Mantenimiento de Maquinaria de Planta

Mantenimiento de maquinaria de planta

MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA DE PLANTA C13-4-ABC

Proyecto integrador DISEÑO DE GRÚA PUENTE E IPER EN EL TALLER Autores: Paco Ventocilla, Elvis Flores Orihuela, Ernesto García Quinto, Carlos Lima-Perú 2011-I

Grúa puente

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INTRODUCCION En el presente proyecto a se va a diseñar una grúa puente, es tipo de aparato de elevación compuesto por una viga, apoyada sobre dos carriles elevados sobre unos postes, El movimiento longitudinal se lleva a cabo mediante la translación de la viga principal a través de los carriles elevados, el movimiento del carro es por rodaduras metálicas en este caso lo utilizaremos utilizaremos para el montaje de motores a los equipos pesados. Para lo cual vamos a realizar una serie de cálculos utilizando nuestros conocimiento de resistencia de materiales y elementos de máquinas, con el fin de realizar un diseño correcto se ha realizado una simulación en el programa inventor tomando en cuenta el cálculo de la estructura de la la grúa con todas las posibilidades de carga necesarias y los coeficientes de seguridad que según normas, posterior mente llevando a la realidad este proyecto estamos tomando en cuenta los costos y la seguridad alas persona a la hora de realizarlo. realizarlo.

Grúa Puente

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ESTRUCTURA DEL PROYECTO El proyecto está centrado en el diseño de una grúa grúa puente por medio de normas básicas de la ingeniería mecánica como el AISIC. Se ha pretendido a lo largo del proyecto explicar y justificar todas las decisiones tomadas. Sin olvidar el carácter práctico que ha de tener el diseño de una grúa, se ha indagado también en muchos aspectos teóricos al constituir este proyecto no tan sólo el diseño de una máquina sino el trabajo que pretender dar fin a una carrera. Tenemos como alternativa desarrollar componentes mediante cálculos

y/o

adquisición mediante una compra. También tenemos que tener en cuenta el costo total total del proyecto así como materiales a materiales costos unitarios y/o en cantidad para poder costear nuestra estructura asimilando una opción para la realización real del proyecto

Grúa Puente

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Origen del proyecto El proyecto tiene su origen en la posibilidad de tener acceso a movilización de maquinaria pesada mediante la grúa puente. Partiendo de una grúa ya existente y tras identificar todos sus conjuntos y componentes se ha procedido a un dimensionamiento principales elementos estructurales así como de sus accionamientos. Esta posibilidad de observar de cerca tanto la fabricación como las distintas operaciones de montaje de una grúa puente ha sido motivo suficiente como para intentar reforzar nuestros conocimientos.

Motivación La principal motivación para realizar este proyecto, a parte de la razón antes mencionada, es la posibilidad de diseñar una máquina en la que intervienen los conceptos y metodologías fundamentales de la ingeniería mecánica como son los pertenecientes a la mecánica fundamental, resistencia de materiales, estructuras, tecnología de fabricación y más específicamente los de cálculo y diseño de máquinas. El proyecto ha tenido que emplear toda la metodología necesaria para diseñar una máquina, desde las hipótesis de cargas hasta el dimensionamiento de sus distintos componentes. Además, en el diseño de maquinaría no tan solo hay que resolver un problema sino que la mayoría de las veces también hay que plantearlo, cosa que resulta más difícil. Por último, ha sido relevante para elegir este proyecto la importancia de los aparatos de elevación en la sociedad actual donde la gran mayoría de edificaciones utilizan una grúa para agilizar los trabajos de construcción y/o elevación de cosa pesadas.

Grúa Puente

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CALCULO BÁSICO DE LA VIGA PRINCIPAL DE LA GRÚA PUENTE

Se modela la viga como sigue:



Se consideran perfiles W de ala ancha por ser lo común en las aplicaciones

Como la viga considerada tiene perfil simétrico, se seguirá el siguiente procedimiento, usando el modulo de sección S: S= modulo de sección

   



= momento máximo en la viga (N-m )





Esfuerzo de fluencia del material Factor de se uridad

Como se ve, para hallar “S” necesitamos el momento máximo en la viga, se hallará usando el método conocido. Se demuestra que el caso crítico es en el centro. En base a ese caso se hará el diseño, ya que si no falla en el caso más crítico, tampoco lo hará en las posicion es de mas “alivio”.

Grúa Puente

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Como se conoce la viga a seleccionar, tampoco se conoce su peso, en este caso es importante el propio peso de la viga, ya que es larga; para considerarlo se realizara un procedimiento de “ensayo de error”

La carga considerada para que la grúa levante (carga brutal) es 5 ton lo que equivale a 49050N (49,05KN). Cada par de ruedas soportara 24525N (24,5KN) El DCL de la viga se muestra a continuación: (Sin considerar el peso propio de la viga)

Grúa Puente

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Se muestra en el análisis completo de la viga con los diagramas de fuerza cortante y momento flector

                   

∑    Grúa Puente

Página 7


 ∑          

       Grúa Puente

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Ahora falta el esfuerzo permisible que se basa en el material y en el factor de seguridad que depende de las características de la aplicación Material: Acero Estructural ASTM A-36 comercial)

(Uno de los más usados y más

    Esfuerzo de fluencia (siempre basamos el diseño en el esfuerzo de fluencia) Factor de seguridad: inicialmente se considera 3 (sujeto a variaciones posteriores por normas u otros factores)

       Ahora entonces se puede hallar el modulo de sección “S”

                    Este es el modulo de sección requerido (mínimo)

Grúa Puente

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Con ese modulo requerido recurrimos a las tablas de los Perfiles w (de ala ancha) Consideramos dos posibilidades:

Primera w310x129 S= 1930x103mm3 129 Kg/m

Segunda W410x114 S= 2200x102mm3 114 Kg/m

Analizamos primero W 310 x 129 consideramos el peso de la viga como una fuerza distribuida a lo largo de toda la viga:

129 Kg/m es 1265,5 N/m Como en el caso anterior las cargas son simétricas, por lo tanto las reacciones son iguales ∑Fy =0

Ra + Rb= 49000 + 1265,5 x 12 Ra = Rb= 32093 N 

se muestra en el grafico de V y M:

Grúa Puente

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32093-1265,5x-v=0 V=32093-1265,5 -(1265,5x)

 -(32093-1265,5X) X + M=0

M=632,75X 2 + 32093X

32093-1265,5X -24500-V=0 V=7593-1265,5

        Grúa Puente

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M es máximo en el punto medio

X= 6 M= 163654 N-m = Mmax Se comprueba el modulo de sección

   

S= 1950 x 10 3 mm3 Recordamos: la viga w310x129



= 1930 X103 mm3

Entonces la viga seleccionada no resiste Al tener la otra viga preseleccionada de mayor modulo de sección y menor peso, consideramos sin necesidad de hacer cálculo la viga

W410 X 114 según la tabla hallamos sus dimensiones

Grúa Puente

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Presentando la simulación veremos lo siguiente

El desplazamiento según el programa inventor ver imagen

A continuación presentamos el informe del inventor con algunos detalles extras:

Grúa Puente

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Grúa Puente

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Grúa Puente

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Grúa Puente

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Grúa Puente

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SEGUNDO AVANCE 1. SELECCIÓN DEL TIPO DE VIGA Y MECANISMO DE ELEVACIÓN Esta selección se basa en la carga a elevar y en la luz del puente. Se toma como base un catalogo de la marca Demag, el grafico 1 se interseca luz: 12m capacidad de carga; 5 toneladas, el punto cae dentro de la sección EKKE en el grafico se ilustran los diferentes tipos de vigas y mecanismos de elevación. Se selecciona:

Grafico N°1 bajo normas AISC

Grúa Puente

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 

Viga I laminada Carga Monorail

También se muestra en otro catalogo de DEMANG los limites para una grúa puente con viga I laminada monorail y se observa que es coherente (figura 1)

Figura N°1

Se verifica que esto además este acorde con la normatividad AISC y lo común en la industria. 2. VELOCIDAD DE ELEVACIÓN TRASLADO DEL CARRO Y TRASLADO DEL PUENTE NORMAS DIN 

Velocidad de elevación:

Es frecuente que existan dos velocidades una de elevación principal y otra de elevación de presión:

Grúa Puente

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Se selecciona de acuerdo ala a capacidad de carga y a la distancia vertical máxima que se considera 6 (ver tabla 1) Capacidad de carga (T) 0.5 1 2 5 8 10 16 20 25

Distancia vertical Elevación máxima principal (m) (m/min) 3 15 5,5 5 11 8 3,5 5 7 10 3,5 4 7 8 8 12 3,5 5 12 12 3,5 4 6 4 6 5 6 6 Tabla N°1 según normas AISC

Elevación de precisión (m/min) 4 1,25 2 0,5 1 0,4 0,8 1,2 0,5 1,2 0,4 0,6 0,5 0,6

Elevación principal: 8 m/min Elevación de presión: 0.8 m/min 

Velocidad de traslación del carro:

Se considera la gráfica 2 para obtener el máximo rendimiento

Grafica N°2 según normas AISC

Grúa Puente

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Luz grúa: 12 m Vt carro: 19 m/min Velocidad de traslación del puente:



Es función de la distancia a cubrir por el puente. Se considera 20 m Ver gráfico 3:

Grafico N°3 según normas AISC

Vt puente: 25m/min Nota: estas velocidades son necesarias para el cálculo de las potencias de los motores ahí su importancia.

3. CALCULO DE LA VIGA PRINCIPAL SEGÚN NORMA AISC (INSTITUTO AMERICANO DE CONSTRUCCIÓN EN ACERO ) NOMENCLATURA  

L: luz del puente: 12 m P: reacción en las ruedas

    N

P= 

Se considera el peso del carro 500 kg (4905 N) es una es una suposición conservadora.

    

Grúa Puente

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4. MOMENTOS VERTICALES 

Momento máximo debido a la carga móvil (M 1)

     ( )

 

5. MOMENTO MÁXIMO DEBIDO AL PESO DE LA VIGA (M 2) 

Considerando el peso de la viga W 410 x 114 W: 114 kg/m o 1118.34 N/m

    

Donde

  

W: peso de la viga por unidad de longitud: 1118.34 N/m L: luz del puente: 12 m

6. MOMENTO MÁXIMO DEBIDO AL FRENADO DEL APAREJO (M3)



      

Aceleración del aparejo:

                



Grúa Puente

Donde Q es carga total en el gancho

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7. MOMENTOS HORIZONTALES 



Flexión horizontal por la carga móvil

           

Flexión horizontal por la carga viga

8. MOMENTOS TOTALES 

Momento Total Vertical (M V)

                      LOS COEFICIENTES

el grupo de elige de la

siguiente manera ver tabla N°2;

1

2

3

4

Grupo

Tiempo de servicio especifico Pequeño

Carga especifica

Impacto

pequeño

Normal

Grande Pequeño Pequeño Grande Grande Pequeño Grande

Pequeño grande pequeño Grande Pequeño Grande grande

Normal Normal Fuerte Normal Fuerte Fuerte Fuerte

I II II IV

Tabla 2. Clasificación de grúas normas DIN

Grúa Puente

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la tabla 3 da una orientación para clasificar los tipos más importantes de grúa en los cuatro grupos de la tabla.

Nro.

Tipo de grúa

1 2 3 4 . 5 6 7 8 9 10

grupo

Elevadores de pequeña potencia y elevadores Grúas de salas de maquina Grúas para levantar locomotoras Grúas de talleres y almacenes de pequeña carga Grúas de gran carga Grúas de montaje Grúas de fundiciones Grúas de remachar Grúas para astilleros Grúas para carga pesada Grúas giratorias , grúas pórtico y grúas flotantes A) Servicio para bultos B) Servicio con cucharada automática y electromagnética. Vigas de puente de carga ,teleféricos y sin . a) Servicio para bultos b) Servicio con cucharada automática

11

12 13

Puente basculante Grúas torre para todo tipo de construcción

I I Y II II II Y III II I a III II Y III II Y III II I Y II II III Y IV II II Y III III I Y II

Tabla 3. Clasificación de los tipos de grúas en los cuatro grupos normas DIN

Tabla 5. Coeficiente de compensación ψ

1

2

Grupo

Ψ

I

1,2

II

1,4

III

1,6

IV

1,9

Grúa Puente

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Tabla 6. Coeficiente de impacto



Impactos de los carriles de rodadura Existente

No existente o soldado Velocidad en m/s

1

2

≤ 1,0

≤ 1,0

> 1,0

> 1,0

3

1,1 1,2

En las hipótesis indicadas en la tabla 5 y tabla 6 Puede tomarse ψ= 1 al considerar la sobre carga máxima

 

9. MOMENTO TOTAL HORIZONTAL

        



10. FUERZAS VERTICALES DE CORTE 

Carga móvil

                





Carga fija





Carga de corte total

 Grúa Puente



;

Página 25


11. MÁXIMA FLECHA

       

12. MÍNIMO MOMENTO DE INERCIA Acero A-26 E=200GPa

    [   ]    





Se escoge de tablas W410 X 149

         



Recordemos que en el anterior calculo, se había escogido W410 X 149 ahora se escoge una más robusta porque se está considerando el peso del carrito y además se está trabajando bajo normas AISC.

DIMENSIONES Y CARACTERISTICAS DEL PERFIL W410 X 149 AREA TOTAL

                

AREA DEL ALMA

AREA DEL PATIN

ANCHO DEL PATIN

ESPESOR DEL PATIN PERALTE

ESPERSOR DEL ALMA

Grúa Puente

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13. ESFUERZOS ADMISIBLES A LA FLEXIÓN: 

Área total:



  



A=19000

;

 

    

Si:

                  ( )         ;

I)



Como se cumple el caso I) hallamos

= 16.52Ksi =113,9Mpa

II)

   

       Grúa Puente

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

Además :

              

finalmente



14. ESFUERZOS DE TRABAJO: 

momentos resistentes

               

;

0.002870

;

5.86*

            

     Por lo tanto es correcto

Grúa Puente

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15. CHEQUEO DEL ANGULO LOCAL

  √           16. USO DE LOS ATIESTADORES Al ser la carga pequeña (relativamente) y la luz también, la norma AISC descarta el uso de atiestadores para hacer el cálculo. Con todo este cálculo y verificaciones se asegura que la viga principal de la grúa puente cumpla con toda la normativa AISC

17. POTENCIA DE LOS MOTORES ELECTRICOS 

motor para la elevación

                

Se recomienda un motor de 12 a 15 HP de acuerdo a su disponibilidad

Grúa Puente

Página 29




motor para desplazamiento del carro

G: Peso del carro=4950N

    

Q: carga en el gancho: 49050 N W: factor de resistencia a la

RODADURA

     N = 80%

Reemplazando

  

Pero se recomienda un motor de 0.5 HP (porque es difícil de encontrar un motor de 0.2 HP)



motor para desplazamiento del puente

          

W´ = 1118.14 N/m



L´= 12m G= 4905 N Q= 49050 N W= 7/1000 (rodamiento) n= 80%

  Grúa Puente

0.17 HP

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Pero se recomienda un motor de 0.3 HP en cada viga testera

Corrección y aumento del proyecto integrados por unos puntitos extras

Grúa Puente

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Calculo de los pernos de unión entre la viga principal y el carro que se desplaza en la viga testera

Esta es la sección que ira unida (COTA ESTA EN mm)

Considerando la carga total F: 1118.34 X 12 + 500 X 9.81 + 4960 F: 67375.1 N Se considera solo el cortante de los pernos por considerarse la unión articulada

                  

Grúa Puente

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Donde F: carga total N: Numero de pernos 4 A: Área de cada perno S: resistencia mínima del perno (tablas)

SE USARAN PERNOS DE GRADO 7 (VER TABLA)

    

   

se escogen pernos de grado 7 de 5/8 in

     Grúa Puente

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CALCULO DE LA VIGAS TESTERAS Se consideran las vigas testeras con apoyos cada 3 metros. La carga que soportara ser a la mitad de la carga total y el cao crítico es cuando este en el centro de cada viga:

                         

Material acero estructural ASIM A 36

Modulo de la sección:

Se escoge para las vigas testeras W 310 X 52 con apoyo cada 3 metros

Grúa Puente

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Cuadro IPER Etapas del trabajo

Tipo de riesgo Riesgo potencial

Desplazaiento del material

Caídas a distinto nivel

Caída del operario desde el puente en operaciones de mantenimiento


Caídas al mismo nivel

Golpes contra objetos depositados en el suelo, caída a nivel de suelo


Caída de objetos por desplome o derrumbe

Rotura en el sistema de elevación por sobrecarga y daños en la estructura del puente

Elevacion del material


Caída de la carga por rotura del cable



Rotura de accesorio de elevación y caída de la carga

Grúa puente

Efecto

Múltiples lesiones, fracturas, incapacidad temporal o permanente Lesiones menores, interrupción momentánea de las actividades Paralización total de las actividades y posibles lesiones graves de operarios Paralización total de las actividades y posibles lesiones graves de operarios Paralización total de las actividades y posibles lesiones graves de operarios

Nivel de Consecuencias Probabilidad riesgo

4

1

5

4

4

1

4

1

2

2

Control adicional requerido

M

Instalación de barandas adecuadas. Uso de equipo de seguridad para trabajo en altura por parte del operario

M

Mantener el espacio de trabajo y los pasillos de circulación libres de obstáculos y debidamente señalizados

A

Instalación de un dispositivo limitador de sobrecarga. Indicar claramente la capacidad nominal del puente en un lugar visible

A

Verificación periódica del estado de los cables. Comprobación del correcto enrollamiento de los cables en el tambor. Sustitución de los cables que presenten corrosión

A

Realizar un marcado de las características esenciales en todos los accesorios de elevación

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Caída de objetos en manipulación


Caída de objetos en manipulación

Fijacion de las vigas de desplazamiento

Caída de objetos desprendidos


Choque contra objetos inmóviles



Ensamble de las vigas

Grúa Puente


Lesiones en operarios Caída de la carga en presentes cerca el descenso a la zona de caída Golpes con la carga Lesiones en o caída por operarios o oscilaciones daños en la originadas al chocar estructura del con los topes taller Lesiones en Caída de la carga operarios por mala sujeción presentes cerca del gancho de a la zona de elevación caída Daños a objetos Pérdida del control inmóviles en el de la carga por no taller y acompañamiento posiblemente a del operario operarios Daños a objetos inmóviles en el Golpes con ganchos taller y posiblemente a operarios Daños a objetos Golpes contra inmóviles en el obstáculos durante taller y el guiado de la carga posiblemente a operarios

3

3

2

3

M

Instalación de un dispositivo de seguridad a la salida del motor que detecte fallos para evitar la caída de la carga durante el descenso

A

Instalación de dispositivos de fin de carrera superior e inferior. Dispositivo de final de carrera de traslación del carro

3

3

A

Colocación de pestillos de seguridad en los ganchos de elevación por la parte interior del mismo

2

3

M

Formación especializada a los operarios dedicados al manejo de puentes grúa

2

4

A

Los trabajos sin carga deben ser realizados a altura

A

Correcta identificación de los movimientos del puente en los mandos de control. Instalación de un sistema de parada de emergencia. Mantener el puesto de control con gran visibilidad

2

4

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Atrapamiento por o entre objetos

Golpes, atrapamientos o aplastamiento de operarios


Exposición a contactos eléctricos

Riesgo de contacto eléctrico especialmente en operaciones de mantenimiento

soldado del material

salipicadura en Perdida de la vista los ojos

soldado del material

posibles Quemaduras de quemaduras en tercer grado el operador

soldado del material soldado del material

Fijacion final

Grúa Puente

irritacion en los ojos e iirtacion caida del operador desde distintos niveles

Otros

Lesiones de moderadas a graves, incapacidad temporal o permanente, incluso la muerte Lesiones moderadas graves, incapacidad temporal Lesion grave y el operador no esta apto para realizar el trabajo

4

2

A

Señalización de zonas exclusivas para la circulación de la carga. La carga no será transportada nunca por encima de los trabajadores

4

2

A

Aislamiento y protección de todas las piezas bajo tensión a lo largo de toda su longitud. Vestimenta adecuada del operario de mantenimiento

4

2

A

Usar lentes de seguridad bajo normas

Perdida de algun miembro

4

2

A

Tener implementos adecuados para el soldado

Posible ceguera y dolor de la vista

Perdida de la vista

4

2

A

Tener horarios intercalador para no producir irritacion

Fracturas y contracciones musculares

Lesiones graves e incapacidad temporal

4

2

A

Uso de arnes y seguridad de desplazamiento

Accionamiento del puente grúa en situaciones de riesgo, por fallo de corriente, exceso de carga

Fallo del sistema eléctrico y/o mecánico de la grúa

M

Instalación de un dispositivo de bloqueo de movimientos en caso de detectar alguna de las anomalías mencionadas

2

3

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Fijacion final

Grúa Puente

Otros

Accidentes debidos a la utilización por personal no especializado

Errores en la operación en general

3

2

M

Dispositivo de puesta en marcha que evite la utilización por operarios no especializados en el manejo de puentes grúa

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SEGURIDAD EN LA INSTALACION DEL PUENTE GRUA

Para un sistema de seguridad adecuado tenemos que tener presente cada uno de estos parametros, para trabajar con la seguridad y confianza que el operador debe tener. Para concluir un trabajo seguro y eficiente y sin mayor inconveniente. En las siguientes imágenes mostraremos algunos casos que deben tenerse en cuento ala hora de la instalacion de un puete grua. Primero tener en cuenta las dimensiones del ambiente y trabajo a realizar.

Grúa puente

Página 39


ojo También tenemos que tener en cuenta los ELEMENTOS PRINCIPALES DE SEGURIDAD DE LOS PUENTES GRUA ……….en la siguiente figura se comentara acerca del tema

Grúa Puente

Página 40


Fuentes del desarrollo del proyecto integrador: Cita bibliográfica 

Aparatos de elevación y transporte, tomos I y II, H. ERNST. Ed. Blume, 1970 Normas DIN



Manual of Steel Construction, AISC. 13ava. Edición. 2008



Diseño de estructuras de acero, BRESLER. Ed. Limusa, 1976.



Diseño de acero estructural, J.E. BOWLES. Ed. Limusa, 1993



Grúas, LARRODÉ-MIRAVETE. Ed. Univ. de Zaragoza, 1996.



Mecánica de Materiales, GERE. Ed. Cengage Learning, 2009. Ya tenemos los calculas hecho de las ruedas del winche y de las vigas testeras Adema del modelado inventor eso lo guardamos para el día lunes también el presupuesto de costos del proyecto así mismo estábamos pensando poner unos planos de la instalación eléctrica de acuerdo a nuestros tiempos disponibles veremos si lo ponemos o no, además fundamentaremos por que compramos la viga por que otro método seria comprando planchas y soldándolo, espero que sea de su agrado esta corrección

Grúa Puente

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Mantenimiento de Maquinaria de Planta

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