: La potencia de vapor de agua fue la primera forma de transmitir fuerza mecánicamente para accionar equipos de construcción, sin utilizar animales. El desarrollo de esta forma de potencia fue promovido por James Watt. En la actualidad, el uso del vapor de agua para los equipos de construcción a desaparecido prácticamente.
Potencia de combustión interna: Esta máquina genera su potencia de la energía térmica contenida en la gasolina o en el combustible diesel. El primero que se desarrollo fue el motor de gasolina, posteriormente se logró un mejoramiento notable, usando vapor de aceite con gas para formar gasolina como combustible. Con esto se pudo fabricar un motor mucho más ligero, aventajando aun mas a la potencia del vapor, este motor logró una revolución de 800-1000 revoluciones por minuto.
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Potencia eléctrica: Habiendo energía eléctrica disponible, no hay otra forma más barata para accionar equipo. Su utilización debe preferirse para trabajos de construcción que han de realizarse en áreas pobladas, en las que ya existen líneas eléctricas para llenar los requisitos de potencia de grúas y malacates para construcción de gran altura, plantas mezcladoras de asfalto y de concreto.
Potencia hidráulica: El sistema hidráulico utiliza una bomba hidráulica de diseño especial como generador de potencia, situada cerca del operador, y un conjunto de cilindros hidráulicos situados en los puntos estratégicos para aplicar el trabajo.
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1.2. TREN DE FUERZAS Embragues: Para utilizar el torque en la transmisión, existe un grupo de embragues de diferentes materiales y diseños de canales o ranuras para desplazar el aceite y transmitir la fuerza al engranaje elegido. El embrague es un sistema que permite transmitir o no una energía mecánica a su acción final.
Engranajes: La transmisión, el diferencial y los mandos finales están compuestos de engranajes que requieren lubricación en condiciones extremas.
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Frenos: la mayoría del equipo pesado tiene frenos en el eje donde son enfriados
por el aceite. Rodamientos y cojinetes: En todos los puntos de apoyo de los ejes hay cojinetes o rodamientos que requieren lubricación por aceite. Cuando se tiene que sujetar un eje en torno al cual puede rotar de un sólido, los elementos de sustentación se llaman cojinetes.
1.3.
SISTEMAS AUXILIARES El uso principal de la potencia eléctrica en el equipo móvil es en el sistema de
control eléctrico. El sistema consta de un generador accionado por el motor de combustión interna, que provee energía a la variedad de motores eléctricos situados en el equipo. En los equipos de alta velocidad, los motores accionan la dirección hidráulica y los frenos hidráulicos, así como las luces y otros dispositivos pequeños. En un tractor de orugas un motor eléctrico puede accionar el mecanismo de elevación y descenso de la cuchilla, y ejecutar otros ajustes de la operación. La potencia hidráulica puede aplicarse para accionar los frenos y la dirección en los equipos de movimiento rápido. Puede usarse con igual ventaja para accionar diversos
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mecanismos de los equipos para movimientos de tierras. Por ejemplo, puede manejar las partes siguientes en tractores de orugas: elevación y movimientos angulares de la cuchilla; niveladores motorizados o motoconformadoras; cargadores frontales (elevación del cucharon, inclinación del mismo, etc.); elevación del depósito y del faldón, y accionamiento del expulsor. Se llama freno a todo dispositivo capaz de modificar el estado de movimiento de un sistema mecánico mediante fricción, pudiendo incluso detenerlo completamente, absorbiendo la energía cinética de sus componentes y transformándola en energía térmica. El freno esta revestido con un material resistente al calor que no se desgasta con facilidad, no se alisa y no se vuelve resbaladizo.
Los frenos de tambor tienen dos zapatas semicirculares que presionan contra la superficie interna de un tambor metálico que gira con la rueda. Las zapatas están montadas en un plato de anclaje; este plato está sujeto en la funda del eje trasero en la suspensión para que no gire.
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El freno de disco consiste en un disco de hierro fundido o rotor que gira con la rueda, y una pinza o mordaza (caliper) montada en la suspensión delantera, que presiona las pastillas de fricción (balatas) contra el disco.
Ventajas e Incovenientes
Frenos de tambor (expansión) ○
○
Ventajas
Gran superficie de rozamiento.
Más duradero.
Inconvenientes
Acumula calor
Peligro de fadding
Frenos de disco (compresión) ○
○
Ventajas
Eficaz
Mejor refrigeración
Inconvenientes
Mayor desgaste
1.4. MEDIOS DE LOCOMOCIÓN Los equipos móviles de construcción, tales como tractores, excavadores, transportadores portátiles, pavimentadoras de concreto y máquinas de acarreo pueden tener cierta variedad de montajes en carriles de orugas y los montajes sobre ruedas con neumáticos. Los montajes sobre ruedas pueden ser de un solo eje o de varios eje, y pueden servir simplemente para permitir el arrastre de los equipos por una unidad motriz.
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Un equipo móvil de construcción que deba trabajar sobre superficies de material tosco o suelto, que aportan un apoyo deficiente, debe estar montado sobre carriles de oruga. El montaje de oruga aporta el máximo de área de apoyo para los trabajos en tierra suelta, a la vez puede soportar el mayor abuso de la superficie de soporte en terrenos ásperos. La gran mayoría de equipo de construcción e de montaje sobre neumáticos que se emplean en los equipos sin auto-propulsión, son por lo general, neumáticos ordinarios fabricados para vehículos de carretera. En el caso de la gran variedad de equipos de autopropulsión se fabrican neumáticos de muchos tamaños para satisfacer las distintas necesidades de soporte y movilidad. Para el equipo que trabaja en terreno blando, es mejor un neumático de baja presión porque da una menor resistencia al rodamiento, que un neumático de alta presión.
1.5. CONTROL Y MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA Para que el equipo de construcción sea eficaz debe funcionar en la forma para la que fue diseñado, simplemente para que justifique la inversión que implico. Un equipo puede no estar en condiciones de trabajo, y necesitar reparación para recuperarlas. Debe de observarse que, al no trabajar un equipo, no solo se pierde el dinero que deja de generar, si no que, su paro por descompostura, resulta muy costoso si se toman en cuenta al operador y trabajadores y equipos interdependientes relacionados con su operación. Por esta razón tan importante es necesario mantener el equipo en óptimas condiciones.
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Mantenimiento preventivo. Comprende el procedimiento para seguir las medidas correctas que permiten conservar el equipo en buenas condiciones de trabajo. Los gerentes del equipo encuentran que es difícil lograr que los operadores, mecánicos y supervisores de construcción acepten el concepto del mantenimiento preventivo. Los fabricantes de equipo destacan a menudo la disponibilidad como la característica mas importante de un equipo de construcción confiable.
Un equipo confiable mantenido adecuadamente, debe tener una disponibilidad mayor del 90%. El equipo más antiguo puede tener una disponibilidad un poco más baja, pero nunca debe ser menor que el 80%, todo equipo cuya disponibilidad sea menor a esta cifra, debe reponerse y se diseña el programa activo de mantenimiento preventivo para mejorar la disponibilidad del equipo.
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Control y registro de mantenimiento. Debe protegerse al equipo para evitar que sus partes se oxiden, o se deterioren. Esto se logra cubriendo o pintando las bases de la maquinaria que puedan sufrir algún tipo de daño por exposición a la intemperie. La necesidad de una inspección frecuente y en ocasiones diaria, se justifica por la detección de fallas en alguna parte del equipo, antes que se presente algún paro costoso. La lubricación eficiente es necesaria para reducir al mínimo, el rozamiento y el desgaste de las partes móviles. Las formas sugeridas por un gerente de servicio al equipo, son solo 5, y son las siguientes: 1.
Memorándum diario del operador: para indicar que operación de construcción hizo el equipo durante cuantas horas, e informar sobre problemas eventuales que haya observado.
2. Registro mensual del equipo: preparado por un oficinista para resumir los informes diarios relativos a cada equipo. 3. Lista de verificación del mantenimiento preventivo: para comprobar que se atendieron todos los puntos relativos al enfriamiento, transmisión, parte inferior del equipo y demás sistemas, así como que se atendieron todos los puntos de lubricación a cubrir por el personal del taller de mantenimiento en los periodos de inspección y de ajuste general. 4. Informe de reparación y mantenimiento de la unidad: para informar lo que se hizo al equipo en el taller en cada reparación no programada o mantenimiento irregular. 5.
Informe de control de mantenimiento preventivo: para que el gerente de equipo registre las inspecciones y reparaciones mayores que se hagan, y las horas de trabajo comprendidas entre las mismas, durante toda la vida del equipo.
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