1. Introducción a los Sistemas de Transporte

   1. Generalidades

   Nos encontramos con un sistema distribuido de ofertas de productos, bienes y servicios junto con una distribución de demandas que deben ser satisfechas.

   Se entenderá por transporte, todo movimiento de objetos o de grupo de ellos/personas, constituyendo cargas unitarias discontinuas (bultos) o continuas (granel). Los conceptos más importantes asociados al transporte son:

   • Ingeniería de transporte: ciencia que estudia la operación de transporte con el objeto de optimizar la misma.

   • Manutención: Operación de transporte o almacenaje sobre el producto en curso, que no modifique su estado ni aporte valor. (La operación tiene un coste).

     1. Características de los problemas del transporte

   • Demanda:

     1. Difícil de predecir
     2. Fluctuante en el tiempo y en el espacio
     3. Se realiza por necesidad
     4. Variable en cantidad/capacidad

   • Oferta:

     1. Es un servicio, no un bien (no es posible almacenarlo)
     2. Necesita de recursos fijos (infraestructuras), móviles y reglas
     3. Inversión considerable
     4. Posibilidad de retrasos

   1. Organización del transporte

   Cuando se hace referencia al exterior de las fábricas, es necesario tener buenos accesos de entrada y salida (posibilidad de enlazar con una red de carreteras).

   En el interior, los caminos de transporte han de ser lo más corto posible, de fácil acceso y vigilancia (evitar los retrocesos).

   Para la organización del transporte hay que establecer un plan de circulación, basado en:

   1. Mantener en movimiento el material, efectuando pocas paradas.
   2. Elección correcta de los operarios. Ningún operario especializado debe de intervenir en los procesos de transporte.
   3. Reunir el mayor número de piezas por unidad de carga.
   4. Aportación de valor en el transporte, intentando operar en el elemento transportado.

   1. Criterios de elección

   Para decidir correctamente el método de transporte más adecuado, es imprescindible conocer el proceso a tratar, los diferentes transportadores que pueden intervenir en el mismo, así como el mantenimiento de dichos transportadores.

   Otros elementos a considerar son la oferta, la cual es un servicio, no un bien, y necesita de recursos fijos y la demanda, la cual es fluctuante en el tiempo y difícil de prever.

   Asimismo, como criterios de elección alternativos se consideran los siguientes:

   • Naturaleza de los materiales a transportar
   • Condiciones de servicio
   • Condiciones del entorno
   • Capacidad de transporte
   • Seguridad
   • Posibilidad de reforma en el proceso de producción: adaptación al futuro
   • Tipos de impulsión: a mano, por gravedad, eléctrico, …

   1. Clasificación de los medios de transporte

   La clasificación general de los medios de transporte es:

   

   • Cadenas o Bandas: Los cangilones suelen ir montados sobre cadenas, con las que se consigue alta capacidad de carga y potencia, pero bajas velocidades; o sobre bandas, que aportan mayor velocidad, pero menos capacidad de carga. En cuanto al mecanismo de cierre, elemento muy importante para asegurar la estabilidad del sistema de transmisión, este puede ser del tipo yuxtapuesto, superpuesto, en ángulo, en cangilón, metálico o vulcanizado.

   • Estación motriz: Se incluyen los elementos necesarios para el accionamiento del transportador. La carcasa del cabezal motriz se divide en dos partes, la parte inferior donde se ubica el cojinete y la parte superior, que tiene por misión la protección.

   • Estación Tensora: Suelen ser de dos tipos de husillo y de contrapeso. De husillo se usa para elevadores pequeños y requieren un frecuente mantenimiento. Los de contrapeso es el propio peso del tambor el que garantiza la adherencia de la banda o la tensión de la cadena. Sirven para mantener la estabilidad, puesto que la potencia generada es función de la tensión (ángulo de contacto, coeficiente de fricción y tensión).

   • Carcasa/ Caja/ Tubo: Actúa como elemento resistente, protegiendo al sistema.

   • Elemento de seguridad: El elemento más importante es el dispositivo antirretroceso o freno electromagnético. Otro elemento son los niveles en el fondo de la caja (para detectar el llenado de la misma), y para el caso de las bandas se dispone de elementos de parada, en el caso de que la banda tienda a salirse del tambor.

   1. Carga

   La carga en el elevador de cangilones se realiza de forma continua y con un caudal constante. La carga se realiza por dragado (para productos no abrasivos) o por tolva (se utilizan elevadores de cangilones continuos, y se evita que el producto caiga al fondo de la caja, no siendo necesario el dragado, y se utiliza con baja velocidad 0.8 m/s, para asegurar el llenado completo).

   1. Descarga

   Una de las clasificaciones más generalizadas se basa en el sistema de descarga del transportador.

   • Descarga por lanzamiento o centrífuga: es el más utilizado y la carga se efectúa por dragado del material. El órgano de tracción (banda o cadena) se desplaza a grandes velocidades.

   • Descarga por gravedad o positiva: No es posible utilizar bandas, puesto que los cangilones se descargan boca abajo. Sus velocidades son bajas. Tienen menor desgaste, pero la sección del cangilón debe de ser mayor. En el caso de la descarga central la velocidad es aún más lenta y la descarga se produce antes y en la parte interior de la carcasa.

   • Descarga continua:  No es necesario dragar el fondo del material, puesto que se utiliza la carga continua por tolva, por lo que trabaja a baja velocidad.

     1. 1. Capacidad de carga

   La capacidad de carga de un elevador de cangilones viene expresada como:

   

   Donde:

   Q = capacidad en toneladas por hora

   V = velocidad (m/s)

   La velocidad es función:

   • Del tipo de impulsión:

     1. Cadena (simple o doble) + lento
     2. Cinta + rápido

   • Tipo de descarga:

     1. Centrífuga (2.5 m/s)
     2. Gravedad (1>)
   • Del material

   C = Capacidad del cangilón (1)

   La capacidad del cangilón es función de:

   • Tipo de material: fluidos y sueltos (menos profundidad), …
   • Tipo de descarga: Centrífuga (menos profundidad), gravedad, continua.

   P = Paso (m)

   La separación entre cangilones es función del tipo de carga (mayor en dragado y menor en tolva) y descarga (mayor en centrífuga y menor en continua).

   φ = Grado de llenado (1 = nivel de agua, normalmente de 0.6 a 0.9)

   γ = peso específico (t/m³)

   1. Potencia de accionamiento

   La tensión de la banda (kg) viene dada por:

   

   Donde Fa es la fuerza de accionamiento y k es un coeficiente que depende del tambor.

   1. Ventajas e Inconvenientes

   

2. Transportadores por gravedad

   1. 1. Definición

   Los transportadores por gravedad son un medio de transporte continuo para materiales a granel o en bultos.

   • Ventajas:

     1. Son económicos
     2. Bajo desgaste
     3. Fácil instalación
     4. No requieren de personal cualificado para su mantenimiento

   • Inconvenientes

     1. Solo para trayectorias descendentes
     2. Poco control de la velocidad
     3. Capacidad de carga limitada

   • 1. Factores de influencia

   • Coeficiente de rozamiento: Depende del material de la superficie del objeto, del material de la superficie del suelo, de la forma de sección transversal, del grado de humedad y de la temperatura.

   • Ángulo de inclinación: Depende del coeficiente de rozamiento.

     1. 1. Rampas de deslizamientos

   Descensores Rectos

   Se basan en el deslizamiento del elemento a transportar por una rampa inclinada. En función de la disposición de la misma, pueden ser rectos o helicoidales.

   • 

     

     
     

     Rectos: La velocidad final depende de la inicial, de la altura del transportador, del coeficiente de rozamiento entre la carga y la superficie, y del ángulo de inclinación

   • Helicoidales: La velocidad final es menor que en los rectos, y depende del ángulo de inclinación de la hélice, del coeficiente de fricción entre materiales, y del radio medio de la hélice. Mediante tablas, con esta información se obtiene el ángulo de peralte (B), la velocidad final y el paso del descensor (h).

   Transportadores de rodillos

   Se basan en el deslizamiento del elemento a transportar mediante rodillos. Permite mayor distancia que los de rozadura, y sus componentes principales son los siguientes:

   • Soportes: pueden ser regulables en altura, en longitud o helicoidales.

   • Ejes: cuya configuración más utilizada es la hexagonal.

   • Rodillos: pueden ser lisos o cónicos. Suelen disponer dos rodillos sobre un eje con tres carriles para trasportes en curva.

   • Rodamientos: pueden ser de baja precisión o de alta precisión, estos últimos con mayores prestaciones, pero no indicados para los transportes de gravedad por su fricción inicial. Los rodamientos con precisión se usan para altas velocidades.

   Sus principales características son:

   • Separación entre rodillos: como mínimo la (longitud mínima de carga)/2 (3 rodillos)

   • Anchura del transportador: para transportes rectos se recomienda al menos 5 cm mayor que el ancho del paquete; y en transportes en curva, es función del ancho del elemento (W), el largo (L) y el radio interior (Ri), y viene dada por la siguiente expresión, Re(cm) = +5 [cm]

   • Inclinación: debe ser la indicada para controlar la velocidad, para que no se produzca deslizamiento (es decir que se produzca rodadura pura), para que empiece el arranque de objeto, así como para evitar el vuelco de la carga (vertical por el c.d.g. en el tercio central o posterior de la base), además pueden incorporar rodillos retardadores

   Transportadores de ruedas

   Se basan en el deslizamiento del elemento a transportar mediante ruedas. Permiten mayor distancia que los de rodillos por su baja inercia. Son muy utilizados en transportes en curva, por tener cada rueda una velocidad independiente.

   Comparativa

   

   Portabilidad:partes ligeras y rápido y sencillo montaje y desmontaje.

3. Cintas transportadoras

   1. 1. Definición

   Las cintas transportadoras representan un medio continuo para materiales a granel o en bulto.

   1. Componentes

   2. Bastidor: es la estructura portante que soporta toda la cinta

   3. Tambores: pueden ser lisos, recubiertos o de jaula de ardilla. El tambor motriz, el cual transmite fuerza tangencial a la cinta, suele estar situado en la zona de descarga. Se suele poner más de un tambor motriz para aumentar la capacidad y permitir la circulación en dos sentidos.

   4. Rodillos: tienen como misión soportar y proteger la banda. Deben tener buen sistema de rodamiento y de sellado. Pueden ser lisos o recubiertos, y su disposición pueden ser de forma plana, en artesa (más común-están articulados en los extremos) o en guirnalda (mejores prestaciones-están unidos por cable). Para distancias largas se suelen incorporar rodillos autoalineantes, para evitar que la banda se salga de su posición.

   5. Unidad motriz: compuesta generalmente por un motor y un reductor, es la encargada de dar potencia al sistema.

   6. Estación tensora: pueden ser de gravedad, hidráulica, de husillo o cabestrante.

   7. Banda: están caracterizada por su longitud (L), ancho de banda (B), material (tejido, que debe ser de algodón, EP-poliéster y polidamida, ST-steelcord, etc), tensión de rotura (N/mm), y espesor de la cubierta (material que recubre el tejido). Pueden tener una superficie lisa, rugosa o con nervios (tacos), según su función. En cuanto a las uniones, pueden ser grapadas o vulcanizadas. La banda puede estar soportada por rodillos (lo más común) o por una chapa continua (para distancias cortas). Además, es importante tener en cuenta que la cara limpia siempre tiene que estar en contacto con los rodillos y elementos tractores.

   8. Elementos de limpieza de la banda: Se suele disponer de rascadores tangenciales (primarios colocados en el tambor motriz, y los secundarios situados en la parte inferior del tambor motriz), así como rascadores en V y diagonal (terciarios, después del tambor de reenvío), distribuidos por toda la cinta. Igualmente, se puede optar por invertir la banda y utilizar chorros de agua para su limpieza.

      1. 1. Carga y descarga

   La carga generalmente se realiza en un único punto mediante una tolva, siendo importante un llenado uniforme y en dirección al movimiento, debiéndose hacer un poco más adelante del rodillo de retorno. En cuanto a la descarga, esta se puede realizar en varios puntos, con la utilización de un carro descargador o tripper, pero lo más común es realizarla en un único punto.

   Por otro lado, un concepto importante asociado a estar operaciones es la distancia de transición, que se define como la distancia entre la línea central del tambor motriz o de reenvío y la línea central de la primera estación de rodillos acunados. Es importante determinarla, mediante tablas, y en función del ancho de banda, generalmente, para evitar sobreestiramiento de la banda.

   1. Parámetros de cálculo

   Los parámetros de cálculo de una cinta transportadora se van a detallar mediante la descripción de los pasos de cálculo de este tipo de transportador. Así, los pasos para el cálculo de una cinta transportadora son los siguientes:

   1. Capacidad de carga: dada por la expresión , depende de la velocidad, que está normalizada (valores recomendados en función del ancho de banda, con un máximo de alrededor de 6 m/s), el área transversal (que depende del ángulo de artesa, de entre 20º y 25º, el ángulo de sobrecarga del material a transportar, del orden de 10º menor que el ángulo de artesa, y del ancho de banda elegido, el cual depende a su vez del tamaño del material), el peso específico del material y de dos factores correctores por inclinación y llenado. Una vez determinado el ancho de banda, se calcula la velocidad teórica, y se actualiza a un valor adecuado en función de los valores normalizados y de la unidad motriz. La capacidad final con el valor final de la velocidad debe ser mayor que la deseada.

   2. Fuerzas y potencias: en función de los coeficientes de fricción y del espaciamiento entre rodillos (tabulados), se calculan las fuerzas necesarias para mover la banda en vacío, mover el material horizontalmente, y para elevar el material, en su caso. Conocidas las fuerzas, se calcula la potencia teórica y real, teniendo en cuenta el rendimiento del motor y el rendimiento mecánico del sistema.

   3. Tensiones: considerado el ángulo de brazada y el factor de fricción tambor-banda, se calculan las tensiones del lado flojo, lado apretado, de retorno y del contrapeso. En función del ancho de banda y la tensión del lado apretado, se calcula la tensión de trabajo unitaria, filtro importante de selección de la banda.

   4. Selección de la banda: el siguiente paso es la selección de la banda en base a las características previstas de la cinta y la tensión de trabajo calculada.

   5. Selección de los rodillos: los rodillos se seleccionan en base a la norma específica utilizada.

   6. Unidad motriz: considerando la potencia calculada y la velocidad angular del tambor, se selecciona la unidad motriz. Una vez seleccionada, es necesario el recálculo de todos los parámetros con la velocidad final esperada (marcada por la unidad motriz).

   7. Otros cálculos: como otros cálculos adicionales destacan la distancia de transición y el diámetro mínimo de los ejes de los tambores.

      1. 1. Ventajas e inconvenientes

   Como ventajas principales destacan la gran capacidad de carga que puede alcanzar, alta velocidad y alta distancia de transporte. Por el contrario, tiene el inconveniente de tener una inversión inicial alta, ser una instalación fija, y tener problemas en transportes en curva.

4. Rodillos motorizados

   1. 1. Definición

   Los rodillos motorizados son un modo de transporte continuo para materiales en bultos. El accionamiento se consigue con una unidad motriz, transmitiendo el movimiento mediante una banda, una disposición de ejes lineales, o por cadenas.

   1. Rodillos motorizados por banda

   De velocidad reducida, este tipo de rodillos motorizados pueden disponer de una banda trapecial (distancias cortas) o de perfil redondo (transporte en curva).

   1. Rodillos motorizados por eje lineal

   Especialmente indicado para bajas capacidades de carga, la transmisión al rodillo se hace por cordón.

   1. Rodillos motorizados por cadena

   Los más utilizados en este tipo de transportador, se consiguen altas velocidades y la posibilidad de hacer el servicio intermitente o reversible, pudiendo aumentar la carga de trabajo.

   1. Ventajas e inconvenientes

   Como ventajas principales de los rodillos motorizados destaca la amplia gama de cargas disponible y su seguridad. Por el contra, tienen como inconvenientes el mantenimiento cuidadoso que necesitan y el consumo alto de energía.

5. Métodos de clasificación

Los métodos de clasificación de transportadores continuos permiten clasificar los elementos transportados en función de los planificado en la producción. Destacan los siguientes:

• Deflector: el deflector es un brazo móvil que produce un cambio en la trayectoria del elemento transportado. Tienen que estar en la posición deseada antes de que el producto llegue.

• Desviador por empuje (push diverter): empleando sistemas neumáticos, empujan el producto hasta la posición deseada.

• Desplegadores (pop-ups): son dispositivos intercalados entre los rodillos que permiten un cambio de trayectoria del producto al elevarse.

• Placas deslizantes (sliding shoes): la carga es desplazada hacia las salidas gracias a unos tacos dispuestos sobre los rodillos del transportador.

• Bandejas basculantes (tilt tray sorter): Consisten en un mecanismo de transporte de alta velocidad compuesto por bandejas independientes dispuestas en cadena.

• Bandas cruzadas (cross-belt sorters): con la misma filosofía que las bandejas basculantes, están compuestas por bandas colocadas perpendicularmente a la dirección del flujo de transporte.

Aparatos de recorrido libre

1. Robots industriales

   1. Definición

Un robot industrial se define como manipulador automático reprogramable. Un manipulador es un elemento destinado a agarrar y desplazar elementos.

1. Componentes

Los elementos principales de un robot industrial son la unidad de control, la unidad de potencia y el manipulador, el cual incorpora articulaciones (pinzas), actuadores (herramientas) y/o sensores, los cuales pueden ser externos o internos.

Otros elementos a considerar dentro de un sistema robótico son los sistemas de transmisión y los sistemas de reducción. Los reductores se dividen en dos grupos: reductores armónicos (no tienen holgura y producen vibraciones, e invierten el sentido de giro), o reductores de tipo cyclo (cuya relación de reducción viene determinada por la diferencia entre los rodillos exteriores y los huecos del disco de curvas. Invierte también el sentido de giro, también producen vibraciones que se solucionan colocando dos reductores en serie).

1. Clasificación

La siguiente tabla recoge las características, ventajas e inconvenientes de los diferentes tipos de robots industriales.

Vehículos de guiado automático

1. 1. Definición

Un AGV, o vehículo de guiado automático, es un medio de transporte de recorrido libre para materiales en bultos.

1. Componentes

Los elementos principales de un AGV son los siguientes:

• Sistemas de control: un ordenador central se encarga de controlar todos los sistemas de transporte. En caso de optar por un sistema centralizado (control en tiempo real, pero número limitados de vehículos controlados), el gestor del sistema es el encargado de controlar la flota de AGVs. En caso de sistema descentralizado (fácil expansión, pero no es posible controlar en tiempo real), los AGVs se controlan automáticamente.

En cuanto al control del tráfico, este puede ser zonal (solo se permite un vehículo en cada zona: apropiado para áreas complicadas, pero poco óptimo. Se subdivide en vehicular, los propios vehículos avisan de que la zona está ocupada, o en centralizado, existe un sistema global que controla las zonas), vehicular (el propio vehículo controla el sistema de tráfico, mediante sensores y sistemas de comunicación: mayor aprovechamiento del espacio, pero posibilidad de choques en cruces), o combinado, el cual es un compendio de los dos anteriores (para áreas complicadas, el zonal; y para las demás zonas, el vehicular).

• Baterías: pueden ser de plomo-ácido (pueden descargarse hasta el 80%, pero elevado tiempo de carga), de níquel-cadmio (carga más rápido, pero menor capacidad de descarga), níquel-hidruro metálico (menor efecto memoria, pero más peligrosa), o de ion-litio o polímero-litio (alta densidad de carga, pero difíciles de manejar por su peso y volumen). La carga puede ser manual, automática o en caliente.

• Sistema tractor: comprendido por elementos como el motor eléctrico o mecanismos de dirección. Estos últimos pueden ser de tipo triciclo (3 ruedas y una motriz: sistema más sencillo, pero se dan complicaciones en términos de velocidad en las ruedas no motrices), doble triciclo (proporciona tracción trasera y delantera, solucionando parcialmente los problemas del anterior), por diferencia de velocidades (permiten giros de 90º, pero más complejo de manejar) o de tipo omnidireccional (compuesto por ruedas tractores independientes: muy útil, se utiliza en aplicaciones muy especiales debido a su alto coste).

• Sistemas de protección: necesarios para dar seguridad a la carga transportada y al propio transportador.

• Unidad elevada: característica de cada tipo de transportador.

  1. 1. Características principales

Las características principales de los AGVs son su capacidad, dimensiones, velocidad y sistemas de seguridad.

1. Sistemas de guiado

Los sistemas de guiado más utilizados se describen a continuación:

• Guiado por cinta: de carácter pasivo, tiene ventaja de que el camino es continuo, pero la desventaja de que no es apropiado para zonas de alto tráfico. Las cintas pueden ser ópticas, metálicas o de elementos químicos.

• Guiado por cable: de carácter activo y el cable puede ser inductivo, tiene la ventaja de ser un método más fiable y preciso, pero la desventaja de ser fijo: necesita de instalación subterránea.

• Guiado por láser: de alta precisión, tiene la desventaja de que el AGV tiene que trabajar a velocidades bajas. La zona de trabajo está almacenada en la memoria del vehículo.

• Guiado por cuadrículas: de alta precisión, tiene la desventaja de fijo: el suelo está marcado mediante puntos magnéticos enterrados.

  1. 1. Ventajas e inconvenientes

Como ventajas de los AGVs destacan el aprovechamiento del espacio, el ahorro de energía y la alta seguridad. Por contrario, tienen la desventaja de su gran coste inicial, necesidad de rutas libres de obstáculos y complejo sistema de software y hardware.

1. Aparatos de elevación

   1. Ascensores

      1. Definición

Un ascensor de define como aparato de elevación destinado al transporte de personas, cuya inclinación con la horizontal sea superior a 15º.

1. Componentes

Los componentes de un ascensor son los siguientes:

• Sistema de impulsión: responsables del movimiento del ascensor, pueden ser eléctricos (con reductor o sin reductor) o hidráulico (pistón embutido, doble, o pistón + cable).
• Cabina: es el elemento portante del ascensor, donde viajan los pasajeros.
• Contrapeso: tiene como objeto equilibrar el peso de la cabina.
• Guías: son los elementos destinados a guiar la cabina y el contrapeso, en su caso.
• Puertas: pueden ser manuales, automáticas o semiautomáticas.
• Sistemas de seguridad: regulador de velocidad + paracaídas (el regulador consta de un sistema de poleas dispuesto de un trinquete que se activa cuando la velocidad es inadecuada, bloqueando las poleas, las cuales activan el sistema paracaídas. Este sistema puede ser de acción instantánea o de acción progresiva. En caso de ascensores hidráulicos, se dispone de válvula paracaídas – antirretorno – y válvulas reguladoras, freno electromagnético ( el cual se encarga de activar zapatas en caso de corte eléctrico), interruptores finales de carrera, amortiguador de foso, detector de sobrecarga, sensor de antiatrapamiento, equilibrador de tensión y detector de alargamiento de cables.
• Cable: están calculados con un coeficiente de seguridad superior a 10, y siempre hay más de uno instalado.
• Sistema de compensación: para garantizar la adherencia en la polea tractora.

  1. 1. Clasificación

La siguiente tabla muestra la clasificación de los ascensores según tipo de impulsión:

1. Características principales

Las características principales de un ascensor son su carga (máximo número de personas o máximo peso soportado), velocidad, tipo de impulsión, tipo de suspensión (directa o diferencial), tipo de puertas y maniobras.

1. Ventajas e inconvenientes

Tienen la ventaja principal de ocupar poco espacio, permitiendo el transporte de bultos. Como contrapartida, son intermitentes y el flujo de personas es menor que en otros aparatos de elevación.

1. Montacargas

El montacargas mantiene los mismos principios generales que el ascensor, con la única variante de que no se encuentra específicamente preparado para el transporte de personas, teniendo la restricción de no sobrepasar los 15º con la vertical.

1. Escaleras mecánicas

   1. 1. Definición

Una escalera mecánica es un aparato de elevación por escalones sin-fin destinado al transporte de personas. Pueden estar instaladas de forma paralela o cruzada.

1. Componentes

Las escaleras mecánicas estás constituidas por una estructura de soporte, balaustradas, grupo tractor y las propias escaleras. Consta de botones de paro y switchs como medidas de seguridad.

1. Ventajas e inconvenientes

Tienen gran capacidad de transporte y servicio continuo. Por un lado, tienen alto coste y ocupan mucho espacio.

1. Rampas móviles

Las rampas móviles mantienen los mismos principios generales que las escaleras mecánicas, con la única variante de que no superan los 15º de inclinación con la horizontal.

1. Grúas

   1. 1. Definición

Una grúa es un aparatado de elevación discontinuo destinado a la elevación y distribución de cargas suspendidas. Son necesarios, pero a la vez caras y normalmente fijas.

1. Componentes

Los componentes principales de una grúa son el carro polipasto (sistemas de poleas), el armario eléctrico, la botonera de mando y los elementos de suspensión. Estos últimos pueden ser ganchos (transporte de bultos por cables o eslingas), cucharas (materiales a granel) o spreaders (para el manejo de contenedores).

1. Clasificación

Los tipos de grúas más utilizadas son las siguientes:

Grúas para instalaciones industriales

• Puente grúa: está compuesto por una viga principal simple o doble (movimiento longitudinal), dos vigas testero (movimiento transversal), mecanismo de elevación y camino de rodadura. No interfieren en la zona de trabajo, pero ocupan mucho espacio.
• Grúa pórtico: está compuesto por postes que elevan una estructura puente por donde circula el mecanismo de elevación. El movimiento longitudinal se realiza mediante raíles, y el transversal, mediante carriles metálicos.
• Grúa consola: con forma de L invertida, el movimiento longitudinal se realiza mediante tres raíles, y el transversal, a través de la viga puente sobre carriles metálicos.
• Grúa giratoria de columna: con un alcance máximo de 8 metros, gracias a un sistema mecánico se consigue el movimiento de translación del aparato elevador.
• Grúa Derrick: de carácter fijo, constan de un mástil vertical fijo a una plataforma. Son robustas y sencillas, pero tienen limitaciones en el giro.

Grúas para operaciones portuarias

• Grúas giratorias de plataforma: constituida por una plataforma como base de giro, en función de su situación pueden ser grúas de puerto (movimiento de translación del pórtico, de giro, de cambio de alcance y de elevación de la carga), o de buque (movimiento de giro, de elevación de la pluma y de elevación de la carga).
• Grúas portacontenedores: destinadas a la carga y descarga de contenedores, poseen 5 tipo de movimientos: translación de la grúa, translación del carro, giro del carro, elevación parcial de la grúa y elevación de la carga.

Otras grúas

• Grúas torre: utilizadas en trabajos de edificación, poseen 4 movimientos: translación de la grúa, translación del carro, giro de la pluma y elevación de la carga.
• Grúas autopropulsadas: instaladas en automóviles.
• Grúas autocargantes: instaladas en automóviles, con espacio para cargar.

• Otros modos de transporte

Los modos de transporte son los diferentes medios empleados para el traslado físico de personas desde un punto de origen hasta un punto de destino. Los más utilizados son el transporte marítimo, por ferrocarril, aéreo y por carretera. La siguiente tabla resume las principales características de estos modos de transporte:

, por un coeficiente de seguridad tabulado según normas:

1. Solicitaciones en el servicio

Los esfuerzos generales a los que se puede someter un cable son los siguientes:

• Curvado: Producido por el paso del cable por las poleas (fatiga por flexión), se reduce eligiendo cables tipo Lang, preformados y de baja resistencia específica.
• Aplastamiento: producido por el propio cable, cuando está enrollado y cuando están apoyados en las gargantas de las poleas de manera tensionada. Se reducen los cables de torsión normal y de alma metálica.
• Alargamiento: producido cuando los cables son sometidos a esfuerzos de tracción, se reduce utilizando cables gruesos de alta resistencia específica.
• Estrepada: producido por tirones repentinos que provocan deformaciones (normalmente en el proceso de enrollado), se reduce utilizando cables de alma metálica.
• Abrasión: fenómeno de desgaste de material debido al rozamiento de cables con otras superficies. Los cables son alambres más gruesos resisten mejor la abrasión.
• Corrosión: fenómeno de desgaste de material debido a reacciones químicas. Se reduce utilizando recubrimientos superficiales, como galvanizado (evitar humedad más que corrosión), o lubricado (mejor con la corrosión).

  1. Clasificación

Los tipos de cables más utilizados son los siguientes:

• Cables espirales o cordones: formado por cordones de alambre único dispuestos helicoidalmente, son muy resistentes a la abrasión, pero tienen poca flexibilidad.
• Cables normales: (cordones enrollados alrededor de un alma) formados por cordones de un determinado número de alambres del mismo diámetro, reúnen características positivas de diversa índole, pero suelen tener poco aprovechamiento de la sección.
• Cables con alambres de distinto diámetro: del mismo paso, pueden ser de tipo Warrington (la capa exterior tiene el doble número de alambres que la interior), de tipo Seale (están compuesto por dos capas del mismo número de alambres, los alambres de la capa exterior tienen mayor diámetro), de tipo Filler (tienen alambres más finos rellenando huecos), o de tipo Warrington-Seale (Warrington hasta la penúltima capa, y en la última capa es de tipo Seale).
• Cables antigiratorios: formado por dos o más capas de cordones enrollados en diferentes sentidos (de muy específico uso debido a su delicadeza).
• Otros tipos de cable: cables compactos, de forma no circular o guardines (varios cables enrollados a un alma central).

  1. Cuidados con el cable

Los principales cuidados que hay que tener en cuenta durante la vida útil del cable son los relacionados con la instalación y el mantenimiento del mismo:

• Instalación del cable: se debe tener en cuenta la relación de diámetros entre la polea y el cable (tabulados en catálogo), así como la ubicación del punto muerto del tambor, siguiendo la regla de la mano derecha para cables de torsión a derechas, y de la mano izquierda para cables a torsión a izquierdas.
• Mantenimiento: clave inspección periódica en la que se revise la cantidad de alambres rotos, la pérdida de diámetro, así como las diferentes anomalías y defectos que puedan haberse generado (alargamiento, corrosión, roturas localizadas, etc).

Otros cuidados a consideras son el transporte, embalaje, almacenamiento, etc.

1. Proceso de cálculo de un cable

Los pasos para el cálculo de un cable son los siguientes:

1. Cálculo del esfuerzo de diseño (CT).
2. Cálculo del esfuerzo total (CTT = CT*FS, elegido previamente)
3. Selección del cable (CMR > CTT)
4. Comprobación de requerimientos (D polea/ d cable > N, normalmente 30; peso del cable +CTT

1. Eslingas

   1. Definición

Una eslinga es un tramo corto de material flexible (típicamente cable de acero), que tiene extremos en forma de ojales, aptos para poder ser sujetados por un elemento tractor.

1. Uso y mantenimiento

Uno de las acciones fundamentales en el uso de la eslinga es la unión de los cables que la conforman. La prensa del cable que sujeta al guardacabo, así como las demás, deben estar dispuestas de tal modo que el sector activo descanse sobre la prensa, y el sector muerto sea el apretado.

1. Sistemas de potencia fluida

   1. Definición

Un sistema de potencia fluida es un conjunto de elementos que es capaz de transmitir y controlar energía por medio de la utilización de un fluido.

1. Clasificación

En función del fluido utilizado, un sistema de potencia fluida se clasifica en sistema neumático (gas presurizado), o en sistema de potencia hidráulico (líquido)

1. Composición de un sistema neumático

Un sistema de potencia neumático consta de los siguientes elementos:

• Compresor: elemento encargado de presurizar el gas, puede ser de desplazamiento positivo (rotativos-paletas o tornillos- o alternativos- pistón o membrana), o dinámicos (también llamados turbocompresores, pueden ser centrífugos o axiales).
• Depósito: encargado de albergar el gas presurizado.
• Elementos de seguridad: presostato, regulador de presión, válvula de seguridad, válvula antirretorno y purgador.
• Elementos de transporte del fluido: generalmente tuberías de plástico.
• Válvulas: pueden ser distribuidas, de caudal, de bloqueo, de presión o de cierre. Se determinan mediante el número de posiciones (P) y de conexiones (C) que tienen del modo C/P (e.g. válvula 3/2, 2 posiciones y 3 conexiones)
• Actuadores: pueden ser lineales (simple efecto, doble efecto, sin vástago, etc) o de giro (émbolos, engranajes, turbomotores, etc)

  1. Composición de un sistema hidráulico

Un sistema de potencia hidráulica está formado por los siguientes elementos:

• Tanque: Ventilado o presurizado, alberga el fluido los siguientes elementos.
• Bomba: encargada de bombear al fluido, puede estar formada por engranajes, paletas o pistones.
• Filtro: necesario para adecuar el fluido del sistema
• Sistemas de regulación de la temperatura: formado por un circuito de refrigeración y otro de calefacción, es necesario para adaptar la temperatura de funcionamiento del fluido.
• Acumulador: permite optimizar el funcionamiento del sistema hidráulico, utilizado, generalmente como reserva de energía.
• Elementos de seguridad: similares a los del sistema neumático
• Elementos de transporte de fluido: ídem neumática
• Válvulas: Ídem neumática
• Actuadores: Ídem neumática

1. Comparativa neumática-hidráulica

1. Elementos Mecánicos

   1. Transmisión del movimiento

      1. Transmisión lineal

Como formas de transmisión lineal destacan:

• Palanca: se rige mediante equilibrio de momentos, donde la fuerza obtenida es proporcional a la distancia de donde se aplica.
• Polea: utilizada para elevar fácilmente cargas, la reducción es proporcional al número de ramales móviles (conjunto de poleas, polipasto).

  1. 1. Transmisión circular

Como formas de transmisión circular, destacan:

• Rueda de fricción: en la que la relación de transmisión

   es proporcional al diámetro de la rueda conductora (d) e inversamente proporcional al de la conducida (D).

• Sistema de poleas con correas: con un funcionamiento suave y silencioso, tienen un desgaste y envejecimiento acelerado. La relación de transmisión es

  , siendo k=1 – ε, donde ε es el coeficiente de deslizamiento.

• Engranajes: Tienen la ventaja de transmitir grandes potencias y tener un mantenimiento fácil, pero emiten ruido y tienen alto coste. La que la relación de transmisión es

  , siendo el subíndice 1 para la rueda conductora y el 2, para la conducida.

• Sistema de engranajes con cadena: con idéntica relación de transmisión que los engranajes, tienen un elevado rendimiento, pero un coste muy alto.
• Tornillo sin fin: usado para transmitir movimiento entre ejes que se cruzan, poseen gran reducción, pero bajo rendimiento.

  1. Transformación del movimiento

     1. Movimiento circular en rectilíneo

Destacan:

• Piñón-cremallera: usado en el sistema de dirección de los vehículos.
• Tornillo-tuerca: usado en sistemas de elevación de automóviles, tienen un posicionamiento preciso, pero gran desgaste.
• Manivela-torno: usado en sistemas de elevación de cargas.

  1. 1. Movimiento rectilíneo en circular

Destacan:

• Biela-manivela: en que el recorrido es el doble de la longitud de la manivela.
• Cigüeñal: conjunto de bielas en un mismo eje, usado en motores.
• Leva: rueda con salientes que empuja a un seguidor a su paso.
• Excéntrica: disco o cilindro cuyo eje de giro no coincide con su centro geométrico

  1. Elementos auxiliares

1. Tribología

   1. Definición

La tribología es la ciencia que estudia el rozamiento entre los cuerpos sólidos, con el fin de optimizar el deslizamiento y el desgaste entre ellos.

1. Fricción

   1. 1. Definición

Fenómeno de resistencia al movimiento que experimenta dos cuerpos en contacto.

1. Acciones, causas y variables de la fricción

Interviene la fuerza de rozamiento (resistencia a deslizar), el momento de resistencia a la rodadura y el momento de resistencia al pivotamiento.

Las causas que generan la fricción son la adhesión (formación y rotura de enlaces en la interfase), deformación plástica y elástica y labrado (arranque de material entre cuerpos de diferente dureza).

Las variables que interviene en la fricción son la presión, la temperatura, la velocidad, la rugosidad, la dureza, la limpieza y el tiempo de contacto entre materiales.

1. Leyes de la fricción seca

2. La fuerza de fricción es proporcional a la carga normal: Se cumple en la mayoría de los casos excepto en los materiales poliméricos y en materiales muy duros sometidos a altas presiones.
3. La fuerza de fricción es independiente al área de contacto: debido a que existe correlación entre la presión sometida a nivel molecular, en la que las áreas pequeñas tienen una superficie de contacto mayor, y áreas grandes, una superficie de contacto menor, equilibrándose. Es una ley relativa, no cumpliéndose con áreas muy lisas y limpias.
4. La fuerza de fricción es independiente a la velocidad de desplazamiento, una vez que este se ha producido: desde el estado estático la fuerza es mayor que en estado dinámico, en el cual la velocidad es independiente a dicha fuerza.

   1. Desgaste

      1. Definición

Fenómeno de pérdida de material debido al uso.

1. Mecanismos de desgaste

2. Adhesión: Transmisión de material de un lado a otro. Ecuación de Archard      

   , donde V es el volumen de material adherido; K, el coeficiente de desgaste; W, la carga soportada por los cuerpos; x, la distancia de desplazamiento y Hm, la dureza del material.

3. Abrasión: Pérdida de material entre dos cuerpos en contacto. Modelado por la ecuación de Archard de la abrasión

4. Erosión: Fenómeno de abrasión debido al impacto entre las partículas contra un material.

   , donde Md es la masa de desgaste; Mi la masa indicendente; V la velocidad de incidencia; y C y n constantes que dependen del material.

5. Corrosión: Fenómeno de desgaste del material debido a reacciones químicas.
6. Fatiga: Se causa por la propagación del daño subsuperficial debido a cargas cíclicas.
7. Desgaste por frotamiento: Combinación de los anteriores dadas entre cuerpos en contacto que están en movimiento.
8. Cavitación: Ocurre cuando un sólido y un líquido están en movimiento relativo y la presión existente es menor que la presión de vapor.

1. Lubricación

   1. 1. Definición

Es la acción de incorporar un elemento adicional entre dos cuerpos (lubricantes), con el fin de reducir la fricción y el desgaste de ambos.

1. Modelo de análisis de la lubricación en cojinetes: diagrama de Stribeck

El diagrama de Stribeck representa la variación del coeficiente de rozamiento en función del parámetro de Hersey

, el cual engloba a características de funcionamiento del sistema tales como la viscosidad del lubricante (z), la velocidad angular del cojinete (n) y la carga unitaria (w).

En la curva aparecen 3 zonas perfectamente definidas:

• Zona de lubricación límite: donde el coeficiente de rozamiento permanece constante, no estando influenciado por variaciones del parámetro de Hersey.
• Zona de lubricación por película delgada: en la que se experimenta un rápido e inestable decrecimiento del coeficiente de rozamiento.

• Zona de lubricación hidrodinámica: zona estable de lubricación, donde el coeficiente de rozamiento viene dado por la expresión

  , donde D es el diámetro del cojinete y h el espesor de la película de lubricante.

  1. 1. Tipos de lubricación

• Lubricación límite: aquella que se encuentra dentro de los límites de la zona de lubricación límite del diagrama de Stribeck
• Lubricación mixta: aquella que se encuentra dentro de los límites de la zona de lubricación por película delgada del diagrama de Stribeck
• Lubricación hidrodinámica: aquella que se encuentra dentro de los límites de la zona de lubricación hidrodinámica del diagrama de Stribeck. Necesita de superficies concordantes y el movimiento.
• Lubricación elastohidrodinámica: Características similares a la hidrodinámica, dada en materiales con superficies no concordantes. Se consigue provocando una deformación elástica: zona de entrada (régimen turbulento), zona hertziana (espesor de película muy pequeño) y zona de salida (presiones negativas).
• Hidroestática: Se inyecta fluido a presión. Es caro y poco seguro, pero es uno de los métodos más eficaces.
• Lubricación sólida: Para materiales con alta resistencia al desgaste y baja tensión de cortadura (grafito o teflón). Se utilizan cojinetes de fricción (hidrodinámicos, secos, lubricados o con lubricación parcial), sólidos a granel, revestimiento dúctil (deposición electrolítica o deposición física de vapor), revestimiento rígido (cromo y níquel los más usados), tratamientos superficiales, barnices lubricantes o lubricación gaseosa.

1. Lubricantes

   1. Aceites

      1. Definición

Es un tipo de lubricante líquido, obtenido de la naturaleza y se puede fabricar artificialmente.

1. Clasificación

2. Aceites de origen animal o vegetal: solo se utilizan como aditivos.
3. Aceites minerales: provenientes del petróleo, pueden ser parafínicos (alto índice de viscosidad, baja densidad), nafténicos (viscosidad variante con el tiempo y alta desidad), o aromáticos (bajo índice de viscosidad y muy alta densidad)
4. Aceites sintéticos: fabricados artificialmente, reúnen características personalizadas, destacando su alto coste y contaminación. Pueden ser diésteres (60 a 120 ºC), polialfaolefinas (-20 a 160 ºC), de silicona (-70 a 200 ºC), flourados (alta presión y anticorrosivos) y poliglicoles (temperaturas superiores a 90ºC).

   1. 1. Propiedades

5. Índice de viscosidad: aptitud de un lubricante de mantener su viscosidad dentro de un intervalo de temperaturas.
6. Punto de niebla: temperatura de cristalización del aceite.
7. Punto de fluidez: temperatura a la que el aceite empieza a fluir (la temperatura de funcionamiento es 10ºC mayor que la de fluidez).
8. Punto de autoinflamación: temperatura a la cual el aceite se inflama sin necesidad de llama.
9. Punto de destello: Temperatura a la que el aceite se inflama bajo la acción de una llama.
10. Punto de ignición: Temperatura a la cual el aceite mantiene una llama por menos de 5 segundos (el punto de combustión suele ser de 30 ºC superior al punto de ignición).
11. Punto de anilina: temperatura a la cual se alcanza la miscibilidad completa entre el aceite y la anilina.
12. Índice de acidez (TAN) y basicidad (TBN): cantidad de base o de ácido para neutralizar 1 gramo de producto.
13. Demulsibilidad: capacidad del aceite de separarse del agua.

    1. 1. Aditivos

Los aditivos mejoran el índice de viscosidad, los cuales son los detergentes, los antioxidantes, los de extrema presión, los espesantes, los mejoradores del punto de congelación y los bactericidas.

1. Sistemas de clasificación estandarizados

2. ISO 3448: mide la viscosidad de los aceites a 40ºC
3. SAYBOLT: mide el tiempo de fluidez de manera estandarizada
4. SAE: clasifica los aceites según su calidad de manera tabulada según su comportamiento a -18ºC y 100ºC
5. API: índica la calidad de los aceites mediante un sistema de letras (C, motor diésel; S, motor gasolina, A en adelante calidades)
6. ACEA: parecido al de API, indica el año de renovación de la categoría (A, motor de gasolina; B, motor diésel; 1 en adelante, calidades; acompañada del año de renovación)
7. AGMA: establece 9 niveles de calidades expresadas en segundos Saybolt

   1. Grasas

      1. Definición

Es un lubricante en estado semisólido obtenido a partir de un aceite al que se le añade una cantidad suficiente de espesante.

1. Clasificación

2. Grasas cálcicas
3. Grasas sódicas
4. Grasas líticas
5. Grasas sintéticas
6. Grasas para bajas temperaturas
7. Grasas para temperaturas medias
8. Grasas para altas temperaturas
9. Grasas de extrema presión
10. Grasas antiengrane
11. Grasas de jabón compuesto
12. Grasas espesadas con sustancias inorgánicas

    1. 1. Propiedades

Su consistencia (grado NLGI), resistencia al agua, punto de goteo (paso de estado sólido a líquido), misicibilidad, estabilidad mecánica e influencia de la temperatura.

1. Aditivos

Los aditivos más utilizados en las grasas son los antidesgastes, los antioxidantes, los de extrema presión, los estabilizadores y los mejoradores de adhesión.