11004-3-MC-001-B Diseño soporte fijo para extremo de aglomerador.Hidromec

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ANTOFAGASTA

Nombre Firma Fecha

Elaborado por: Rodrigo Zamorano M./Jaime Godoy J. 15.04.2011

Revisado por: Jaime Godoy Jorquera 18.01.2011

Aprobado por:

Proyecto Nº 11003Abril 2011

PROYECTO:

“DISEÑO DE SOPORTE FIJO PARA EXTREMO DETAMBOR AGLOMERADOR DE SPENCE”

MEMORIA DE CALCULO

Nº 11003-3-MC-001-Rev. B

HIDROMEC LTDA.



JGJ INGENIERIA LIMITADA

PROYECTO 11003: DISEÑO DE SOPORTE FIJO PARA EXTREMO DE TAMBOR AGLOMERADOR DE SPENCE Memoria de cálculos. Rev. B

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Proyecto Nº 11003 : DISEÑO DE SOPORTE FIJO PARA EXTREMO DE TAMBORAGLOMERADOR DE SPENCE

Informe : MEMORIA DE CALCULOSNº11003-3-MC-001-Rev. B

Cliente : HIDROMEC LIMITADAPreparado por : Rodrigo Zamorano M. / Jaime Godoy J.Revisado por : Jaime Godoy Jorquera

Resumen

Se presenta la memoria de cálculos desarrollada para dar respaldo al diseño de undispositivo destinado a levantar levemente - hasta 2” -un extremo del tambor aglomeradorde Spence, mediante dos cilindros hidráulicos y, luego soportarlo para efectos de darle

mantenimiento al equipo. Su estructura está compuesta por una parte superior denominada“yugo” y otras dos inferiores o bases denominadas “torretas”, que deben fijarse a lafundación del equipo, en el área dispuesta para ello, en las cuales van alojados los cilíndroshidráulicos de 100 t de capacidad cada uno y recorrido máximo de 6”.

El dispositivo diseñado permite ser instalado permanentemente en su punto de operación,permitiendo, cuando no está en usos, el normal funcionamiento del aglomerador. Lacapacidad de carga de esta estructura, es de 110 toneladas, como máximo, correspondienteaproximadamente al 60% del peso del tambor.

El análisis efectuado a la estructura evalúa su comportamiento frente a los esfuerzos y

deformaciones provocados por la carga que debe soportar, y se efectúa realizando loscálculos necesarios con apoyo computacional.

El trabajo informado consistió, en primer lugar en el desarrollo de un modelo de cálculo,para las dos partes del dispositivo; luego se definieron las restricciones y cargas sobre lasestructuras modeladas; en seguida se procedió a obtener los resultados del cálculo, loscuales se ilustran, empezando con los esfuerzos, representados de manera gráfica a travésde un diagrama de colores que permite observar las zonas más solicitadas. De formaanáloga, se muestra un diagrama con los resultados de las deformaciones y deflexiones.

Complementariamente, y atendiendo a que el yugo se apoyará en el manto cilíndrico del

tambor aglomerador, se incluyó la verificación del efecto de las cargas sobre éste,comprobándose que no se experimentarán esfuerzos o deformaciones por sobre lasadmisibles para el material.

La conclusión del estudio es que el diseño de la estructura, en virtud de los resultadosobtenidos, para los esfuerzos y deformaciones esperados, soportará la carga prevista dediseño sin exponerse a una falla de tipo estructural del material empleado para sufabricación, acero A36, y da suficiente garantía de que el dispositivo diseñado permitiráejecutar la maniobra de levante y soportación del extremo del tambor aglomerador demanera segura y conforme a lo proyectado, además de hacer simple su uso por estarinstalado permanentemente, sin que ello afecte la operación del equipo.





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CONTENIDO

1. Introducción....................................................................................................................42. Maniobras de elevación y descarga ................................................................................ 43. Hipótesis de cálculo........................................................................................................ 54. Cálculos para el yugo. .................................................................................................... 64.1. Modelo........................................................................................................................64.2. Cargas aplicadas y restricciones. ................................................................................ 64.3. Resultados de los cálculos. ........................................................................................ 6

4.3.1. Esfuerzos ........................................................................................................ 75. Cálculos para la torreta. ................................................................................................... 85.1. Modelo........................................................................................................................8

5.2. Cargas aplicadas y restricciones ................................................................................. 85.3. Resultados de los cálculos. ......................................................................................... 95.3.1. Esfuerzos. ........................................................................................................ 9

6. Análisis del conjunto. ................................................................................................... 106.1. Esfuerzos. ................................................................................................................. 106.2. Deflexiones...............................................................................................................117. Efecto de cargas en el manto del aglomerador ............................................................. 137.1. Cargas y restricciones............................................................................................... 137.2. Resultados.................................................................................................................138. Conclusiones.................................................................................................................15Anexo: .................................................................................................................................. 15





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1. Introducción

Se requiere verificar el diseño de una estructura diseñada para soportar y ayudar a levantarun extremo del tambor aglomerador de Spence, mediante la acción de dos cilindroshidráulicos, maniobra requerida para efectuar una intervención de mantenimiento en elequipo, por parte del cliente.

La estructura debe quedar instalada permanentemente en su punto de servicio, pero debepermitir que el equipo opere normalmente cuando no es usada, lo que se traduce en nointerferir con el giro del tambor.

La carga de diseño es 110 toneladas, y corresponde a la máxima carga que se requiere

levantar, la que se obtiene del supuesto que el yugo debiera asumir el 60% del peso deltambor aglomerador valor estimado en 180 toneladas, a partir de la ficha técnica del equipo.

2. Maniobras de elevación y descarga

Las maniobras de elevación y descarga se materializan, simplemente, accionando el sistemahidráulico de cada cilindro, asumiendo que ambos actuarán sincronizadamente para que semantenga el centro de gravedad en el mismo plano vertical.

La elevación se hará accionando sincronizadamente los dos cilindros hidráulicos, instaladosen dos “torretas” fijas al piso (fundación del equipo) y de modo tal que las cabezas de sus

pistones se apoyen bajo la viga del yugo en forma simétrica respecto del eje longitudinaldel aglomerador. El eje de acción de los cilindros está inclinado en 6,5º respecto de unplano transversal vertical, para permitir que la acción de la carga en el yugo que se apoyaen el manto del tambor sea perpendicular a éste.

Una vez que los cilindros efectúan la elevación mínima esperada del tambor – no superior a2” (50,8 mm) – lo que representa un recorrido del pistón de 6” (152,4 mm) se debeninsertar espaciadores adecuados o “trabas” entre las torretas y ambas bases del yugo, demodo que pueda liberarse de carga sus pistones y descansar el yugo sobre las torretasdurante las maniobras de mantenimiento requeridas. La medida apunta a evitar que loscilindros soporten permanentemente la carga del tambor sobre ellos.

Para impedir el volcamiento del yugo en su movimiento comandado por los cilindroshidráulicos, se ha dotado a las torretas de unas guías para las bases del yugo que le obligana un movimiento restringido al plano de deslizamiento proporcionado por las torretas.

Al concluir la intervención de mantenimiento, se realiza la maniobra de descarga,accionando nuevamente los cilindros hidráulicos, levantando primero levemente el tambor,liberando luego las trabas o espaciadores, accionado los cilindros en descenso, parafinalmente proceder a descansar el tambor sobre los rodillos de apoyo, restituyendo así elequipo a su posición de operación. Cumplida esta etapa, se debe continuar retrayendo elpistón de cada cilindro hasta que las bases del yugo se apoyen en las placas de apoyo con





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que está dotada cada torreta para descansar el yugo, de modo que una vez apoyado el yugo,se produce una separación entre éste y el manto del tambor de 4” (101,6 mm).

3. Hipótesis de cálculo

Las hipótesis de cálculo a ser aplicada a este caso, son: a) considerar como situación másdesfavorable para el yugo, aquella en que el tambor se encuentra apoyado sobre el yugo, ensu punto más alto esperado y el yugo está soportado por los cilindros hidráulicos y b) paralas torretas cundo el yugo se apoya sobre ellas soportando el peso del tambor. De maneraque se procede a evaluar los esfuerzos y deformaciones sobre el yugo y las torretas, paraestas posiciones.

De acuerdo a esto, y debido a la geometría y dirección de las cargas actuantes, se realiza el

análisis asumiendo que el yugo está soportando estáticamente 110 toneladas, que equivaleal 60% del peso del tambor aglomerador y se encuentra apoyado, ya sea sobre los pistonesde los cilindros, o sobre las torretas a través de las trabas respectivas.

Para dar mayor estabilidad al tambor y reducir las cargas que se transmitirán entre el mantodel tambor-en que se apoyará el yugo- y el yugo mismo, éste se ha diseñado con tres áreasde apoyo para recibir el manto del tambor.

El material seleccionado para fabricar estos yugos es acero estructural ASTM A 36, con lassiguientes propiedades:

Modulo de elasticidad: 2.1E 6 kg/cm²Limite de fluencia: 2.530 kg/cm²Esfuerzo admisible considerado para el análisis1 1.518 kg/cm²

1 Corresponde aproximadamente al 60% del esfuerzo de fluencia.

Figura 1Figura 1





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4. Cálculos para el yugo.4.1. Modelo.

El modelo de cálculo se muestra en Fig. 3 y muestra el yugo apoyado sobre los cilindroshidráulicos- que le sirven de soporte- y que se encuentran instalados en las torretas ancladasa la base de fundación del aglomerador.

4.2. Cargas aplicadas y restricciones.

Las cargas aplicadas al yugo (color violeta), son dos de 55 toneladas, que corresponden ala carga que cada cilindro llevará a su apoyo, sumando en total 110 toneladas, que esasumida como carga de diseño para el yugo.

Las restricciones de movimiento (color verde) consisten en inmovilizar en las tresdirecciones la placa central de apoyo del yugo bajo el manto cilíndrico del tambor, y nopermitir movimiento radial entre las placas laterales de apoyo del yugo y el manto deltambor.

4.3. Resultados de los cálculos.

Los resultados se presentan fundamentalmente de modo gráfico, mediante franjas decolores que reflejan el comportamiento de la variable que se desea analizar, facilitando suinterpretación y permitiendo una comprensión más amplia del comportamiento delelemento o elementos bajo carga.

Figura 3





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4.3.1. Esfuerzos

Los esfuerzos según Von Mises, presentan valores máximos por debajo de 1.728 kg/cm² ylos cercanos a este límite, corresponden a pequeñas áreas que están sometidas acompresión, específicamente en la zona de las planchas de contacto con el manto deltambor aglomerador.

Figura 4

Figura 2





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En la figura 5, mediante un recurso del programa usado, que permite aplicar un “filtro de

valores”, se muestran aquellos puntos con esfuerzos sobre el valor 1.500 kg/cm², queconvencionalmente es el valor admisible para el acero ASTM A36.

Esto corrobora que para la estructura, en general, los valores máximos de esfuerzo que seregistran en los perfiles estructurales y planchas, están por debajo de 1.500 kg/cm², salvoalgunos muy discretos que exceden este valor, pero sin que se afecte la estructura..

5. Cálculos para la torreta.

5.1. Modelo

El modelo de cálculo se muestra en Fig. 6 y muestra la torreta anclada a la base defundación del aglomerador.

5.2. Cargas aplicadas y restricciones

Las cargas aplicadas a la torreta (color violeta), son dos de 55 toneladas, que correspondena la carga que cada cilindro llevará a su apoyo, sumando en total 110 toneladas, que esasumida como carga de diseño para el yugo.

Las restricciones de movimiento (color verde) consisten en inmovilizar en las tresdirecciones la placa de apoyo de la torreta, puesto que ésta debe estar anclada a la base defundación.

Figura 6





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5.3. Resultados de los cálculos.

5.3.1. Esfuerzos.

Los esfuerzos según Von Mises, presentan valores máximos por debajo de 926 kg/cm² y loscercanos a este límite, corresponden a pequeñas áreas que están sometidas a compresión,específicamente en la zona de las planchas de contacto con la base del cilindro hidráulico.

Figura 7

Figura 8





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En la figura 9, mediante el uso nuevamente de un “filtro de valores”, se muestran aquellospuntos con esfuerzos sobre el valor 700 kg/cm².

Esto corrobora que parala estructura, en general,los valores máximos deesfuerzo que se registranen los perfilesestructurales y planchas,están por debajo de 1.500kg/cm². queconvencionalmente es elvalor admisible para el

acero ASTM A36.

6. Análisis del conjunto.

6.1. Esfuerzos.

También se ha efectuado una verificación para el conjunto y puede observarse, en lasfiguras 10 y 11, que los esfuerzos no superan los 1.637 kg/cm² y en puntos discretos de laestructura, corroborando que ésta, en general experimenta esfuerzos por debajo del valoradmisible ya antes indicado de 1.500 kg/cm².

Figura 9

Figura 10 Figura 11





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.

La figura 12 muestraampliada la zona conesfuerzos por sobre1000 kg/cm²,ratificando que sóloson puntos muydiscretos, los queexperimentan valoressuperiores y en el

orden de 1637 kg/cm².

6.2.Deflexiones

Un análisis de lasdeformaciones queexperimenta el conjuntobajo carga permitedeterminar lasdeflexiones queexperimenta laestructura.

Las deflexioneslongitudinales

alcanzadas por la viga,son simétricas a su ejey alcanzan a +/- 0,7 mmpresentándose en lospuntos de apoyosuperiores.

Figura 12

Figura 13





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Por su parte, lasdeflexiones máximasverticales se presentanen los puntos extremosde la viga horizontaldel yugo y llegan a

0,731 mm

Finalmente, las deflexiones enla dirección longitudinalexperimentadas por las placasde contacto con el manto nosuperan el valor 0,9 mm.

Figura 14

Figura 15





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7. Efecto de cargas en el manto del aglomerador

Como complemento al análisis del yugo, se ha verificado el efecto de las cargas sobre elmanto del aglomerador debido a que el yugo recibe la carga del tambor a través de éste.Para ello se ha modelado la situación de cargas con el propósito de determinar los esfuerzosy deformaciones que se inducirán en la plancha del manto, que tiene, en esa zona, 25 mmde espesor, asumiendo por simplicidad no considerar la contribución de otros elementosestructurales del tambor.

7.1. Cargas y restricciones.

En el punto de apoyocentral, se aplicará una

carga (color violeta) de13.800 kg. y en laslaterales, de 53.200 kg.. Lasrestricciones demovimiento del tambor seindican en color verde.

7.2. Resultados

A continuación se muestrauna vista parcial de la zonainterior del manto, en quese apoyará el tambor, sobre

el yugo, que presenta ladistribución de esfuerzosobtenida del cálculo y cuyomáximo valor es 1.594kg/cm²

Figura 16

Figura 17





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En la vista exterior del manto se muestra la zona donde se presenta el mayor valor delesfuerzo ya indicado.

Las deflexiones verticales en la dirección Y se indican en la vista exterior de la siguientefigura, alcanzando valores máximos del orden de los 4,5 mm.

Figura 3

Figura 4





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8. Conclusiones

De acuerdo a los resultados arrojados por el cálculo, los valores máximos esperados, paralos esfuerzos, en los elementos estructurales principales del yugo no alcanzan a los 1.500kg/cm², el valor admisible correspondiente a un acero ASTM A36, salvo en puntos muydiscretos alcanzando a unos 1637 kg/cm², pero que para efectos del análiis ycomportamiento de la estructura diseñada no representan riesgo alguno, por encontrarsebajo la fluencia del material, unos 2500 kg/cm², según lo especificado para el material, ypor tratarse de solicitaciones muy esporádicas.

Por su parte, las deflexiones máximas verticales y longitudinales que se presentan en laestructura del yugo y las torretas son mínimas y no deben afectar la operación de elevación

planeada para el equipo. Además el diseño contempla un espacio de 4” entre manto ysoporte para la condición de no uso del sistema de elevación del yugo, lo que garantiza queel tambor pueda girar libremente durante su operación normal, permitiendo que el soportediseñado se instale en su posición de trabajo y no sea necesario retirarlo, facilitando laslabores de intervención, cuando se requieran.

Finalmente, el resultado complementario obtenido al evaluar el efecto que las cargastendrán sobre el manto del tambor, al ser apoyado en el yugo, es satisfactorio considerandoque el nivel de esfuerzos inducido será menor a lo obtenido, y está por debajo de loadmisible y las deformaciones, expresadas a través de los desplazamientos calculadostambién debieran ser menores que los valores obtenidos, que no son relevantes en

comparación a las dimensiones de la estructura.

Por lo tanto, se prevé que, en tanto la fabricación del yugo se haga conforme al plano anexoy su montaje se realice respetando lo establecido allí, permitirá que el dispositivo seautilizado prontamente, cuando se requiera efectuar la maniobra de elevación del tambor yésta se realice con seguridad para quienes deban participar en ella de manera que laintervención planeada pueda ser plenamente exitosa.

Anexo:

PlanosJGJ 11003-01 Rev. 0 : Conjunto estructura soporte para tambor aglomerador de SpenceJGJ 11003-02 Rev. 0 : Fabricación y montaje de yugo.JGJ 11003-03 Rev. 0 : Fabricación y montaje de soporte para yugo.JGJ 11003-04 Rev. 0 : Fabricación de trabas mecánicas.

JGJ/ 15.04.2011





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Anexo: Planos

• JGJ 11003-01 Rev. 0 : Conjunto estructura soporte para tambor aglomerador de Spence

• JGJ 11003-02 Rev. 0 : Fabricación y montaje de yugo





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• JGJ 11003-03 Rev. 0 : Fabricación y montaje de soporte para yugo.

JGJ 11003-04 Rev. 0 : Fabricación de trabas mecánicas.

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