FACULTAD DE INGENIERÍA MECANICA
CÁTEDRA
: DISEÑO DE MAQUINAS
CATEDRÁTICO
: ING. MAXIMO HUAMAN ADRIANO
SEMESTRE
: IX
INTEGRANTES
: o
AMBROSIO JAVIER EDERSON MANUEL
o
CAJAHUANCA PAITA ANGEL DANDY
o
CAMPOS VELIZ JOSUE TONY
o
HUAMAN RAMOS JHUSSE KLIN
o
ISLA HUAMAN GABRIEL GERMAN
HUANCAYO 2017
INDICE INDICE .........................................................................................................................................i INDICE DE TABLAS ................................................................................................................... ii INDICE DE FIGURAS................................................................................................................ iii INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................iv
1.
WINCHES ...................................................................................................... 1
1.1
Historia y/o estado de arte de los winches y tamboras ............................................. 1
1.2
WINCHES ........................................................................................................................ 3
1.3
Componentes de un Winche de Izaje: .......................................................................... 3
1.4
Aplicaciones más comunes .......................................................................................... 5
1.5
Tipos de Winche de Izaje: ............................................................................................. 5
1.6
LOS WINCHES EN LA ACTUALIDAD ........................................................................... 6
1.7
CONSIDERACIONES QUE SE DEBEN TENER EN LOS WINCHES DE SERVICIO ... 7
2.
TAMBORAS .................................................................................................. 8
2.1
DEFINICIÓN ..................................................................................................................... 8
2.2
LOS ELEMENTOS PRINCIPALES DE LA TAMBORA .................................................. 8
2.2.1
EJE PRINCIPAL ........................................................................................................... 8
2.2.2
LAS RANURAS: ........................................................................................................... 9
2.2.3
LAS PESTAÑAS:.......................................................................................................... 9
2.2.4
LOS EMBRAGUES ...................................................................................................... 9
2.2.5
LOS FRENOS .............................................................................................................. 9
2.2.6
DIMENSIONES .......................................................................................................... 10
2.3
CLASES DE TAMBORA ............................................................................................... 12
3.
CONCLUSIONES ........................................................................................ 13
4.
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................... 14
i
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Dimensiones de los tambores.................................................................. 10 Tabla 2 Tensión vs Presión para tambores grandes ............................................ 11 Tabla 3 Tensión vs Presión para tambores pequeños.......................................... 12
ii
INDICE DE FIGURAS Figura: 1 Componentes de los winches ................................................................. 4 Figura: 2 Componentes de los winches ................................................................. 4 Figura: 3 Tamboras del Winche de Uchucchacua – Buenaventura ....................... 8
iii
INTRODUCCIÓN El presente trabajo es referido a las tamboras y clases de tamboras que se utilizan en los winches de izaje para el trabajo minero, pero antes de pasar a definir y desarrollar las clases de tamboras que usan los winches se realizara una descripción de que son los winches de servicio, sus componentes y las aplicaciones de estos para tener una idea más clara del tema. Lo cual permitirá analizar el comportamiento de los diferentes componentes de un Winche de servicio, es decir realizar los cálculos respectivos para la construcción y evaluación de funcionamiento, así como realizar un análisis de fallas, antes durante y después de ocurrida esta, este procedimiento también es conocido como la ingeniería forense Tener en cuenta que el presente trabajo también permitirá entender La construcción, operación y mantenimiento de estos equipos, lo cual es fundamental en el desenvolvimiento del ingeniero mecánico, que también a partir ir de conocer estos componentes estructuras y funcionamiento se puede aplicar a oras tecnologías que tiene los mismos principios.
iv
1. WINCHES 1.1 Historia y/o estado de arte de los winches y tamboras “La evolución de los winches empieza por el cabrestante, malacate o árgano es
un dispositivo mecánico, compuesto por un rodillo o cilindro giratorio, impulsado bien manualmente o por un animal, o bien por una máquina, de vapor, eléctrica o hidráulica, unido el cilindro o rodillo a un cable, una cuerda o una maroma, que sirve para arrastrar, levantar y/o desplazar objetos o grandes cargas. Los malacates (del náhuatl malacate, huso, cosa giratoria) eran máquinas de tipo cabrestante, de eje vertical, muy usadas en las minas para extraer minerales y agua, que inicialmente tenían un tambor en lo alto del eje, y en su parte baja la, o las, varas a las que se enganchan las caballerías que lo movían. Posteriormente pasaron a utilizar energía eléctrica para mover un tambor horizontal y a estar en lo alto de una torre. Hoy en día se usa esta denominación para denominar a los cabrestantes en muchas partes de América Latina. Consiste en un rodillo giratorio, alrededor del cual se enrolla un cable o una maroma, provocando el movimiento en la carga sujeta al otro lado del mismo. En los cabrestantes manuales, unas barras cruzadas en los extremos del cilindro giratorio permiten aplicar la fuerza necesaria. Son parte integral, entre otras cosas, del equipamiento náutico. El cable puede ser de acero o un material sintético, como kevlar. El kevlar es más ligero y aguanta mejor los tirones, pero es menos resistente a las rozaduras durante el arrastre. La utilización de cabrestantes también está extendida a una gran variedad de labores industriales, entre las cuales se encuentra la minería. En minería los cabrestantes se emplean para la extracción de materiales y personal en jaulas 1
o trenes de vagones procedentes del interior de la mina. En el caso de las jaulas, los cabrestantes se disponen en el castillete del pozo vertical, y permiten el izado de una jaula minera en vertical. En el caso de los trenes de vagones, los cabrestantes permiten tirar de los mismos mediante un cable de acero u otro dispositivo, rodando el tren de vagones por la superficie inclinada. Otras aplicaciones de cabrestantes pueden ser el remonte de materiales a tolvas en las industrias cementera, metalúrgica y mineralúrgica, o el accionamiento de cadenas y cintas de producción en la industria. Se utilizaron metidas en construcciones a modo de caseta y entre otros lugares; formaban parte de la red de saneamiento de Bilbao. Existen aún numerosas construcciones de este tipo en municipios como Guecho. Hoy en día, malacate (winch en inglés) es un tambor que contiene enrollado un cable de acero, soportado por una base, que va fijado sobre una superficie fija, o bien sobre un vehículo. Es usado para arrastrar cargas, o, en el caso de vehículos, como ayuda para atravesar dificultades del terreno, o mover grandes pesos. Para el arrastre con malacate en un vehículo, es necesario tener en cuenta tres puntos: peso total del vehículo; característica del terreno o superficie; la inclinación de grado, o pendiente sobre la cual se moverá el vehículo. Pueden funcionar
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mediante motores e léctricos o sistemas hidráulicos”. Recuperado el día 18 de junio del 2017 del sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Cabrestante.
1.2 WINCHES Un Winche es un dispositivo mecánico, impulsado por un motor eléctrico, destinado a levantar, bajar, empujar o tirar la carga es decir desplazar grandes cargas.
1.3 Componentes de un Winche de Izaje: Dependiendo de las dimensiones y necesidades, un Winche de izane tiene los siguientes componentes:
Tambora (una o dos)
Motor
Sistema de seguridad: Lilly control, frenos, etc.
Palancas de control
Cables
Jaula, baldes o skips
Poleas
3
Figura: 1 Componentes de los winches
Figura: 2 Componentes de los winches
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1.4 Aplicaciones más comunes
Accionamiento de tapas de horno
Tensores de correa transportadoras
Contrapesos de correas transportadores
Winches para grúas
La aplicación más usual en nuestro medio es el uso minero para bajar e izar personal del interior de la mina y extraer material. siempre que cumpla con exigencias mínimas de seguridad. Ya que este tiene semejanza a los ascensores de los edificios En las minas importantes del Perú, se utiliza este Winche como maquinaria principal de transporte vertical para el arrastre de m ineral llamados winches de rastrillaje. Equipos similares de izaje que se usan son los elevadores eléctricos de aire o hidráulicos, grúas móviles, puentes-grúa y teclees.
1.5 Tipos de Winche de Izaje: Generalmente existen dos tipos de winches las de tamboras y f ricción Hoy en día hay dos tipos básicos de izaje disponibles en cualquier parte del mundo; el izaje con Winche de tambora, el cual enrolla el cable a la tambora, y el sistema koepe o de fricción en donde simplemente el cable pasa sobre la rueda durante el proceso de izaje.
Winches de tamboras Los Pequeños Productores Mineros y Mineros Artesanales, utilizan winches de izaje de tamboras, por ser maquinarias que se adaptan a su infraestructura y requerimientos de izaje. 5
Winches de fricción Ejemplos resaltantes de winches de izaje de fricción tenemos en las minas de Casapalca (Yauliyacu – Glencord) y Cerro de Pasco (Paragsha – Volcán Cía. Minera)
1.6 LOS WINCHES EN LA ACTUALIDAD Los winches a lo largo del tiempo como se mencionó en el estado de arte pasaron por un proceso de evolución teniendo en la actualidad las siguientes características.
Winches de velocidad variable de rango continúo de 0 a máxima RPM
Rotación del tambor en ambas direcciones
Control fino de la velocidad
Diseños nuevos que lo hace insensible a las sobrecargas inesperadas
Indiferente a las condiciones ambientales o lo abrasivo del medio
Accionamiento directo, sin cajas reductoras o transmisiones mecánicas, lo que lo hace más liviano y de menor costo de mantenimiento
Control y monitoreo del torque o tiro del Winche por medio de la tensión
Incluye unidad hidráulica y controles
Capacidades: desde 1 ton hasta 80 ton
Sistema de control: Remoto/local/Radio comando
Motor eléctrico: De acuerdo a estándar: NEMA o IEC u otra norma
Sistema de frenos multidisco de alto torque
Cuentas vueltas para controlar longitud del cable
Manuales de operación y mantenimiento preventivo
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1.7 CONSIDERACIONES QUE SE DEBEN TENER EN LOS WINCHES DE SERVICIO
La construcción, operación y mantenimiento de todos los equipos y accesorios deben estar de acuerdo a las normas técnicas establecidas por los fabricantes.
Cada equipo de izaje y accesorios debe tener claramente indicado la capacidad máxima y una tabla de ángulos de izaje, la misma que debe ser pegada en un lugar adecuado y fácilmente visible para el operador.
La inspección de equipos, componentes y accesorios, es esencial para asegurar que el sistema de izaje se encuentre en buenas condiciones de operación y funcionamiento.
Las inspecciones al sistema de izaje, deben ser realizadas por personal competente, a fin de mantenerlos en condiciones seguras de trabajo; y mostrar en lugar visible, la constancia de dichas inspecciones.
El supervisor responsable del área de trabajo, es quien autoriza el uso del equipo de izaje sólo al personal calificado y certificado por terceros.
La capacitación, entrenamiento y certificación al personal, únicamente lo debe hacer una empresa de servicios de entrenamiento y capacitación, calificada y certificada, en armonía con la modificación del Reglamento de Seguridad e Higiene Minera.
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2. TAMBORAS 2.1 DEFINICIÓN Son cilindros metálicos donde se enrolla el cable. Podríamos hablar del enrollado activo que es el cable que verdaderamente trabaja y el enrollado de reserva para los cortes reglamentarios que dispone la ley de seguridad y para reducir el esfuerzo ejercido por el cable, a la unión con el tambor.
Figura: 3 Tamboras del Winche de Uchucchacua – Buenaventura 2.2 LOS ELEMENTOS PRINCIPALES DE LA TAMBORA 2.2.1 EJE PRINCIPAL
Contenido en tambora o tamboras, el motor y el reductor. El tambor debe estar construido de manera que resista al esfuerzo de aplastamiento producido por el enrollamiento de los cables de extracción. A veces el cable se enrolla sobre el tambor formando varias capas y en tales casos el tambor debe construirse de material robusta
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y de buena resistencia. Los tambores de máquinas grandes están construidos para una sola capa de enrollamiento de cables.
2.2.2 LAS RANURAS: Son canaletas a donde encajan los cables, las que deben recibir una inspección cuidadosa de su entorno, el ancho y estado de conservación. Debe cuidarse que encaje perfectamente en el fondo de la ranura cuando se aplica un nuevo cable del diámetro correspondiente.
2.2.3 LAS PESTAÑAS: Cuya función es evitar que el cable se desprenda y donde se pinta el punto exacto de los niveles de estacionamiento.
2.2.4 LOS EMBRAGUES Para dejar libre el movimiento del eje, sin necesidad de mover la tambora, tiene anillos, brazos o rayos, templadores. torno interior y zapata. Hay embragues de fricción los que son utilizados para servicios muy pesados en la extracción. El embrague de mordaza es positivo y eficaz en las máquinas de extracción de grandes toneladas.
2.2.5 LOS FRENOS Las máquinas están equipadas de frenos de mordaza sobre cada tambor, con movimiento paralelo que trabaja sobre superficie de frenado de diámetro y anchura suficiente para poder regular el
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movimiento de las tamboras. La mordaza se pone en acción mediante contrapeso levantado por cilindros hidráulicos o de aire comprimido.
2.2.6 DIMENSIONES Revisando los manuales de Winche de servicio nos presenta las dimensiones de los tambores más utilizado en minería.
Tabla 1 Dimensiones de los tambores Tambor
Diámetro (pulgadas)
Ancho (pulgadas)
WDR-30
48
41.5
WDR-51
48
41.5
WDR-42
52
41.5
WDR-42C
52
41.5
WDR-53
31
27
WDR-54
36
27
WDR-56
40.4
31.125
WDR-59
57
41.5
Fuente: Manual de instalación, operación y mantenimiento, TULSA
A continuación, se presentan las tablas en las cuales los operadores al momento de poner a prueba la unidad deben de utilizar para así comprobar el buen funcionamiento del sistema del Winche de la unidad de registro a probar.
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Tabla 2 Tensión vs Presión para tambores grandes Tambores Grandes Presión Aplicada (PSI)
Tensión Simulada (Lbf)
85
13000
79
12000
75
11000
69
10000
64
9000
59
8000
54
7000
46
6000
40
5000
34
4000
27
3000
20
2000
Fuente: Manual de instalación, operación y mantenimiento, TULSA
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Tabla 3 Tensión vs Presión para tambores pequeños Tambores Pequeños Presión Aplicada (PSI)
Tensión Simulada (Lbf)
57
5000
47
4000
37
3000
27
2000
17
1000
Fuente: Manual de instalación, operación y mantenimiento, TULSA 2.3 CLASES DE TAMBORA Hay varios tipos de winches o tamboras:
Tambores cilíndricos. - En un dispositivo donde el cable es enrollado durante proceso de izaje, el cual es óptimo para sistemas de un solo nivel.
Tambores cilíndricos compuestos. - Es un dispositivo igual al tambor cilíndrico pero compuesto por varias tamboras.
Tambores cónicos. - En un dispositivo de forma cónica, donde el cable es enrollado durante proceso de izaje.
Poleas Koipe (polea multicable). - En un dispositivo de fricción donde el cable simplemente fricciona sobre durante el proceso de izaje.
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3. CONCLUSIONES El presente trabajo nos permitió conocer la importancia, aplicación,
componentes y funcionamiento de los winches de servicio que son un componente principal en las industrias extractivas como las mineras ya que sirven como medios de trasporte de herramientas o el material extraído.
Así también luego de haber realizado el trabajo dentro de los componentes del Winche de servicio se pudo identificar que cuenta con partes móviles, como el motor, poleas. tambora, cables y partes estáticas la cual es la estructura de soporte y protección.
También se concluye que a partir del conocimiento apropiado respecto al funcionamiento o aplicación que se le va a dar a los winches de servicio, se realiza el diseño de sus componentes, teniendo en cuenta los criterios que se aprenden en el curso de diseño de máquinas, siendo el cálculo para las partes móviles como potencias, torques, velocidades, direcciones y para las partes estructurales las resistencias a la fluencia y corte.
Es así que uno de los componentes importantes de los winches de servicio es el tambor siendo una parte móvil donde se realiza el enrollamiento de los cables debido a esto se encuentra sometido a una serie de esfuerzos dependiendo de su aplicación, para ello el tambor debe estar construido de un material que resista al esfuerzo de aplastamiento producido por el enrollamiento de los cables. Además, se encontró tres tipos de tamboras de winches como: tamboras cilíndricas, tamboras cónicos y poleas koepe la cual son eficiente de acuerdo al uso que se les da. 13
4. BIBLIOGRAFIA
1. Zelaya. P., Martínez L. Sistemas de profundización de piques criterios gerenciales empleados para su elección. Volcán Compañía Minera S.A.A. 2. González F, Sistemas de profundización de piques criterios gerenciales empleados para su elección. Universidad Simón Bolívar, Coordinación de Ingeniería Mecánica. La Paz – Bolivia. 3. Anchelia A., Alvarado K., Excavaciones subterráneas piques. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas, 2015. 4. Arias L., Planeamiento y diseño del sistema de extracción del proyecto de profundización de la U.O SAN BRAULIO UNO, Pontifica Universidad Católica del Perú.2013 5.
Manual de Warn industrial. Manual de operación y funcionamiento Winche Vecor 2010
6. https://es.wikipedia.org/wiki/Cabrestante 2017-06-18
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