Tecnología de la construcción 42 | Neumáticos

Tecnología de la construcción 42 | Neumáticos

NEUMATICOS

Los neumaticos para los camiones y para todas las unidades de acarreo deberian ser escogidos de modo que sean los apropiados para los requerimientos del trabajo. La seleccion adecuada del tamaño de neumaticos y la practica de mantener la presion del aire correcta reduciran la parte de la resistencia a la rodadura, debida a los neumaticos.

Un neumatico soporta su carga por deformacion, donde entra en contacto con la superficie de la carretera, la zona en contacto producira una fuerza total en la carretera igual a la carga en el neumatico. Dejando de lado cualquier resistencia de apoyo proporcionados por las paredes laterales del neumatico, si la carga en un neumatico es de 5,000 libras y la presion del aire es de 50 psi, la superficie de contacto sera de 100 pulgadas cuadradas. Si, para el mismo neumatico, la presion del aire se baja a 40 psi, el area de contacto se incrementara a 125 pulgadas cuadradas. El area adicional de contacto se producira por la deformacion adicional del neumatico. Esto aumentara la resistencia a la rodadura de los neumaticos debido a que el neumatico estara continuamente subiendo una pendiente mas pronunciada a medida que gira.

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El tamaño del neumatico seleccionado y la presion de inflado se deberian basar en la resistencia que la superficie de la carretera ofrece a la penetracion del neumatico. Para superficies de caminos rigidas tales como el concreto, los neumaticos de diametro pequeño y alta presion daran una menor resistencia a la rodadura, mientras que, para superficies blandas los neumaticos de gran diametro y baja presion daran menor resistencia a la rodadura, porque las grandes zonas de contacto reduciran la profundidad de penetracion de los neumaticos.

 

Muchas de las fallas de los neumaticos pueden deberse a una sobrecarga constante, al exceso de velocidad, a la seleccion incorrecta de los neumaticos y al deficiente mantenimiento de los caminos de acarreo. Los neumaticos inflados por debajo de lo normal pueden causar grietas radiales laterales y una separacion de los pliegues. El sobre inflado somete al neumatico a un desgaste excesivo en el centro de la banda de rodadura. Los ejes duales mal emparejados haran la distribucion del peso desigual, sobrecargando el neumatico mas grande.

 

Los neumaticos generan calor a medida que ruedan y se flexionan. A medida que la temperatura de operacion de un neumatico aumenta, el compuesto de caucho y los textiles internos reducen significativamente su resistencia. Los fabricantes de neumaticos para movimiento de tierras ofrecen un limite de toneladas-milla por hora (TMPH) para sus neumaticos. La TMPH es una expresion numerica de la capacidad de trabajo de un neumatico. Es una buena practica calcular el valor TMPH de un trabajo y hacer una comparacion con el TMPH de los neumaticos en el equipo.

 

29 neumaticos - ecuacion 9.14

[9.14]

 

30 neumaticos - ecuacion 9.15[9.15]

 

31 neumaticos - ecuacion 9.16

[9.16]

 

Al calcular el valor TMPH del trabajo, hay que seleccionar siempre el neumatico que lleva la carga promedio mas alta. Si los neumaticos que estan siendo utilizados en los camiones tienen una clasificacion de TMPH menor que la TMPH del trabajo, la velocidad, la carga o ambas deben reducirse o los camiones deben estar equipados con neumaticos con una calificacion mas alta.

 

Ejemplo 9.4

 

Un camion fuera de carretera pesa 70,000 lb vacio y 150,000 lb cargado. La distribucion del peso vacio es 50% en el frente y 50% en la parte posterior. Cargado, la distribucion del peso es 33% al frente y 67% en la parte posterior. El camion tiene dos neumaticos frontales y cuatro posteriores. El camion trabaja en una cantera acarreando roca a una chancadora en turno de 8 horas. La distancia de acarreo en una direccion es de 5.5 millas. El camion hace 14 viajes por dia. Calcule el valor del trabajo en TMPH para el camion.

 

Peso total en las llantas delanteras (vacio) = 70,000 lb × 50% = 35,000 lb

Peso total en las dos llantas delanteras (cargado) = 150,000 lb × 33% = 50,000 lb

32 ejemplo 9.4 - 1

33 ejemplo 9.4 - 2

34 ejemplo 9.4 - 3

Peso total en las llantas posteriores (vacio) = 70,000 lb × 50% = 35,000 lb

Peso total en las dos llantas posteriores (cargado) = 150,000 lb × 67% = 100,000 lb

35 ejemplo 9.4 - 4

36 ejemplo 9.4 - 5

37 ejemplo 9.4 - 6

La llanta delantera lleva la mayor carga promedio

38 ejemplo 9.4 - 7

Valor del trabajo = 10.6 ton × 19.25 millas por hora = 204 TMPH

 

Esto significa que bajo las condiciones del problema, debera usarse una llanta con un valor de TMPH de 204 o mas.

 

CALCULOS DEL DESEMPEÑO DE CAMIONES

 

El ejemplo 9.5 analiza el desempeño de una flota de camiones de 22 toneladas de descarga posterior cargados por una excavadora hidraulica con cucharon de 3 yd3.

 

Ejemplo 9.5

 

Unos camiones de descarga posterior con las especificaciones que se muestran a continuacion se usan en el acarreo de arcilla arenosa. La carta de desempeño mostrada en la Figura 9.8 es valida para estos camiones.

 

Capacidad

A ras, 14.7 yd3

Colmada, 2:1, 18.3 yd3

Peso neto vacio          = 36,860 lb

Carga util       = 44,000 lb

Peso total del vehiculo = 80,860 lb

 

Los camiones seran cargados con una excavadora hidraulica de azadon que tiene un cucharon de 3 yd3 (Figura 9.9). La ruta de acarreo desde el punto de carga   al   de   descarga   se   ubica a 3 millas con una pendiente descendente de 1%.

 

La ruta de acarreo sera de tierra sin mantenimiento. El tiempo de descarga sera en promedio 2 minutos debido a la congestion que se espera en la zona de descarga. El azadon deberia ser capaz de realizar un ciclo en 20 segundos. La arcilla arenosa tiene un peso unitario suelto de 2,150 lb/yd3. Una eficiencia estimada para este trabajo es de 50 min por hora.

 

Paso 1. Numero de cargas por camion. Se ha determinado que el factor de llenado del azadon manipulando la arcilla arenosa es de 110%. El volumen del cucharon sera entonces 3.3 yd3S (3 x 1.1). La capacidad colmada del camion es 18.3 yd3S. El factor de llenado del camion se estima en 100%.

39 ejemplo 9.5 - figura 9.9

Figura 9.9    Camion de descarga posterior siendo cargado por una excavadora de azadon.

 

 40 ejemplo 9.5 - numero de cargas balanceadas

 

El  numero  real  de  cargas  deberia   ser  un  numero  entero;  por  lo  tanto,  se  deben resolver para los dos casos, colocando 5 o 6 cargas en el camion.

 

Paso 2. Tiempo de carga. Verifique la produccion partiendo de ambas situaciones, con 5 o 6 cargas para llenar el camion.

41 ejemplo 9.5 - paso 2

 

Volumen de la carga (5 cargas): 5 × 3.3 yd3S/carga = 16.5 yd3S

 

Verifique el peso de la carga: 16.5 yd3S x× 2,150 lb/yd3S = 35,045 lb

35,045 lb < 44,000 lb carga maxima; OK

42 ejemplo 9.5 - paso 2 ....2

 

Volumen de la carga (6 cargas): 6 × 3.3 yd3S/carga = 19.8 yd3S, lo cual excede la capacidad del camion; por lo tanto, la capacidad del camion controla la carga con 18.3 yd3S.

 

Las seis cargas son una carga corta o el exceso caera del camion.

Verifique el peso de la carga: 18.3 yd3S × 2,150 lb/yd3S = 39,345 lb

39,345 lb < 44,000 lb carga maxima; OK

 

Paso 3. Tiempo de acarreo

 

La resistencia a la rodadura (Tabla 6.1); para tierra sin mantenimiento, 100 a 140 lb/tn

Usando un valor promedio de 120 lb/tn o 6% de pendiente efectiva

Resistencia a la pendiente:      -1%

Resistencia total:      5%    [6% + (-1%)]

43 ejemplo 9.5 - paso 3

 

En este caso en particular, el efecto de la resistencia total y la diferencia en el peso total para los dos escenarios de carga dan como resultado una velocidad diferente para las condiciones. Si la resistencia total hubiera sido solo 4%, la velocidad que se alcanzaria hubiera sido 22 mph para ambas condiciones de carga.

 44 ejemplo 9.5 - paso 3 .....2

 

Paso 4. Tiempo de retorno

Resistencia a la rodadura: 120 lb/tn o 6%

Resistencia a la pendiente: 1%

Resistencia total:        7%        [6% + (+1%)]

Peso del camion vacio:          36,860 lb

Velocidad (Figura 9.8):        22 mph en 4ta. 

 

45 ejemplo 9.5 - paso 4

 

Paso 5. Tiempo de descarga. El tiempo de descarga se espera sea de 2 min

 

 

Paso 6. Tiempo del ciclo del camion.

 46 ejemplo 9.5 - paso 6

 

Paso 7. Numero requerido de camiones.

47 ejemplo 9.5 - paso7

 

Paso 8. Produccion.

 

El numero de camiones debe ser entero. Para el caso de 5 cargas para llenar el camion, considere el uso de 13 o 14 camiones. Si se usan 13 camiones, la excavadora tendra tiempo de acomodar la zona de carga y tendra el cucharon lleno listo para el siguiente camion, por lo tanto, el ciclo del camion controlara la produccion.    La eficiencia de 50 min-h debe considerarse en la produccion.

 

 

Produccion (5 cargas y 13 camiones)

 48 ejemplo 9.5 - paso 8 ....1

 

Si se usan 14 camiones, el cargador controlara la produccion y el camion tendra que esperar ocasionalmente para ser cargado.

 

Produccion (5 cargas y 14 camiones)

49 ejemplo 9.5 - paso 8 ....2

 

Considerando el caso de 6 cargas por camion y usando 13 o 14 camiones.

 

Produccion (6 cargas y 13 camiones)

50 ejemplo 9.5 - paso 8 ....3

 

Si se usan 14 camiones, el cargador controlara la produccion y el camion tendra que esperar ocasionalmente para ser cargado.

 

Produccion (6 cargas y 14 camiones)

51 ejemplo 9.5 - paso 8 ....4

 

Cuando se considere solo la produccion, es mejor usar 5 cargas y 14 camiones para lograr una produccion de 485 yd3S. La produccion con seis cargas y los mismo 14 camiones es menor 457 yd3S/h. Esto parece contrario a los que se esperaria. La razon para la baja produccion es que la sexta carga requiere un tiempo de carga de 0.2 min, pero la carga corta que representa para llenar el camion no excede las 1.8 yd3 (18.3 – 16.5 yd3). La capacidad del cucharon es 3.3 yd3.

 

Paso 9. Analisis de costo.

Se requiere un analisis de costo para determinar la operacion con menor costo. Los costos unitarios en $/yd3 se calculan usando estas tasas horarias.

 

Azadon con operador = $95/hr

Camion con operador = $60/hr

 

El costo unitario en $/yd3 se calcula para los dos casos de 5 y 6 cargas, y cada combinacion de camiones ±2 unidades a partir del punto de balance de 13 camiones. Una muestra de estos calculos para cinco cargas con 13 y 14 camiones seria:

Cinco cargas, 13 camiones: $95/hr + ($60/hr) (13 camiones) = $875/hr

52 ejemplo 9.5 - paso 9 ....1

 

Cinco cargas, 14 camiones: $95/hr + ($60/hr) (14 camiones) = $935/hr 53 ejemplo 9.5 - paso 9 ....2

54 ejemplo 9.5 - paso 9 ....3

 

El numero de camiones se grafica contra los costos unitarios de produccion para las condiciones del numero de cargas para ver las relaciones con la produccion y los costos.

 

55 ejemplo 9.5 - paso 9 ....4

 

El menor costo unitario para cualquiera de las cargas se encuentra en los 13 camiones, el entero menor al punto de balance. Un numero mayor o menor de camiones a partir de este punto de balance conlleva a un costo unitario mayor.

 

Como el costo horario total de las unidades de acarreo multiple es generalmente mayor que el costo horario de un cargador, es una practica comun redondear hacia abajo el numero de camiones a partir del punto de balance. Cuando se este considerando esta decision, se deberia considerar la condicion mecanica del equipo. Otra consideracion es la disponibilidad de camiones en espera o standby. Estas no son necesariamente unidades inactivas, sino que podrian ser camiones asignados a tareas de menor prioridad de las cuales pueden ser facilmente relevados.

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Despues de que el trabajo ha comenzado, el numero de camiones requerido puede variar debido a los cambios en las condiciones del camino de acarreo, reducciones o incrementos en las distancias de acarreo o cambios en las condiciones de las areas de carga o de descarga. La gestion deberia continuar monitoreando las operaciones de acarreo por los cambios que se den en las condiciones asumidas en el presupuesto.

 

Paso 10. Produccion en las unidades deseadas (volumen o peso).

 

Finalmente, la produccion puede convertirse como se requiera en volumen en banco o toneladas usando la informacion especifica adecuada del material para el trabajo o valores promedio como se encuentran en la Tabla 4.4. El menor costo unitario de operacion, cinco cargas y 13 camiones, se puede convertir a produccion en peso.

 56 ejemplo 9.5 - paso10

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