FILE Paternoster Shadoof Minero-ducto Aplicación de elementos finitos
Año: 2012 .
¿QUE ES EL PATERNOSTER? Un paternóster es un elevador que elevador que consiste de una cadena de compartimentos abiertos, habitualmente diseñados para dos personas, que se mueve lentamente en un ciclo hacia arriba y hacia abajo en un edificio sin detenerse. El nombre original era el de Elevador Cíclico, sin embargo, el nombre paternóster, proveniente de las primeras dos palabras del Padrenuestro recitado en latín, que se le dio por su parecido con un rosario, se acepta ampliamente.
El sistema usa cadenas de las cuales las plataformas están suspendidas y tiene transportadores internos en cada nivel para la carga y descarga. Estos transportadores internos tienen un diseño que permite pasar a la plataforma cuando estas están abiertas o cerradas. Cuando se alimenta el producto, el transportador interno está en una posición cerrada - permitiendo que el producto sea levantado "hacia arriba" y pasadoa cualquier otro transportador interior abierto. Cuando el producto ha de ser descargado, el transportador sobre el nivel requerido está en una posición cerrada permitiendo que la plataforma cuando cuando va hacia abajo pasar y dejar el producto en el transportador de descarga interna. El producto es finalmente descargado a un transportador externo - permitiendo que el transportador interior volver a la posición abierta. El ascensor paternóster es más utilizado cuando las líneas de transportadores horizontales tienen varios niveles que necesitan ser conectados entre sí para permitir la transferencia continua de producto entre todos los niveles. Hay dos modelos disponibles: uno para unidades idénticas, el otro para la manipulación de diferentes cargas de tamaño. El tipo de carga determina el diseño de las estaciones de carga y descarga y el rendimiento máximo. Por ejemplo, para cargas de dimensiones idénticas, es posible alcanzar rendimientos de hasta 1200 unidades por hora.
¿QUE ES SHADOOF? Un shadoof , shaduf , dhenkli , picottah o contrapeso de elevación es un herramienta herramienta de riego . Una traducción al inglés es menos común swape El shadoof fue desarrollado originalmente en la antigua Mesopotamia , y aparece en un sargónida sello de c.2000 c.2000 aC. Todavía se utiliza utiliza en muchas áreas áreas de África y Asia, para sacar agua.
CONSTRUCCION: El shaduf consta de un bastidor en posición vertical sobre el cual se suspende un palo largo o rama, a una distancia de aproximadamente una quinta parte de su longitud desde un extremo. En el extremo largo de este polo cuelga un cubo , bolsa de piel, o de betún recubierto de caña cesta . El cubo se puede hacer en muchos estilos diferentes, a veces tener una base uniforme o de una parte en la parte superior de la piel que se puede desatar. Esto permite que el agua se distribuye inmediatamente en lugar de vaciado a mano. mientras que el extremo corto lleva un peso (arcilla, piedra, o similar) que sirve como el contrapeso de una palanca. Cuando está correctamente equilibrada, el contrapeso apoyará un cubo medio lleno, así que un poco de esfuerzo se utiliza para tirar un cubo vacío hasta el agua, pero sólo el mismo esfuerzo que se necesita para levantar un cubo lleno. Con un movimiento casi sin esfuerzo movimientos de balanceo y el levantamiento, el buque al agua se utiliza para recoger y llevar agua de un cuerpo de agua (por lo general, un río o estanque) a otro. Al final de cada movimiento, el agua se descarga en Runnels que transmiten el agua a lo largo de canales de irrigación en la dirección requerida. Se estima que un shadoof puede levantar más de 2.500 litros por día. Típico de descarga del pozo es de alrededor de 2 litros por segundo.La profundidad máxima
del
agua
puede
ser
de
hasta
3
metros. Cuando la profundidad mayor es necesaria, el uso de un Sakia o noria es generalmente una opción mejor. Alternativamente, Alternativamente, bombas de mano o bombas eléctricas de pozo profundo también puede ser utilizado.
LA CONSTRUCCIÓN DE SHADOOF EGIPCIOS El shadoof es una de las herramientas más antiguas de riego que realiza una función muy avanzada. Básicamente, esta máquina se compone de una palanca que se sujeta a un poste de madera. La misma encuesta fue montada de tal forma que fácilmente se podía girar en una dirección hacia arriba y hacia abajo. En cuanto a su apariencia física al egipcio shadoof se parecía a la catapulta, aunque no estaba destinado a realizar la misma función. f unción.
Los shadoofs se utiliza principalmente en el río Nilo, que era la principal fuente de agua para regadío en Egipto. Con el fin de hacer uso de este dispositivo un cubo tuvo que ser conectado a uno de sus extremos, que era el que daba al río. Una bolsa llena de piedras o de arena se adjunta en el otro extremo con el fin de servir como un contrapeso. Esto ayudó a aligerar el peso de la cubeta de agua cuando estaba lleno de agua y por lo tanto hizo más fácil a subir. Esta es una función importante debido a que el Nilo solía correr con el agua y levantando el balde de agua fuera de la corriente de agua era una tarea muy difícil.
El desarrollo de la shadoof egipcio era un gran impulso para el riego en las tierras que rodean el Nilo. El dispositivo fue tan eficaz que un shadoof poco avanzada, basada en el mismo método todavía está en uso en el río Nilo en la actualidad. Una cosa importante a tener en cuenta es que el agua que se deriva de esta manera se utiliza para dos propósitos. Por un lado que facilitaría la agricultura y por otro lado que sería utilizado por los agricultores para uso personal, así como para los animales que estaban siendo criados en las tierras de cultivo.
De hecho, fue más popular para facilitar el agricultor de lo que era para facilitar la agricultura. Esto se debe a la tierra agrícola sería tan grande que harían falta cientos de cubos de agua para cumplir con los requerimientos de los cultivos. Sin embargo,
haciendo la vida más fácil para los agricultores de los Shadoofs egipcios sirvió para promover la actividad agrícola en las tierras en ambos lados del río Nilo.
El shadoof Egipto es alabado por su sencillez pero de ejecución óptimo. Era una fácil de construir dispositivo que permite que cada agricultor para tomar ventaja de este descubrimiento. De hecho, fue más popular para facilitar el agricultor de lo que era para facilitar la agricultura. Los estudiantes de hoy están hechos para crear ejemplares pequeños de esta invención del antiguo Egipto, como parte de sus proyectos de clase de ciencias. Se estima que un shadoof puede levantar más de 2.500 litros por día. Típicas de descarga del pozo es de alrededor de 2 litros por segundo. La profundidad máxima del agua puede ser de hasta 3 metros. Cuando la profundidad mayor es necesaria, el uso de un Sakia o noria es generalmente una opción mejor. Alternativamente, una bomba de [4] pedal [5] o bombas eléctricas de pozo profundo también puede ser utilizada.
MINERODUCTO EN EL PÈRU Después de la presentación del Estudio de Impacto Ambiental (EIA) inicial en marzo de 1998, se realizó una reevaluación reevaluación de las diversas alternativas para el transporte de los concentrados de cobre y zinc de Antamina. Se optó por la construcción de un oducto que uniera la mina con el puerto “Punta Lobitos”, desde donde se miner oducto
exportan hacia el mundo. La ruta del Mineroducto se diseñó cuidando de no ingresar al Parque Nacional del Huascarán. Se trata de una tubería reforzada que corre bajo el suelo y que es monitoreada monitoreada en toda su trayectoria. El mineroducto ha sido diseñado con el uso de la tecnología más avanzada, que incluye una red de fibra óptica entre la mina y Huarmey. En su construcción se utilizó por primera vez en el Perú el MechanizedUltrasonicTesting (ensayo mecanizado ultrasónico), método de comprobación de la calidad de los empalmes y las tuberías. Este Mineroducto consta de una estación de cuatro bombas de alta presión y cuatro estaciones de válvulas con estranguladores de agua y pulpa, para reducir la excesiva presión producida en la caída de gradiente hacia la estación terminal del puerto “Punta Lobitos”.
BENEFICIOS: Buscando preservar el ambiente con el menor impacto posible, el mineroducto de Antamina ofrece las las siguientes siguientes ventajas con relación relación al traslado traslado del mineral mineral por tierra: • Menos impactos negativos en el medio ambiente. • Mayor seguridad. • Menos impactos sociales. • Mayor facilidad de acceso para la construcción, funcionamiento funcionamiento y mantenimien to. • Menor costo operativo de transporte de Concentrado.
Características del minero ducto: • Longitud total: 302 Km. • Longitud de cada tubería: 12 m. • Diámetro de cada tubería: 8 a 10 pulgadas (21 a 25 cm.) • Espesor de cada tubería: 1cm. • Espesor de la cubierta de polipropileno: 7mm • Material de la tubería: acero revestido interna y externamente. • Resistencia de la tubería: recibe una presión de 70 Bar, pero puede soportar 200 Bar. • Tiempo de vida de la tubería: 30 años • Tipo de unión entre tuberías: soldadura eléctrica.
• Profundidad promedio de las zanjas: 1,30 a 1,50m. • Resistencia a sismos: hasta grado VIII en la escala de Mercalli modificada.
El mineroducto incluye un tendido paralelo de fibra óptica que envía información sobre el recorrido del mineral a través de la tubería y que está interconectado digitalmente con todas las sedes de la compañía. La fibra óptica de Antamina, gracias a un convenio efectuado con Telefónica del Perú, ha sido extendida a Huaraz y pronto llevará sus beneficios a otros pueblos del callejón de Huaylas y del callejón de Conchucos
Minera Antamina evalúa reubicación de minero ducto Pativilca-Huaraz, por parte del estado, la minera Antamina habría determinado reubicar su mineroducto que hoy está ubicado en la carretera Conococha y todo el Valle de Fortaleza, zona altamente transitada por vehículos pesados y livianos, motivo que originó una serie de problemas con el pique de sus tuberías y el derrame de la misma. Según se informó la referida minera estaría ya evaluando el cambio de ruta del mineroducto a la zona de Yanshallash, Pachacoto, Uctuyacu, Cotaparaco, Cochapetí, Huarmey, esta nueva ruta le estaría evitando mayores problemas como las que en estos últimos años ha tenido como consecuencia del permanente tránsito vehicular que tiene la zona afectando la protección de las tuberías que trasladan el mineral desde la zona de explotación al desembarque en Huarmey. Ante esta posibilidad, los comuneros de Cátac, el mismo distrito y la provincia de Recuay han visto con buenos ojos esta decisión, porque por fin podrían ser considerados como zona de influencia minera y de esa forma verse favorecidos con el canon minero en un monto más elevado de lo que hoy reciben. Se espera que esta nueva ruta que está en marcha sea ejecutada lo más pronto posible con el único fin de evitarse mayores problemas en la carretera Pativilca Huaraz, aseguraron los comuneros que hasta hoy no fueron escuchados por la minera.
USO DE LOS ELEMENTOS FINITOS El método de los elementos finitos, es un procedimiento basado en técnicas Computacionales, que puede ser usado para analizar estructuras y diferentes sistemas Continuos. Es un método numérico versátil, y que es ampliamente aplicado para resolver Problemas que cubren casi todo el espectro de análisis ingenieriles. Sus aplicaciones Comunes, incluyen el comportamiento de sistemas estáticos, dinámicos y térmicos. Los avances en el hardware, han facilitado y aumentado la eficiencia del software de elementos finitos, para la solución de sistemas complejos de ingeniería sobre computadores personales. Los resultados obtenidos con el análisis de elementos finitos, son raramente exactos. Sin embargo, una solución adecuada puede ser obtenida, si se usa un modelo apropiado de elementos finitos. f initos. Si el objetivo del ingeniero, es el desarrollo de código de elementos finitos, entonces una profunda comprensión de la teoría de elementos finitos es esencial. Si el objetivo, es el uso del código de elementos finitos, entonces para el análisis es necesario tener:
Básica comprensión de los conceptos fundamentales del método de los elementos finitos
Práctica -incluyendo el conocimiento de las capacidades y limitaciones limitacione s en el Programa computacional que va a ser usado
El documento presenta algunos conceptos básicos de la teoría de elementos finitos. Esta discusión ayuda a entender cómo funciona el código de los elementos finitos y como se debe ser usado. Se trataran conceptos, referentes a la aplicación del método en sólidos mecánicos.
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS FINITOS Y PASOS PARA EL ANÁLISIS DE ELEMENTOS FINITOS Calcular las deformaciones, tensiones y esfuerzos, con métodos clásicos de análisis, se logra a través de la solución manual de sus ecuaciones, y sus condiciones de frontera. El uso de métodos clásicos, es probablemente la mejor forma de analizar estructuras simples; no obstante, su uso es poco aconsejable cuando el sistema es complejo. En estos casos la mejor alternativa, es usualmente una solución obtenida con el método de los elementos finitos.
La primera diferencia entre los métodos clásicos y los elementos finitos son la forma de ver la estructura y el consiguiente procedimiento de solución. Los métodos clásicos consideran la estructura como continúo, cuyo comportamiento es gobernado por ecuaciones diferenciales parciales o ordinarias. El método de elementos finitos considera la estructura como el ensamble de un número finito de partículas pequeñas. El comportamiento de las partículas, y de toda la estructura, es obtenida por la formulación de un sistema algebraico de ecuaciones que puede ser solucionado por medio de un computador. Las partículas de tamaño finito, son llamadas elementos finitos. Los puntos donde los elementos finitos son interconectados, interconectados, son conocidos conocidos como nodos, y el procedimiento de selección de nodos es llamado discretización o modelización, ver Figura 1.
Los métodos numéricos también pueden ser utilizados para estudiar el comportamiento comportamiento de estructuras que son fabricadas en serie. Un ejemplo típico de esta aplicación es el modelado numérico de casas habitación de interés social. En este caso es muy importante hacer el modelado integral de la estructura, para ver su comportamiento como un todo y poder tomar acciones tanto de diseño como posibles reparaciones cuando sufre daño en condiciones de servicio. Un ejemplo práctico puede verse en la Figura 5. También es posible hacer la simulación numérica entre dos sólidos, cada uno de ellos con un comportamiento diferente. Un ejemplo típico es la interacción entre una cimentación (zapata) y el suelo sobre el que se apoya. El objetivo es determinar la máxima capacidad de carga que puede soportar el suelo en condiciones de servicio. En la Figura 6 pude verse el resultado de una simulación numérica de la interacción suelo-estructura. En ocasiones es muy importante hacer el análisis de estructuras que fueron construidas hace muchos años. Estas estructuras pueden tener ya daños estructurales y es muy importante poder predecir si la estructura es estable o bien si requiere algún tipo de reparación. También es importante modelar el tipo de reparación, qué materiales se utilizarán y qué estrategia constructiva se va a utilizar. Un ejemplo de este tipo de modelaciones puede verse en la Figura 7, en donde se presentan los resultados de un análisis de daño sobre las naves centrales de la catedral de Barcelona.
Pasos para el Análisis de Elementos Finitos: 1.
Discretización o modelado de la estructura :
La estructura es dividida en una cantidad finita de elementos, con ayuda de un preprocesador. Este paso es uno de los más cruciales para obtener una solución exacta del problema, de esta forma, determinar el tamaño o la cantidad de elementos en cierta área o volumen del elemento a analizar representa una ventaja del método, pero a la vez implica que el usuario debe estar muy consiente de esto para no generar cálculos innecesarios o soluciones erróneas. 2. Definir las propiedades del elemento: En este paso el usuario debe definir las propiedades del elemento. 3. Ensamblar las matrices de rigidez de los elementos: La matriz de rigidez de un elemento, consiste de coeficientes los cuales pueden ser derivados del equilibrio, residuos ponderados o métodos de energía. La matriz de rigidez del elemento se refiere a los desplazamientos nodales al ser aplicadas fuerzas en los nodos (K*F = U). El ensamble de las matrices de rigidez, implica la aplicación de equilibrio para toda la estructura. 4. Aplicación de las cargas: Fuerzas externas concentradas o fuerzas uniformes y momentos son especificados en este paso. 5. Definir las condiciones de frontera: Las condiciones de apoyo deben ser dadas, por ejemplo, si el desplazamiento de ciertos nodos es conocido. Usando los elementos de la frontera se pueden determinar las reacciones en los mismos. 6. Solucionar el sistema de ecuaciones algebraicas lineales: La secuencial aplicación de los pasos descritos, conduce a un sistema de ecuaciones algebraicas simultáneas, donde los desplazamientos nodales son desconocidos. 7. Calcular los esfuerzos: El usuario puede entonces calcular los esfuerzos, reacciones, deformaciones deformaciones u otra información relevante. El post-procesador ayuda a visualizar la salida en forma gráfica.
2. FUNDAMENTOS DE LA MODELIZACIÓN DE ELEMENTOS FINITOS.
2.1 Consideraciones del modelado El objetivo del análisis por medio del método de los elementos finitos, es determinar de forma precisa la respuesta de un sistema modelado con una cantidad finita de elementos y sujeto a unas cargas determinadas. En la generación de un modelo por elementos finitos, siempre se tiene presente que se esta desarrollando un modelo el cual es una idealización de un sistema físico real. Con muy pocas excepciones, como el del análisis estático de vigas simples, marcos y sistemas de membranas, el método de elementos finitos no genera una solución „exacta‟. Sin embargo, con un modelo adecuado, se puede obtener una solución precisa. Cuando la formulación analítica de un problema es difícil de desarrollar, FEM (Finite Element Method) provee uno de los más fiables métodos para atacar el problema. En la creación de un modelo FEM, se debe esforzar por la precisión y la eficiencia computacional. En la mayoría de los casos, el uso de un modelo complejo y muy refinado no es justificable, aunque este probablemente genere mayor exactitud computacional a expensas de un innecesario incremento en el tiempo de procesamiento. El tipo y la complejidad del modelo dependen sobre todo del tipo de resultados requeridos. Como regla general, un modelo de elementos finitos puede empezar con un modelo simple. Los resultados de este modelo sencillo, combinados con la comprensión del comportamiento del sistema, puede ayudar a decidir si es necesario refinar el modelo y en que parte del mismo.
2.2 Tipos de Elementos Finitos Esta sección describe muchas características características sobresalientes de los elementos más utilizados; denominados, denominados, truss, beam, plane stress, plane strain, axisymmetric, membrane, plate, shell, solid ó brick, tetrahedral, hexahedral, boundary, y gap. Los programas comerciales de elementos finitos poseen una gran cantidad de elementos en sus librerías. Sin embargo, la mayoría de las estructuras y aplicaciones mecánicas pueden ser solucionadas con los elementos básicos ya mencionados. Dependiendo la dimensión, los elementos básicos se pueden dividir en tres categorías: elemento de línea, área y volumen. Truss, beam y los elementos de restricción, son de línea. Plane stress, plain strain, axisymmetric, membrane, plate y shell son elementos de área.
Solid ó brick, tetrahedral y hexahedral son elementos de volumen. Los criterios para la selección del elemento apropiado para cada aplicación se verán más adelante. Elementos ‘Truss’
El elemento truss, es un elemento caracterizado básicamente básicamente por que solo puede comportarse como un miembro sometido a dos fuerzas (se sabe por tanto que estas cargas deben estar dirigidas a lo largo del eje longitudinal del elemento). Una estructura los elementos se pueden modelar como un elementos Truss si cumplen estos tres t res requerimientos: a. Su longitud es mucho mayor que su alto o ancho (entre 8 y 10 veces) b. Esta es conectada con el resto de la estructura con pasadores que no transfieren momentos.; y c. Las cargas externas solo son aplicadas en el extremo de los elementos, y son paralelas al mismo (Carga Axial). Los elementos Truss solo pueden ser sometidos a tracción o compresión. De esta forma, la única propiedad de la sección que se debe especificar es el área axial del elemento. La figura 2.2.1 muestra la geometria y las fuerzas nodales en un elemento truss tridimencional. Como se muestra en la figura, f igura, un elemento truss tridimensional posee tres grados de libertad por nodo, esto es tres desplazamientos sobre los ejes globales X, Y y Z.
Medios de Transporte: En general, para la concepción y producción de un vehículo (ya sea un automóvil, un avión o un barco) es muy común utilizar modelos numéricos de dinámica de fluidos para simular el comportamiento del vehiculo en movimiento (ya sea en tierra, en aire o en ambos). Esto permite optimizar la forma geométrica exterior del mismo de manera que su resistencia al avance sea la mínima posible, lo que permitirá tener una vida útil más larga, menor consumo de combustible, que sea menos contaminante, que sea más ligero (más barato de producir). Pero el estudio no termina ahí. Los modelos anteriormente descritos deben acoplarse con estudios que permitan el modelado de situaciones extremas de servicio del vehículo que podrían afectar la seguridad de sus ocupantes, tales como: choque, vuelco, aterrizaje forzoso, etc., lo que exige hacer uso de modelos avanzados de dinámica estructural no lineal. Por otra parte, cada vez es más usual utilizar simulaciones numéricas para reproducir el ciclo de diseño y fabricación de piezas de los vehículos. Ejemplos de estos procesos pueden encontrase en: la embutición, el doblado y el corte de piezas de chapa para carrocerías y fuselajes; el modelado de la fabricación del monoblock de un motor, de una biela o de un pistón (problema termo-mecánico con cambio de fase para modelar la solidificación del colado de la pieza); el diseño de mejores sistemas de seguridad activos y pasivos en caso de colisión (refuerzos estructurales, bolsas de aire, etc.)
Elementos ‘Beam’
El elemento Beam, es probablemente el más usado. Además de sus aplicaciones obvias en estructuras, muchos otros sistemas, como uniones mecánicas, sistemas de conductos, tuberías y vigas en puentes pueden ser modeladas con el elemento „beam‟. Para miembros estructurales para ser modelados con elementos „Beam‟, una de sus Dimensiones debe ser mucho mayor, por lo menos 10 veces más grande que las otras dos. Contrario al elemento truss, el elemento beam puede estar sometido a cargas transversales y/o momentos flectores en adición a la tracción y compresión. La geometría y los desplazamientos/rotación desplazamientos/rotación son mostrados en la ffigura igura 2.2.2. Note que el elemento beam tridimensional posee seis grados de libertad por nodo, esto es, tres Desplazamientos Desplazamientos y tres rotaciones sobre los ejes globales X, Y y Z. Figura 2.2.2