Download - maquinaria pesada
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Selección demáquinas (tipo,
modelo, cantidad)
Costo totalde posesióny operación
Requerimiento deproducción(m3/ hr, Km)
Consideracionespara la gestión de
la producción
Estudios/ análisisde aplicación yproductiv idad
Capacidad deproducción realde los equipos
Consideracionespara la gestión del
mantenimiento
Def inición,Plan del proy ecto,Plazo de entrega
Inicio de laobra
Un modelo de gestión de equipos para producción(Planificación, organización, dirección & control)
Financiamiento ygastos generales
Capacidad decarga y acarreo
Factores dellenado
Factor de cargadel material
Ef iciencia deloperador
Coef iciente detracción
Disponibilidadmecánica
Utilización
Fuerza dedesprendimiento
Ruta deacarreo
Equipos auxiliaresy de soporte
Pre-selección demáquinas (tipo,
modelo, cantidad)
Gestión de laproducción
Gestión delmantenimiento
Controlpresupuestal
$ $
Entrega y f inde obra
Reasignación ov enta de los
equipos
Peso, potencia,v elocidad ciclos
OPCIONES
CARACTERÍSTICAS DEL PROYECTO Y DE LAS MÁQUINAS
Conf iabilidaddel equipo
Reparabilidad Soporte logístico
Soporte técnico
Condiciones detrabajo/ aplicación
Disponibilidadmecánica
Instalaciones
Diseño/ calidadSoporte
postv enta
Operación
UtilizaciónDuración de la misiónPlanif icación yprogramación
MEDIOAM BIENTE ,S ALUD Y
SE GURIDAD
#Paralizaciones
Tiempoparalizado
Características del material
Aplicación Operación
PRES
ELEC
CIÓ
NSE
LEC
CIÓ
N
PLAN FINAL PROGRAMA
CONTROL
Un modelo de gestión de equipos para la producción
O R
G A
N I
Z A
C I
ÓN
*
El proceso administrativo
• Planificación• Objetivos• Políticas• Procedimientos• Programas• Presupuestos
• Organización• Puestos• Personas• Autoridad• Responsabilidad
• Integración• Selección• Inducción• Adiestramiento• Desarrollo
• Ejecución• Motivación• Comunicación• Dirección• Coordinación
• Control• Medición• Comparación• Análisis• Corrección
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1. Este proceso dura igual o excede la vida de la obra 2. Demanda bastante tiempo y recursos en general3. Requiere esfuerzo y compromiso similar al de operaciones 4. Requiere de buena coordinación entre el jefe de obra, mantenimiento
y logística5. Sus costos (incluyendo consumibles de producción) pueden
fácilmente superar al precio del equipo nuevo 6. Será determinante en el valor residual de las máquinas al final de la
obra, ya sea para su venta o para el inicio de un nuevo proyecto7. La gestión del mantenimiento incide sobre la productividad a través de
la CONFIABILIDAD de los equipos, y por lo general se le descuida. Los errores incrementan los costos (no previstos)
8. POR LO TANTO, es primordial para que la organización alcance sus metas y objetivos trazados
Importancia de la Gestión del Mantenimiento:
1. Minimizar el tiempo de equipos detenidos o improductivos2. Aumentar la vida útil de los equipos (bajar costos posesión)3. Configurar adecuadamente los equipos para su mejor
desempeño en trabajos puntuales4. La reducción de costos de operación (eficacia y eficiencia)5. Mejorar la seguridad de las operaciones6. Aumentar la PRODUCTIVIDAD7. Mejorar la calidad de los productos (no reclamos, + prestigio)8. Entregar la obra oportunamente (evitar penalidades)
El mantenimiento como sistema(*) contribuye a:
(*) Sistema: Conjunto de procesos o elementos interrelacionados con un medio para formar una totalidad encauzada hacia un objetivo común
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Características de diseño de las máquinas de movimiento de tierras, sistemas de máquinas
1. Elementos estructurales: Chasis, soportes, refuerzos, brazos, contrapesos, protectores.
2. Tren de fuerza: Motor, convertidor de torque, transmisión, diferenciales, reductores
3. Elementos de tracción: Neumáticos, orugas4. Sistema hidráulico: Bombas, válvulas, cilindros, motores,
mangueras, acumuladores5. Estación del operador: Controles, comunicaciones, seguridad
del operador y de la máquina6. Implementos y elementos de desgaste.7. Otros sistemas:
• Neumático• Eléctrico e iluminación• Sistemas computarizados de monitoreo, control,
producción
PARTES PRINCIPALES DE LA MÁQUINA
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ELEMENTOS ESTRUCTURALES
• Sirven de soporte, contienen y mantienen alineados a los componentes del tren de fuerza y demás sistemas de la máquina.
• Absorben vibraciones y distribuyen las fuerzas propias del trabajo transmitiéndolas a través de diversos elementos y mecanismos de la máquina (soportes, pasadores, cojinetes, componentes específicos) hacia el piso u otros componentes, buscando el equilibrio estático y dinámico de las fuerzas.
• Debe ser capaz de resistir los ciclos de trabajo proporcionandoseguridad y duración. Ocasionalmente se pueden presentar fisuras.
• Proporcionan seguridad al operador incluso en situaciones extremas
• Algunas veces sirven de depósitos de aceite u otros fluidos necesarios para el funcionamiento de la máquina
• Los componentes del tren de fuerza y otros sistemas de la máquina también tienen sus propios elementos estructurales.
FUNCIONES DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES
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También hay hidrostáticos y eléctricos !!
TREN DE FUERZA
Un motor transforma la energía química del combustible en trabajo técnico (torque) como respuesta al requerimiento que éste recibe en su eje en la forma de un freno que se opone a su movimiento.
Ambos deben quedar en equilibrio, de lo contrario habría un proceso transitorio de aceleración o desaceleración.
Al trabajo realizado por unidad de tiempo se le llama potencia.
Actualmente se logra de manera sostenida HASTA 0.02115 HP por cada RPM y cada litro de desplazamiento. Comercialmente se ofrecen entre el 50% y 70% por duración. Un C9 a 2,100 RPM da entre 200 y 280 HP aprox.
PRINCIPOS DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL
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La combustión requiere:• Combustible (diesel)• Oxigeno (21% en el aire hasta 20 Km de altura)• Calor (por la compresión del motor)• Reacción en cadena (fuego se extingue en las paredes)
Ante todo, el motor es una máquina que RESPIRA
Eficiencia: consumo específico de combustiblerangos de 200 g/Kw-h
con diesel 2 es aprox. 0.045 Galones/HP-hr
por ejemplo, un tractor de 310HP con un factor de carga horario de 70% consume aprox. 9.8 Galones por hora de diesel y 20 m3 por minuto de aire (2.2 de exceso esteq.) ¿¿¿???
aprox. 0.065 m3 por minuto por cada HP,
Lo Primero: Proceso de combustión y su eficiencia
¿de qué depende?
• calidad de la combustión
• fricción de las piezas
• trabajo de bombeo
• accionamiento de accesorios
cada una tiene sus propias dependencias
Velocidad = Carrera x RPM/ 30 (m/s)
Eficiencia actual de 35% al 45%
PERDIDAS DE EFICIENCIA DE UN MOTOR
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Sistema de enfriamiento (50% de los problemas del motor). capacidad o flujo
Sistema de lubricación (60% de daños a cigüeñal), resistencia de la película, contaminación, enfriamiento...Sistema de admisión y escape (potencia disponible) generación de humos, temperatura... CONTAMINACIÓN Y DESGASTESistema de combustible (consumo, contaminación), generación de humos, eficiencia en consumo...
¿manejo de desechos?
Sistemas principales de un motor
Es un reductor hidráulico cuya relación de reducción depende de la diferencia de velocidades entre el eje de salida y el de entrada. Para el eje de salida detenido se obtendrá la máxima reducción de velocidad y el máximo torque de salida (Calado)
• Trabaja lleno de aceite, no debe tener aire• A mayor reducción, genera mas calor• Cambia continuamente de aceite
Variantes:• Embrague de bloqueo• Embrague unidireccional• Divisor de torque• Capacidad variable
Convertidor de torque
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• La potencia se conserva (sólo hay pérdidas por fricción)
• Cambia velocidad por torque y viceversa
• De contraeje o de planetarios
• Cambio de sentido de marcha
• Caja de transferencia 4WD
• Tomas de fuerza
Carcasas, ejes, rodamientos, engranajes, y embragues!!Elementos estructurales, de transmisión y de desgaste
Transmisiones
• Transmite el movimiento en “T” (piñón y corona)
• Envía el torque a la rueda de PEOR tracción (cruceta y satélites)
• Existen variantes para mejorar la tracción (bloqueo y otros)
• Variedades de frenos
• Reducciones de ruedas o “cubos”
Diferenciales, frenos y reducciones
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Orugas Vs Neumáticos
PHB 37 pag.27-2
Máxima capacidad detiro o de empuje Peso de máquina X coef. tracción=
• Desplazamiento positivo• El caudal determina la velocidad, la fuerza la presión del sistema• Todo flujo tiene resistencia a fluir, eso genera presión y CALOR• Fugas a alta presión crean altas temperaturas y altas velocidades• Los sellos se dañan a altas temperaturas, toda fuga se compensa con una entrada contaminada• La cavitación y la aereación son destructivas
Sistema hidráulico
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IMPLEMENTOS Y ELEMENTOS DE DESGASTE
ECM de Implementos
ECM de Transmisión
ECM de Motor
Chapa de contacto
(Accesorios adicionales)
ProductLink
Adaptador de comunicaciones II
Panel de instrumentos
Sensor del nivel de combustible
Sensor dinámico de inclinación
Sensor del nivel de combustible
Alternador (Terminal “R”)
Luz posterior de toma de acción Alarma de toma de
acción para operador
ADVISOR
CAN= Controller Area Network
OTROS SISTEMAS
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Satélite de órbita baja LEO
Servidor de enlace
Servidor deproveedor del
servicio
(~ 780 Km)
Inte
rnet
Representante local
Internet
Gestión Remota de Equipos
Es n
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lgún
mom
ento
del
día
Estación terrestre
ECM PL300
Mazo de alambres
Mazo de alambres
de la máquina
AntenaGPS
PL121 SRPL121SR + PL300SR = PL321
Enlace radial (celular) o IP inalámbrico
Propietario
CONTROL SATELITAL: Product Link & EquipmentManager
*
CONTROL DE NIVELACIÓN: AccuGrade
- Pendiente transversal
- Sónico
- Láser
- GPS
- Estación total
*
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Aplicación por diseño, tipos de máquinas, cargas, distancias,
condiciones
Material suelto o bien fragmentadoTerreno firme y pendientes hasta 10%Distancias cortas (hasta 150 m)Sensible a volúmenes y costos de producción
Acepta amplia gama de materiales y condiciones de terrenoDistancias cortas (de 0 a 50m) y en bajada Pendientes entre 20 - 25% Cada 1% de pendiente favorable + 2% en producciónSensible a las habilidades del operador
Para usar en tierra o arcillaVersiones std, tandem, con elevador, con tornillo esparcidorDistancias cortas y medianas (nomas de 1,000 m)Pendientes hasta 15% - En tándem 25%Esparce material en área de descargaSensible al desgaste de los componentes móviles
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Acepta amplia gama de materialesDistancias medianas y largas (hasta 2,000 m)Pendientes hasta 35% Excelente en malas condiciones de terreno y pendientes
pronunciadasVersatilidad
Acepta amplia gama de materialesDistancias medianas y largas (hasta 5,000 m)Pendientes hasta 10 % - Pendientes cortas hasta 15%Condiciones ideales de los caminos – Resistencia a rodadura
hasta 3% Costos de operación bajos
Acepta amplia gama de materialesDistancias largas – Caminos internos y externos (mas de 5,000 m)Pendientes hasta 7 %Condiciones ideales de los caminos – Las lluvias paran la
operación Bajo costo de adquisición – Alto costo de mantenimiento
Excavación
Condiciones difíciles de excavación -
Consolidados & Cortes volados apretados.
Condiciones difíciles de excavación -
Consolidados & Cortes volados apretados.
Trabaja mejor con materiales fragmentados
& de flujo libre en los bancos y pilas
Movilidad Moderada Movilidad Movilidad Moderada Excelente Movilidad
Altura BancoAltura del banco critica
para el sistema productivoEfectivo con altura de
bancos variablesFácilmente adaptable a bancos variables, con
material suelto
Ancho BancoExtremadamente efectivo
en lugares apretadosEfectivo en sitios
apretados, Debe estar cerca del corte.
Menos efectivo en lugares apretados, Necesita área
de maniobra
Condición pisoPreferiblemente húmedos, esponjados, inestables o
no consolidados
Preferiblemente húmedos, esponjados, inestables o
no consolidados
Mas efectivo en suelos secos, firmes, parejos.
Selección de la máquina de carguío
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Selección de la máquina de acarreo
Cargador Frontal Mototrailla Camión Articulado
- 23 a 45 mT payload- 1.5 a 55 mT payload - 23 a 38 mT payload- Autocarga - Autocarga - Requiere ser cargado
- Hasta 55 KPH- Hasta 2 km
- De 35 a 50 KPH
- Carga en menos de 1 min.- Descarga y esparce en
45 segundos
- Carga 3 min. aprox..- Carga en 40 seg.
- Hasta 1 km- Hasta 150 m.- De 10 a 30 KPH
- Puede “lastrear” ¿?- Descarga puntual
• Camiones articulados– Terreno lodoso / en malas
condiciones– Lluvia– Poca tracción– Pendientes pronunciadas– Distancias más cortas
• Camiones convencionales– Caminos pavimentados o
afirmados– Distancias + grandes– Velocidad más alta– Poca pendiente
Camiones Articulados VS. Camiones Convencionales
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• Camiones articulados– Terreno lodoso / en malas
condiciones– Lluvia– Poca tracción– Pendientes de hasta 35%– Hasta 2 Km
• Camiones con bastidor rígido– Se necesita mantenimiento del
camino– Distancias más grandes
• Hasta 5 Km– Pendientes de hasta 15%
Camiones articulados frente a camiones con bastidor rígido
51%0.01210.4Promedio
40%0.01514Camiones de obra
55%0.0137Excavadoras
65%0.01211Cargadores frontales
55%0.0119Tractores de Orugas
40%0.00911Motoniveladoras
%HP/litro- RPMHP/ Tm
Factor de cargaMotorMaquina
APROXIMACIÓN MAQUINAS MEDIANAS
51%0.01210.4Promedio
40%0.01514Camiones de obra
55%0.0137Excavadoras
65%0.01211Cargadores frontales
55%0.0119Tractores de Orugas
40%0.00911Motoniveladoras
%HP/litro- RPMHP/ Tm
Factor de cargaMotorMaquina
APROXIMACIÓN MAQUINAS MEDIANAS
Fuente: Caterpillar Performance Handbook Ed. 37Elaboración propia
Nota.- Las potencias que pueden llegar a desarrollar comercialmente los mismos motores de estas máquinas pero en otras aplicaciones, pueden llegar a ser hasta 50% superiores
Aproximación de potencias
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camiones de obra
Para un camión de obras utilizando neumáticos radiales, asuma una resistencia mínima a la rodadura de:• 1.5% para rutas de acarreo permanentes, duras y bien mantenidas• 3% para una pista bien mantenida con algo de flexión• 4% para una pista con 25 mm (una pulg.) de penetración• 5% para una pista con 50 mm (2 pulg.) de penetración• 8% para una pista con 100 mm (4 pulg.) de penetración• 14% para una pista con 200 mm (8 pulg.) de penetración
En la práctica, un incremento del 5% en la RR puede resultar en una pérdida del 10% de producción y en un aumento del 35% de los costos de producción
Resistencia a la rodadura
Penetración del neumático
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TopadoTractores de oruga
de adelante hacia atrás
de atrás hacia adelante
Producción de tractores de orugas
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Motoniveladoras
Condiciones que afectan la duración y el desempeño de los
componentes de máquinas
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Bajo condiciones normales, la vida de un elemento mecánico está directamente relacionado al trabajo acumulado que éste ha realizado, lo que es equivalente a la energía que éste ha absorbido.
Principio:
Trabajo = Fuerza x Distancia = Potencia x tiempoTrabajo = Torque x “Giro” = Presión x Volumen
Un elemento mecánico queda la mayoría de veces fuera de servicio por efectos del desgaste....
Trabajo = Calor
abrasión + fuerza de contacto + movimiento relativo
.... o por fractura (resistencia al esfuerzo mecánico)
*
Lo optimo es maximizar la vida de los componentes pero reparándolos antes de la falla.
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Por ejemplo, en la reparación de un motor mediano:
8,000 hrs 10,000 hrs 12,000 hrsAntes de falla Antes de falla Después de falla
Costo de la reparación 18,000 20,000 28,000Costo horario 2.25 2.00 2.33
Costo horario durante el periodo adicional +1.00 --- +4.00
Es mas conveniente adelantar la reparación que esperar la falla, siempre y cuando no existan otros factores determinantes, como costos deoportunidad, que hagan mas conveniente no reparar para de esta manera no paralizar. Sin embargo, aun así, se podrían utilizar conjuntos y equipos de intercambio para evitar la destrucción de un activo.
*
FatigaCiclos de carga por hora = “pulsos”
mag
nitu
d de
la c
arga
Tiempo
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Amplitud de la carga
Duración del componente(en ciclos)
Diseño
Sobrecarga
Una sobrecarga que duplique la carga de diseño reduce mucho mas de la mitad de la vida estimada de la pieza (no hay proporción lineal)
Curva de resistencia a la fatiga
motor consumo de combustiblecigüeñal/ metales veces que se prende y apaga el motorturbos # de cambios de baja potencia a alta potencia y viceversa (cantidad de gases/ calor)cilindros de tolva veces que levanta tolva en una hora (que depende de la distancia de acarreo)suspensión número de baches por hora, tamaño de baches...dirección número de curvasfrenos ¿?
Algunos indicadores: *
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Capacidad de frenado y del retardador
Conclusión:Cualquier incremento en Velocidad, GVW, ó Pendientereducirá la vida de freno.A distancias largas ó mayor tiempo con retardador/ frenoreducen la vida del Freno
Vida del Freno: HP - Hora = TrabajoHP = Torque x RPM
Torque => GVW x PendienteRPM => Velocidad
EJEMPLO PARA ACARREO
Aplicación :Alta velocidad & bajo torque
+ Neumáticos+ Rodamientos+ Suspension+ Cojinete bastidor “A”+ Rodamientos diferencial+ .....
¿Cómo impacta la vida de:
?
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Aplicación : Baja Velocidad - Alto Torque...
+ Rodamientos Mandos Finales + Motor Diesel+ Frenos+ Embragues de Trasmision
EJEMPLO PARA ACARREO
¿Cómo impacta la vida de:
?
Efecto de la condición camino en vida estructural
Estado del camino
0
10000
20000
30000
40000
50000
1 2 3 4
Vid
a (H
oras
) Excelente
Promedio
Maltratado
Carga
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Transmission Life vs UpShifts/Hr
0
5000
10000
15000
20000
25000
1 2 3 4
UpShifts/Hr
Life
(Hou
rs)
Vid
a (H
oras
)
Vida de la transmisión
Vida del motor
0
10
20
30
40
50
60
0 5000 10000 15000 20000 25000
Vida (Horas)
Gal
/Hr Motor A
Motor B > A
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Medición de la duración: Vida BLa vida B10 en el tiempo (edad, horas, millas, etc.) por el cual el 10% de la población ha falladoLa vida B aplica a cualquier porcentaje, por ejemplo, B 50 es el tiempo por el cual el 50% de la población ha falladoLa vida B puede usarse para los requerimientos de diseño o de líneas de referencia
1.000 2.000 3.000
10%
50%
Horas de operación
% de la población Fallas
B10
CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN
Lo elemental:
Afecta a:1. La productividad2. La seguridad3. El medio ambiente
“5S”
*
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CONTADOR DE PARTÍCULAS
http://www.machinerylubrication.com/Backup/200509/contam-fig1.gif
Resultados del contador:
http://www.machinerylubrication.com/article_detail.asp?articleid=800 (Noria)
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http://www.machinerylubrication.com/Backup/200509/Contam-Tab2.gif
*
http://www.skf.com/cmimages/243050.jpg
CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN: HUMEDAD
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Análisis de fluidos
Gestión de las herramientas de enganche (GETs)
Selección
Registros
Operación
Mantenimiento
Comprendiendo el DESGASTE
Aná
lisis
de
elem
ento
s de
sgas
tado
s
Movimiento Relativo + Presión + Abrasión = DesgasteVelocidad Carga Dureza