CIMENTACIONES EN MAQUINAS

Las cimentaciones de Maquinarias requieren una atención especial del ingeniero ya que la operación de la maquinaria del equipo genera fuerzas y momentos dinámicos desbalanceadosA diferencia de las cimentaciones de edificación, que generalmente están sometidas a cargas estáticas o cuasi estáticas, las cimentaciones de maquinaria están sometidas frecuentemente a cargas cíclicas. La existencia de cargas cíclicas obliga a considerar el estado límite de servicio de vibraciones y el estado límite último de fatiga que si no se controla debidamente puede:1. Imponer condiciones no confortables o imposibles de soportar en el personal que trabaja cerca de la máquina. 2. Causar daño a la máquina o tuberías de conexión. 3. Producir grandes asentamientos en la cimentación que pueden impedir el funcionamiento apropiado de la máquina.(DINAMICA DE SUELOS ; Dr. Ing. Jorge E. Alva Hurtado (2012))

Algunos tipos de cimentación usados para maquinaria son: Tipo bloque Tipo celdas De muros Porticadas Con pilotes Sobre apoyos elásticos De soporte

LOS TIPOS DE MAQUINARIAS Y SUS CIMENTACIONES Existen muchos tipos de maquinarias y cada uno puede requerir un cierto tipo de cimentación .Se describen a continuación los diferentes tipos de maquinaria y sus características especiales así como también las cimentaciones comúnmente utilizadas especiales. Una clasificación genérica que se podría a hacer es la siguiente:

Maquinarias Reciprocantes Maquinas Rotatorias

Máquinas de Impacto Equipos especiales

Maquinarias ReciprocantesSon probablemente las maquinas más antiguamente usadas y es un ejemplo clásico el mecanismo de manivela, el cual se usa para convertir un movimiento traslatorio en un movimiento rotatorio y viceversa. EjemplosMáquina de vaporMáquinas de combustión interna (de gasolina diésel y petróleo)Bombas y compresoresImágenes La cimentación para las maquinas reciprocas usualmente consiste en un bloque de concreto rígido, que tiene preparaciones para montar la maquinaria .Las maquinas pueden ser colocadas directamente en el bloque de concreto o en un cojinete diseñado adecuadamente. E n algunas ocasiones se utilizan cimentaciones en bloque, apoyados sobre resorte.Imágenes Maquinas RotatoriasEl tipo de excitación que generalmente desarrollan las maquinas rotatorias es del tipo senoidal; para determinar esta fuerza es necesario conocer la masa rotatoria y la excentricidad, entre el centro de rotación y el centro de gravedad de la masa rotatoria Para este tipo de máquinas es posible, teóricamente, balancear las partes móviles que producen las fuerzas desbalanceadas durante la rotación, sin embargo , en la práctica, es difícil eliminar del todo el desbalanceo, ya que este se ve afectado por los procedimientos del diseño, de la fabricación, de la instalación y del mantenimiento En términos prácticos, las maquinas rotatorias se clasifican de la siguiente manera:

De baja velocidad: son aquellas que operan a menos de 1500 rpm como por ejemplos motores de generadores las bombas centrifugas las devanadorasLa cimentación para este tipo de máquinas son las de tipo bloque rígido y las tipo marco. E n algunos casos, si esto es necesario deberá estar soportada por pilas De alta velocidad: como son las turbinas de gasolina o vapor, los generadores, los compresores y los turboventiladores que pueden llegar a tener hasta 10000 r.p.mLa cimentación para este tipo de requerimiento y características es la tipo marco son las utilizadas generalmente para las unidades de turbogeneradores esta cimentación de tipo marco pueden construirse con concreto reforzado o acero.Máquinas de ImpactoSe disponne de poca información respecto a las cargas transitorias o de impacto las cuales se generan pór operaciones intermitentes de maquinaria,las operaciones de prensas hidráulicas y neumáticas, de martillo para forja.El diseño de la cimentación para este tipo de de maquinaria deberá ser adecuado para evitar cualquier efecto perjudicial en la cimentación, por ello se deberá utilizar bloques de concreto reforzado en algunos casos se puede utilizar aisladores especiales tales como resortes y amortiguadores en lugar de cojinetes elásticos El bloque de cimentación generalmente se diseña para apoyarse directamente en el suelo.Cuando las condiciones del suelo de desplante no son las deseadas, el bloque de cimentación puede ser soportadas por pilas .Ejemplos

FUNDACIONES DE MAQUINASLos elementos principales que deben considerarse como básicos de las máquinas son: intensidad, tipo y frecuencia de las acciones dinámicas de la máquina sobre la fundación lo que condiciona el tipo de cimentación que deberá soportarla.

Figura 2.6. Esquema general máquina-fundación. Fuente: SURESH C. Arya. “Design ofStructures and Foundations for Vibrating Machines”.

Fo= Fuerza generada por la maquinariaw = Velocidad de operación de la maquinaH = Distancia de eje e giro de la maquina al área de contacto con el sueloHo= Espesor delas zapatas CLASIFICACION EN MAQUINASLas máquinas se pueden clasificar en dos grandes grupos respecto a la fuerza de inercia que actúa sobre ellas:

MAQUINAS CON CARGAS DINAMICAS

En estas máquinas la fuerza de inercia que actúa sobre ellas es comparable con el peso de la máquina. El diseño de la fundación debe responder a especificaciones técnicas y cálculos especiales.

MAQUINAS DE ACCION EQUILIBRADADifieren del tipo anterior en que las fuerzas de inercia no son comparables con el peso de la máquina, por lo que su diseño se realizará de acuerdo con las normas usadas para la construcción de las bases de edificios e instalaciones similares.

2.9 TIPOS DE CONSTRUCCIONES EN FUNDACIONES PARAMAQUINASSegún su construcción las fundaciones para máquinas con cargas dinámicas se dividen en dos grupos: fundaciones macizas (rígidas) y fundaciones porticadas (con la construcción superior no rígida).

FUNDACIONES MACIZAS (RIGIDAS)Se utilizan para máquinas con mecanismo biela-manivela y para los martinetes. También en trituradoras, electro máquinas (de potencias medias y pequeñas en general), compresores, bombas, etc. La gran rigidez que poseen permite despreciar las deformaciones de los macizos y considerarles por tanto como cuerpos rígidos. Se construyen en forma de bloques con cavidades adecuadas, tanto para los bulones de anclaje como para las tareas de operación y mantenimiento en explotación.

Según las características de la instalación se clasifica en:

- Fundaciones sin sótano, que son las más comunes, caracterizándose por que sobresalen poco sobre el nivel del terreno; se utilizan para máquinas que se instalan en plante baja.

- Fundaciones con sótano, que sobresalen poco sobre el nivel del terreno, la cual tiene una altura en general, igual a la altura del terreno. Se distingue entre los que tienen la parte superior maciza y los que tienen la parte superior construida por paredes longitudinales y transversales.

2.9.2 FUNDACIONES PORTICADASSe utilizan para máquinas de alta velocidad y tienen la particularidad de tener la parte superior no rígida.

2.10 CONDICIONES RECOMENDADAS PARA LAS FUNDACIONESMAS UTILIZADAEsta recopilación de condiciones fueron extraidas de diversos autores comoSuresh y Richard y de normas como las normas para la construccion defundaciones de empresas como PDVSA , PEMEX.

2.10.1 FUNDACIONES EN BLOQUE

2.10.1.1 SOPORTE DIRECTO- La masa del bloque está condicionada por el principio de funcionamientode la máquina:

- El grado de enterramiento que es el porcentaje en masa enterrada del bloque, en máquinas alternativas se recomienda una masa del bloque enterrada del 50-80%, aunque por regla general y para cualquier tipo de máquina se dejan 30 a 40cm desde el nivel de la superficie del terreno a la cara superior.

- Las dimensiones del bloque por la necesidad de asegurar una buena rigidez, requieren que el espesor sea mayor a 70cm y el ancho debe ser 1 a 1,5 veces mayor que la distancia entre el centro de gravedad de la máquina y la base del bloque.

- El centro de gravedad de las cargas (estáticas más las dinámicas) debe estar dentro de un cuadrado de lado un 5% de cualquier dimensión lineal y centrado en el bloque.

2.10.1.2 SOPORTE SOBRE PILOTES

- La masa está condicionada por el principio:

- Los pilotes deben ser inclinados en caso de fuerzas horizontales. El tamaño de los pilotes debe ser de 1 a 2 veces la fundación. El ángulo de inclinación de los pilotes se determina por la magnitud de las fuerzas horizontales.

- El Centroide de los pilotes debe estar alineado con el centro de gravedad del conjunto máquina-bloque.

2.10.2 FUNDACION TIPO MESA- La masa debe estar condicionada por:

- Las columnas deben tener igual carga vertical (6 veces la capacidad de carga), con igual deformación.- El centro resistente de dichas columnas debe coincidir con el centro de gravedad del conjunto máquina más la parte superior de la cimentación.- Las vigas deben tener un canto mayor de 1 a 5 veces la luz, con una rigidez mayor a dos veces la rigidez de los pilares.- La losa debe tener un espesor mayor o igual a 0,07L4/3, siendo L la distancia media entre dos columnas.- La presión sobre el terreno debe ser menor de 1 a 2 veces la presión permisible el suelo.