Fundamentos de equipos

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María Concepción Padilla Flores
hace 7 años
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1 10/6/08 Fundamentos de equipos Tractor = Topadora 120 Cargador frontal (Scoop) 200 Camiones Traílla 800 Cintas transportadoras Límites cambian en función de los costos y condiciones. En el último tiempo especialmente, con el alza del precio de los combustibles Tractor Tractor Tractor Traílla 1

2 Cinta Transportadora Equilibrio de Fuerzas Si un equipo se mueve a velocidad constante E = FR E = Empuje FR = Suma Fuerzas Resistentes Equilibrio de Fuerzas Empuje tiene dos limitantes Agarre: Roce máx con el terreno de las ruedas motrices. Si se sobrepasa, hay patinaje. Potencia del motor. 2

3 Equilibrio de Fuerzas Agarre Fuerza de empuje Fuerzas resistentes Fuerza de agarre Si FA > FR, entonces FR = FE Potencia y empuje Fuerza de agarre (FA) Fuerza de agarre = Coef. de tracción * Carga eje motriz Material / Factores de tracción Neumáticos Oruga Hormigón y Asfalto 0,90 0,45 Suelo arcilloso, seco 0,55 0,90 Suelo arcilloso, mojado 0,45 0,70 Arena seca 0,20 0,30 Arena mojada 0,40 0,50 Enrocado 0,65 0,55 Camino de grava suelta 0,36 0,50 Nieve compacta 0,20 0,27 Hielo 0,12 0,12 Tierra firme 0,55 0,90 Tierra suelta 0,45 0,60 AGARRE Empuje máximo carga sobre ruedas motrices x coef de agarre. Si tracción en un solo eje aprox mitad de peso + carga por coef de agarre Potencia y empuje Fuerza de empuje (FE), (1) P: Potencia (HP) V: Velocidad (Km/h) η: Rendimiento, aproximadamente 0,8 a 0,85 Fuerza de Empuje F x V = Cte Hipérbola Equilátera si F en ordenadas y V en abscisas. Potencia y empuje Fuerza de empuje (FE) (2) Deducción expresión para la fuerza de empuje: Sabemos que: Potencia (W) = Velocidad (m/s) * Fuerza (N) Pero en construcción y minería usamos unidades diferentes: Potencia en HP Velocidad en km/h Fuerza en kg 3

4 Potencia y empuje Fuerza de empuje (FE) (3) Necesitamos unidades de conversión: 1 HP = W 1 km/h = (1/3.6) m/s 1 kg = (1/9.8) N Entonces: P(HP) = V (km/h) / 3.6 * 9.8 F(kg) Cálculo de velocidad Gráficos del Fabricante Velocidad máxima de subida (Peso bruto) (Tracción en las ruedas) Resistencia Total (Pendiente + Rodadura) Velocidad/Empuje según Potencia En el gráfico que dan los fabricantes se puede ver la forma de la hipérbola equilatera. El número en cada trozo de curva es la marcha. En el caso de la figura siete marchas Mientras más cambios más cerca de la hipérbola equilatera porque se logra que el motor funcione a su número de revoluciones óptimo Potencia y empuje Fuerza de empuje (FE) Pérdida de potencia por altura La altura sobre el nivel del mar a la que opera un camión, reduce la potencia del motor aproximadamente en un 1% cada 100 metros sobre los 500 metros. En los motores sobrealimentados (por ej. el turbo), esta pérdida se comienza a producir a una altura que varía según el modelo y fabricante, pero que bordea los metros. W = W*(1 pérdida de potencia) Potencia y empuje Fuerza Resistente (FR), (1) Las fuerzas resistentes son el resultado del efecto de tres factores: Pendiente del terreno (i%) Resistencia a la rodadura del terreno (roce con el suelo), (Rs) Roces internos en el equipo (Ri) FR = ( i% + Rs % + Ri %) Peso total del equipo Potencia y empuje Fuerza Resistente (FR), (2) Roce con el suelo: Depende del tipo y condición del terreno. Siempre se opone al movimiento. Tipo de suelo % del peso total Pav. Hormigón 2,0 Pav. Asfalto 2,1 Tierra compactada bien mantenida 3,6 Tierra mal mantenida 6 Tierra con barro y huella 10 Arena suelta y grava 14 Tierra muy barrosa 18 4

5 Potencia y empuje Fuerza Resistente (FR) (3) Roces internos: 1 a 2% del peso total, depende de la antigüedad del equipo. Siempre se opone al movimiento Pendiente: Se utiliza normalmente la pendiente en porcentaje (i %), aunque deberíamos utilizar el seno del ángulo. En caso de subida se opone al movimiento. En caso de bajada favorece el movimiento, pudiendo incluso ser suficiente para mover el vehículo. En esos casos, la velocidad debe ser restringida por la capacidad de enfriamiento del sistema de frenos. Potencia y empuje Cálculo de velocidad (1) Condiciones de rodadura: Si: FA > FR => FE = FR Igualando se tiene: FE FR Potencia y empuje Cálculo de velocidad (2) Despejando la velocidad: V : Velocidad en Km/hr P : Potencia en HP Peso Total en kg Consideraciones en el cálculo de velocidad Camiones para carretera y potencias pequeñas: Frenan con el motor comprimiendo (freno a corte Inyección) Velocidad 20% mayor que en subida Camiones Mineros: Frenos de disco en aceite (computarizados) Generan calor. Mayor distancia límite velocidad menor Información del fabricante en gráficos Potencia y Empuje Potencia y Empuje Camiones Mineros Velocidades medianas < 50 km/hr. La resistencia del aire es baja y no la consideramos. En automóviles y vehículos para carretera, la resistencia del aire e muy importante. Consumo combustible proporcional a suma resistencias. T = F*S S = Distancia recorrida F = Resistencia 5

6 Potencia y Empuje En un camino ripio normal (tierra mal mantenida), roce con el suelo 6 %: Roce total en camino horizontal 7 a 8 % Sobre asfalto, roce con el suelo 2,6%. Roce total 3,6 a 4,6 % Consumo combustible camino sin pavimento aproximadamente el doble que pavimento asfalto. Cálculo de velocidad Gráficos del Fabricante Velocidad máxima de bajada con fuerzas resistentes favorables en tramo infinito (Peso bruto) (Pendiente Efectiva) (velocidad) (Longitud de la pendiente) Cálculo de velocidad Gráficos del Fabricante Ejemplo utilización gráfico de subida (i>0) Velocidad máxima de bajada en tramos de longitud definida Camión subiendo cargado. Resistencia total = 10% Ejemplo utilización fórmula Ejemplo utilización gráfico de bajada (i<0) Camión subiendo cargado. Resistencia total = 10% Camión bajando descargado Pendiente efectiva = 10% Distancia de pendiente = 600m Se obtienen resultados similares utilizando los gráficos del fabricante o las expresiones empíricas. 36 6

7 Influencia del precio de combustibles Ejemplo: Automóvil Consumo de combustible es proporcional al peso que se mueve (tara+carga) Petróleo cuadruplicó precio. Cambian los límites de distancia óptima. Ejemplo: Minería subterránea Comparación vs camión Camión articulado carga/tara 2 carga/tara 0.33 consume 6 veces más combustible que un camión Camión requiere pala o sistema de carga Camión es más angosto y corto, túneles algo más chicos Al subir el combustible, el balance favorece a camiones Cintas transportadoras reemplazan a los camiones cuando sube el precio del petróleo. Influencia precio de combustibles Cargador frontal es similar a la pala Cargador tiene relación tara/carga peor que un Pala no mueve su cuerpo, desplaza la carga girando consumo mínimo Consumo en llenar pala y en elevar para descargar igual a un cargador 7

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