Laboratorio Grúa Pórtico María Andrea Fernández Paiz, 18045, Departamento de Ingeniería Mecánica Industrial, Ciudad de Guatemala. Catedrático Ingeniero Rony Herrarte Resumen En el laboratorio se pretende poder analizar el comportamiento de una estructura con perfiles cuadrados y una viga WF que soporta una carga de 1 tonelada. Se quiere determinar cuál es la pieza más crítica en la estructura y defirnir que tipo de soporte es el más realista para una grúa pórtico. Para poder determinar si la estructura soportaría una carga se realizaron una serie de análisis sobre la deformación que tiene la viga en el eje “y”, los factores de seguridad de los perfiles cuadrados y la viga. Metodología Para realizar el laboratorio se recurrió al uso del software ANSYS el cuál nos brinda una idea más clara de cómo será el comportamiento de la estructura con las cargas aplicadas y los soportes colocados. En el software se tuvo que ingresar todas las propiedades de los materiales que fue acero ASTM A500 para los perfiles cuadrados, para las placas Acero ASTM A36 y para la viga un Acero ASTM A572 de grado 50. Para el acero A36 y A500 las propiedades se obtuvieron de las fichas técnicas de Grupo AP que es una empresa guatemalteca que vende este tipo de aceros para la construcción de estrcutruas, y para el acero A572 se obtuvieron con matweb, a pesar que también es una norma que es manejada por esta empresa. Ahora bien para los tornillos se utilizó un acero SAE de grado 5 el cual se puede conseguir en Aceros Suecos de Guatemala, y se obtuvieron las propiedades por medio de matweb y el libro de Shigley. Las propiedades para los Aceros son: Material A36 A500 A572 G50 AISI 1045 grado 5 Límite elástico Mínimo 36,000 psi 46,000 psi 50,000 psi 92,000 psi Límite de Resistencia 58,000 psi 58,000 psi 65,300 psi 120,000 psi Poisson 0.26 0.27 0.27 0.29 Módulo de Young 2.9 x 10^7 psi 3.05 x 10^7 psi 2.75 x 10^7 psi 2.9 x 10^7 psi Para poder obtener una solución más rápida y eficaz se tuvo que quitar todos los redondeos que tenían los perfiles, las placas de los soportes y los tornillos y tuercas del ensamble. Se revisaron todas las conexiones para verificar que estuvieran correctas y se colocó el tipo de conexión “frictional” con un coeficiente de fricción de 0.2 para todas las superficies que estaban en contacto con los pernos y las placas superiror que estaban en contacto con la viga; ya que estas pueden separarse sin ningún problema y por algún esfuerzo pueden presentar algún leve movimento. Se usó bonded para los perfiles que estaban unidos ya que de esa forma se representan las soldaduras, al igual que para la unión de la tuerca y el tornillo porque estas no deberían ser capaces de separarse por si solas ni por algún esfuerzo. Se decidió colocar un soporte fijo en una de las placas inferiores de la grúa, ya que ANSYS exige colocar siempre un soporte fijo, pero realmente lo que se buscaba simular era que la grúa pórtico iba a estar colocada únicamente en el suelo por lo que se colocaron los demás soportes como “Frinctionlees” paras simular si en algún caso fallaría la estructura, como se deformaría al no estar fija en el suelo. Los análisis que se le pidieron al software son el esfuerzo cortante en la viga, el esfuerzo von misses en los perfiles cuadrados y la viga, el factor de seguridad de los perfiles y la viga, y por último la deformación de la viga en el eje “y”. Resultados con Pretensión Se obtuvo un factor de seguridad de la viga de 4.27 como se observa en la Figura No.1 lo cuál nos indica un factor bastante confiable, por lo que la pieza no fallará. Para la estructura que son los perfiles cuadrados se obtuvo un factor de seguridad de 15, lo que nos indica que esta sobredimensionado para la carga que se le esta aplicando. Si analizamos detalladamente el elemento, podemos determinar que el punto más débil es justo donde es aplicada la carga que es en el centro de la viga. Figura No.4 Deformación en “x” Figura No.1 Factor de seguridad Viga Figura No.5 Deformación en “y” Figura No.2 Factor de seguridad perfiles Se decidió comparar con la deformación total de la estrcutrua, como se observa en la Figura No.3, la cual nos indica que la deformación máxima es de 0.35in en la parte inferior del perfil cuadrado que esta colocado como soporte fijo en el suelo. Si analizamos con Von misses que es mucho más conservador e incluye todos los esfuerzos en los elementos, que es el cortante y los esfuerzos normales; para la viga se tiene un valor de 11,721 psi y para los perfiles de 2,222.8 psi, como se observa en la Figura No. 6 y la Figura No.7. Y el esfuerzo cortante para la viga es de 1,044.5 psi. Se realizó el mismo procedimento para verificar la deformación en el eje “y” y el eje “x” de la viga, como se observa en la Figura No.4 y Figura No.5 la cual nos indica que la deformación máxima en “y” es 0.0025in, y en “x” es de 0.16 in a compresión. Figura No.5 Von misses viga Figura No.3 Deformación Total Estructura Figura No.5 Von misses estructura Teniendo en cuenta todos estos valores podemos definir que la estructura es capaz de soportar una carga de 1 tonelada sin nungún problema. Pero a pesar de eso el elemento más crítico es la viga justo en el centro donde se aplica la carga. Conclusiones 1. El elemento más crítico de la estructura es la viga. A pesar que la pieza que sufre una mayor deformación es un perfil cuadrado, en donde se encuentra el soporte fijo. 2. Se obtuvo una deformación máxima de 0.35 in en uno de los perfiles cuadrados. 3. Para tener una deformación menor en la grúa pórtico, los soportes de las 4 patas deberían de colocarse fijos para que no haya opción de un mayor desplazamiento en estas. REFERENCIAS [1] [2] Nisbett, J & Budynas, R. (2012). Diseño en ingeniería mecánica de Shigley. McGraw Hill. 9na edición. Grupo AP. (2022). Vigas y Perfiles Cuadrados. 25 de febrero del 2022, de Grupo AP Sitio web: https://www.grupoap.com.gt:8011/product/estructural/
