DISEO DE UN SISTEMA MECNICO: GRA TIPO PORTTIL DE ALUMINIO

ANTECEDENTES DE LAS GRUAS

Desde la poca de las cavernas, el hombre ha tenido la necesidad de usar el ingenio para cubrir sus necesidades bsicas de alimentacin, vivienda, vestido, etc.Este interminable camino lo llev a descubrir las fuerzas de la naturaleza, es decir, cuando percibi por medio de sus sentidos lo existente en la naturaleza.El hombre requiere no slo el percibir un objeto o fenmeno, sino que adems necesita controlarlo y hasta modificarlo para poder aprovecharlo en su beneficio. De esta manera invent las mquinas simples como: la rueda, la palanca, el plano inclinado, la cua, la polea y el torno. Conforme transcurra el tiempo las aldeas se transformaron en pueblos y los pueblos en civilizaciones que demandaban ms recursos y adecuaciones al medio ambiente.El estudio de las leyes de la naturaleza y las propiedades de la materia, empezaron a generar un conocimiento ms fundamentado, que fue la base del conocimiento cientfico y por ende lo llevaron a crear tcnicas, herramientas y mquinas ms complejas y sofisticadas.

Durante la segunda guerra pnica entre Romanos y Cartagineses en el ao 214 a.C. los romanos enviaron una expedicin al mando del Comandante Claudio Marcelo para capturar Siracusa, cuyo Rey Hiern II recientemente haba renovado su alianza con Cartago. Marcelo y sus legiones romanas esperaban una resistencia mnima del pequeo reino, pero fueron sorprendidos por una lluvia de proyectiles de catapulta y dardos que recibieron a los soldados. Los pocos que pudieron llegar a las paredes de su ciudad vieron que las escaleras se convierten en astillas por pesadas piedras que colgaban de gras que impactaron sobre los muros. Los que llegaban por mar a la ciudad corrieron an peor suerte. Los siracusanos utilizaron la llamada manus ferrea (que consista en un brazo semejante a una gra de donde estaba suspendido un enorme gancho de metal). Cuando se dejaba caer la garra sobre la proa de un barco enemigo el brazo se balanceaba en sentido ascendente, levantando el barco fuera del agua, posiblemente hundindolo y los atacantes arrojados al mar.No tardaron en retirarse las orgullosas legiones romanas sin haber conseguido salvar los muros de la ciudad. Detrs de todo esto estaba un solo hombre, Arqumedes (287-212 a.C), quiz uno de los inventores ms destacados de la antigedad.

Despus de la declinacin del imperio romano occidental, el uso en Europa de gras elaboradas desapareci mayormente por ms de 800 aos. Gras funcionando con tornos se registran otra vez a partir de finales del siglo XII hacia adelante, las gras grandes de treadwheel aparecen solamente en los siglos XIII (Francia) y XIV (Inglaterra) - un poco ms tarde que los molinos de viento y los molinos de agua.Comparado a las pocas romanas, muy poca informacin tcnica fue registrada durante la Edad Media. La mayor parte de nuestro conocimiento histrico viene de pinturas y de ilustraciones en manuscritos.Afortunadamente, se han preservado algunas gras de treadwheel, todos en los ticos de iglesias y las catedrales. Las gras grandes eran una necesidad absoluta en la construccin de las iglesias gticas a finales de la Edad Media. Estos edificios eran mucho ms altos que incluso los monumentos romanos ms altos. Adems, la zona de trabajo en estos sitios era algo limitada comparada a las condiciones romanas, y ambos factores llevaron a un uso diferente de las gras.Una novedad en la Edad Media fu la gra estacionaria de puerto, accionada por treadwheels. No fue utilizada por los Griegos o los romanos, posiblemente porque tenan una gran cantidad de esclavos en reserva a su disposicin. El contenedor estndar romano, el amphora, era algo pequeo y se poda cargar y descargar fcil y rpidamente usando una banda transportadora humana y una rampa.

Las gras de puerto aparecieron primero en Flandes, Holanda y Alemania en el siglo XIII, y en Inglaterra en el siglo XIV. Eran ms potentes que las gras usadas en la construccin, y equipadas no de uno sino de dos treadwheels que tenan un dimetro mayor de hasta 6.5 metros.En la Edad Moderna se produjo un importante cambio en la mentalidad de las personas, que transform la visin medieval del mundo.La influencia de la Iglesia comenz a disminuir y el ser humano se convirti en el centro del universo. Los cientficos empezaron a observar la naturaleza y a usar la razn como mtodo para comprender el mundo que les rodeaba.La imaginacin sin lmite de Leonardo da Vinci, entre estas innovaciones vale la pena sealar las siguientes: el tornillo areo, que es considerado un antepasado terico del helicptero; concibi la idea del paracadas e indic claramente sus dimensiones; invent el planeador, es decir, una especie de aeroplano sin motor que volaba sostenido por las corrientes de aire; dise un carro de asalto, anticipo del tanque moderno; invent la gra giratoria.En el siglo XIX, aparecieron innovaciones importantes. La primera fue el uso del hierro en vez de las estructuras y de los engranajes de madera, que hicieron a las gras ms fuertes y ms eficientes. La primera gra fundida en hierro fue construida en 1834. Ese mismo ao se invent el cable de alambre, una alternativa mucho ms fuerte que la cuerda de fibra natural o la cadena de metal. Finalmente en 1851, la tercera innovacin que cambi todo, fue la gra accionada por vapor. Con la llegada de la energa de vapor, cualquier carga se podra levantar a cualquier velocidad, mientras el motor fuera bastante potente.La cuerda de alambre pronto estuvo en uso generalizado, pero las otras dos innovaciones alcanzaron popularidad lentamente. La madera, combinada a veces con el hierro, continu siendo el material de eleccin para muchas gras hasta bien entrado el siglo XX, especialmente en regiones donde la madera era abundante. Y mientras que ms y ms gras a vapor aparecieron por la mitad del siglo XIX, las gras manuales seguan siendo vendidas y utilizadas en grandes cantidades. Un libro sobre tecnologa de la gra, publicada en 1904, an dedicaba la mitad de sus pginas a las gras manuales. Las gras de bicicleta tambin se vendan.Lgicamente, esta era tambin produjo las gras ms de mayor poder nunca diseadas, a base de fuerza muscular: estaban integradas por estructuras y juegos de engranajes, usando cables de acero, pero todava movidas por vapor.

FUNDAMENTOS TEORICOS

Gra Una gra es una mquina formada por un conjunto de mecanismos combinados entre s en forma armnica que recibe energa y la transforma en trabajo. Significa que se puede recibir energa elctrica, en el caso de gras elctricas, o energa mecnica, por medio de la fuerza humana en caso de gras manuales y es capaz de transformar la energa recibida en los diferentes tipos de trabajo tales como subir, bajar, rotar o simplemente desplazar cargas diversas.La gra, de forma general, es una mquina de funcionamiento discontinuo estinada a elevar y distribuir las cargas suspendidas en el espacio. El puede ser a travs de un gancho o de cualquier otro accesorio que forma parte de sus elementos constructivos.La gra se puede considerar como la evolucin una gran variedad de elementos que han confluido en el aparato que conocemos hoy en da. Por regla general son ingenios que cuentan con poleas acanaladas, contrapesos, mecanismos simples y dems elementos con la nica finalidad de crear para crear ventaja mecnica y lograr mover grandes cargas.Desde la antigedad se ha venido utilizando los distintos tipos de gras para realizar muy diversas tareas. Aunque sus fundamentos fueron propuestos por Blaise Pascal en pleno Barroco, fue patentada por Luz Nadina. Existen documentos antiguos donde se evidencia el uso de mquinas semejantes a gras por los Sumerios y Caldeos, transmitiendo estos conocimientos a los Egipcios.Las primeras gras fueron inventadas en la antigua Grecia, accionadas por hombres o animales. Estas gras eran utilizadas principalmente para la construccin de edificios altos. Posteriormente, fueron desarrollndose gras ms grandes utilizando poleas para permitir la elevacin de mayores pesos.En la Alta Edad Media fueron utilizadas en los puertos y astilleros para la estiba y construccin de los barcos. Su uso tambin era comn en los ros y estuarios as como en los graneros de las granjas.Hasta la llegada de la revolucin industrial, los principales materiales de construccin para las gras eran la madera y la piedra. Desde la llegada de la revolucin industrial los materiales ms utilizados fueron el hierro fundido y el acero.Las primeras gras en disponer de energa mecnica de no traccin animal fueron aquellas accionadas por maquinas de vapor en el s. XVIII.Las gras modernas de hoy en da utilizan generalmente motores de combustin interna o motores elctricos e hidrulicos para proporcionar fuerzas mucho mayores debido a sus grandes prestaciones de par.A pesar de la evolucin de las gras todava es posible ver hoy en da manuales todava, muy usadas en pequeos trabajos o donde es poco rentable disponer de un equipo mayor.En la actualidad existen diversos tipos de gras con caractersticas muy dispares, estando cada una adaptada a un propsito especfico.Ordenadas por tamaos se pueden encontrar desde las ms pequeas gras de horca, usadas en el interior de los talleres, pasando por gras torres usadas para construir edificios altos, gras portuarias encargadas de cargar/descargar millones de contenedores al ao, hasta las gras flotantes usadas para construir cimentaciones en alta mar y para rescatar barcos encallados.Las gras pueden clasificar en funcin de su movimiento permitido en:- FijasAquellas que se instalan en un lugar en el que desarrollan su trabajo, sin poder Desplazarse.-PorttilesSon equipos que pueden ser desensamblados y trasladados hasta otro lugar.-MvilesSon las que tienen posibilidad de realizar movimientos de desplazamiento, ya sea sobre rieles, ruedas neumticas, oruga, u otros medios. Por ejemplo una gra puente.La utilizacin de las gras en la industria hace posible trabajar en un ambiente adecuado y seguro, aprovechando al mximo todas las ventajas que ofrece, librando a los trabajadores de operaciones que requieran un gran esfuerzo y condiciones laborales inseguras, logrando una disminucin significativa en los trabajos adicionales asociados a la operacin, adems se logra un aumento considerable en los niveles de produccin.PRINCIPALES TIPOS DE GRAGra viajera:Es un vehculo para elevar, transportar y descargar cargas, consta de un puente soportado por ruedas en sus extremos que lleva un aparejo o elevador y se mueve sobre una va elevada o rea, la unidad elevadora puede estar fija en relacin con el puente, aunque por lo general est soportada sobre ruedas, con fin de que pueda recorrer la longitud del puente.Gra de prtico:Son modificaciones de las gras viajeras, que se emplean en el aire libre, en donde no es conveniente elevar una estructura para los rieles, el puente est sostenido en los extremos, soportados por carros con ruedas, a fin de que se puedan desplazar al igual que las gras viajeras, el puente lleva un aparejo elevador y un alojamiento utilizado para proteger la maquinaria contra la intemperie.Gra giratoria:Estas gras sirven para elevar y mover material hasta puntos que alcanza el brazo o la pluma, gira en una estructura fija o mvil, las de brazo rgido se utilizan al aire libre y se construyen de modo que se puedan trasladar con facilidad, las gras de columna siempre son fijas y se emplean para servicio ligero y poco frecuente.Puente gra de riel doble:Compuesta generalmente por una doble estructura rematada, con motores sincronizados dotados de ruedas con doble pestaa para su encarrilamiento. La combinacin de movimientos de estructura y carro permite actuar sobre cualquier punto de una superficie, delimitada por la longitud de los rales por los que se desplazan los testeros y por la separacin entre ellos.Puente gra de riel simple o gra suspendida:Su composicin es similar al puente gra de riel doble, pero se apoya sobre una estructura rematada nica, o viga.Transtainer o gra Luffing:Gra mvil empleada en el transporte y estiba de contenedores, semejante a la gra prtico pero cuyo desplazamiento se realiza gracias a ruedas de goma ubicadas en la base de su estructura.Gra auto-desplegable:Pequeas gras de construccin de fcil transporte y de montaje ms o menos automtico. Entre estas se puede incluir los winches.Gra Derrick:Compuesta por un mstil sujeto en posicin vertical mediante un trpode fijo de acero o patas de madera, en el mstil vertical fijo se articula un brazo o pluma que puede trabajar en distintas posiciones y ngulos de orientacin. Es una mquina pesada dedicada a la elevacin de grandes cargas, habitualmente es destinada a trabajo fijo con el radio de accin determinado por el alcance de la pluma.Gra horquilla:Conocida como montacargas, son pequeos vehculos de carga con aletas dispuestas para la elevacin y traslado de objetos usualmente dispuestos sobre una base de listones de madera.Polipastos:Sistemas mecnicos dispuestos de juegos de poleas que permiten la modificacin de la relacin de par y velocidad a la entrada y salida del equipo. Son utilizados como elemento constructivo de muchos tipos de gras.Gra de torre:Este tipo de gra tiene elementos horizontales y verticales, junto con una pluma y un brazo giratorio se pueden colocar cerca de edificios.a) Fijas: Son las gras que no incorporan en su funcionamiento maniobras de traslacin, es decir, la capacidad de trasladarse a s mismas de modo autnomo por medio de rales u otros medios. Apoyadas: Son aquellas que centran su gravedad por medio de contrapesos o lastres situados en su base. Empotradas: Son aquellas que centran su gravedad en el suelo por medio de un primer tramo de su mecano anclado al suelo encofrndose con hormign en una zapata o con otros medios anlogos.b) Mviles o porttiles: Son aquellas que poseen capacidad de movimiento autnomo. Con traslacin: Por regla general por medio de rales convenientemente situados en el suelo. Trepadora: Capaces de elevarse por medio de sistemas de trepado (con cables o cremalleras) firmemente hasta el edificio que se construye. Telescpica: Capaces de elevarse sobre s mismas alargndose por medio de tramos anchos y estrechos embebidos unos sobre otros.EQUIPOS PARA IZAR MATERIALES EN GRUASAparato para apilar:Comprende un aparato para izar, destinado a levantar materiales u objetos verticalmente por medio de unaplataforma que se mueve a lo largo de rieles verticales, montados en una base fija o giratoria, la cual estsoportada por ruedas o juegos de ruedas y que se emplea para apilar o almacenar materiales.Cabras y tornos:Comprende los aparatos para izar en los cuales los cables o cadenas de izar estn enrollados en uno o mstambores giratorios, horizontales. o verticales montados sobre columnas o en armazones anclados firmementea bases adecuadas.Malacate elctrico:Se asigna a un aparato para izar, estacionario o porttil, accionado elctricamente, en el cual el motor de izaracciona un tambor que lleva el cable o cadena de izar para levantar o bajar cargas verticalmente y que puedeemplearse como aparato independiente o como elemento de otros aparatos para izar.Malacate neumtico:Se asigna a un aparato para izar estacionario o porttil, accionado por medio de aire conmprimido, en el cualpara izar, acciona un tambor que lleva el cable o cadena de izar para levantar o bajar cargas verticalmente yque puede emplearse como aparato independiente o como elmento de otros aparatos para izar.Garrucha de cadena:Se asigna un aparato para izar operado a mano, consistente en uno o ms engranes guarnecidos con cadenas.Garrucha de cable o cuerda:Comprende un aparato para izar operado a mano, consistente de una o ms poleas guarnecidas de cuerdas ocables.Aparejo para izar:Comprende las cuerdas de fibra, cables y cadenas, incluyendo sus accesorios adjuntos para izar tales como:ganchos, anillos, argollas, enganches, casquillos, grapas y eslingas.

NORMAS APLICABLES A LAS GRASNMX-GR-12210-4-IMNC-2011GRUAS-DISPOSITIVOS DE ANCLAJE PARA CONDICIONES EN SERVICIO YFUERA DE SERVICIO-PARTE 4: GRUAS PLUMA.

Objetivo y campo de aplicacinEsta parte de la norma mexicana provee los requisitos para los dispositivos de anclaje para condiciones en servicio y fuera de servicio para gras pluma como estn definidas en la NMX-GR-4306-1-IMNC, como otras gras torre, gras mviles y gras sobre rieles que estn cubiertas generalmente en otras partes de la norma NMX-GR-12210-IMNC.Concordancia con normas internacionalesEsta norma mexicana coincide totalmente con la norma internacional ISO 12210-4:1998NMX-GR-12480-1-IMNC-2011GRUAS - USO SEGURO - PARTE 1: GENERALIDADES.

Objetivo y campo de aplicacinEsta parte de la norma mexicana establece las prcticas requeridas para el uso seguro de las gras, incluyendo los sistemas seguros de trabajo, gestin, planificacin, seleccin, armado y desmantelamiento, operacin y mantenimiento de las gras y la seleccin de los conductores, eslingadores y sealadores.Esta norma mexicana no cubre las gras operadas manualmente (asistidas por algn medio de energa),gras en las que al menos uno de sus movimientos est operado manualmente y las gras que estn montadas sobre contenedores, excepto en aquellas circunstancias en las que una gra de "tierra" est temporalmente fija al contenedor.Concordancia con normas internacionalesEsta norma mexicana coincide totalmente con la norma internacional ISO 12480-1:1997 "Cranes Safe useParNMX-GR-23814-IMNC-2011GRUAS REQUISITOS DE COMPETENCIA PARA INSPECTORES DE GRUAS.

Objetivo y campo de aplicacinEsta norma mexicana especifica la competencia requerida por las personas que llevan a cabo las inspecciones de gras en forma continua, minuciosa y ordenada. Excluye la inspeccin y verificacin realizada por operadores de gras y personal de mantenimiento.Concordancia con normas internacionalesEsta norma mexicana coincide totalmente con la norma internacional ISO 23814:2009 Cranes Competency requirements for crane inspectors.------------------NMX-GR-4306-1-IMNC-2009GRUAS-VOCABULARIO-PARTE 1: GENERALIDADES (CANCELA A LANMX-GR-4306-1-IMNC-2005).

Campo de aplicacinEsta norma mexicana, establece el vocabulario de trminos ms comnmente empleados en el campo delas gras.Esta parte de la norma mexicana NMX-GR-4306-IMNC define los trminos relativos a los tipos y clasificaciones, parmetros, conceptos generales y partes constitutivas.Concordancia con normas internacionalesEsta norma mexicana concuerda totalmente con la norma internacional ISO 4306-1:2007 Cranes-Vocabulary-Part 1: General.NMX-GR-9926-3-IMNC-2009GRUAS-ENTRENAMIENTO DE CONDUCTORES-PARTE 3: GRUASTORRE.

Campo de aplicacinEsta norma mexicana describe las caractersticas especiales de formacin para los operadores de las gras torre.Concordancia con normas internacionalesEsta norma mexicana concuerda totalmente con la norma internacional ISO 9926-3:2005 "Cranes-Trainingfor drivers-Part 3: Tower cranes"NMX-GR-7752-2-IMNC-2009DISPOSITIVOS DE ELEVACION-CONTROLES-DISTRIBUCION YCARACTERISTICAS-PARTE 2: DISTRIBUCION BASICA Y REQUISITOSPARA GRUAS MOVILES.

Campo de aplicacinEsta norma mexicana establece la distribucin, requisitos de direccin del movimiento de los controles bsicos de giro, elevacin y descenso de carga, girar y telecopiado de pluma.Esta parte de la norma aplica a todas las gras mviles que estn definidas en la norma mexicana NMX-GR- 4306-2-IMNC-2005.La clusula tres trata sobre los controles bidireccionales. La clusula cuatro trata acerca de las disposiciones bsicas y requisitos para las palancas de cambio transversal (controles multidireccionales) que se agreguen ms tarde.Para las gras mviles, el trmino operador se utiliza para la persona que opera la gra con el propsito de colocar cargas. Adems, el trmino conductor es utilizado para referirse a la persona que opera slo los controles que mueven la gra de un lugar a otro.Concordancia con normas internacionalesEsta norma mexicana concuerda totalmente con la norma internacional ISO 7752-2:1985 "Lifting appliances-Controls-Layout and characteristics-Part 2: Basic arrangement and requirements for mdbile cranes.NMX-GR-7752-4-IMNC-2009GRUAS-CONTROLES-DISTRIBUCION Y CARACTERISTICAS-PARTE 4:GRUAS PLUMA.

Campo de aplicacinEsta norma mexicana establece, la disposicin, los requisitos y la direccin del movimiento de los controles bsicos, para trasladar, girar, elevar, levantar y el descenso de las operaciones de las gras pluma definidas en la norma mexicana NMX-GR-4306-1-IMNC como las gras tipo pluma, distintas a las gras torre, gras mviles y gras sobre rieles.Concordancia con normas internacionalesEsta norma mexicana concuerda totalmente con la norma internacional ISO 7752-4:1989 Cranes-Controls-Layout and characteristics-Part 4: Jib Cranes.NMX-GR-10972-1-IMNC-2009GRUAS-REQUISITOS PARA LOS MECANISMOS-PARTE 1:GENERALIDADES.

Campo de aplicacinEsta norma mexicana establece los requisitos que se aplican en general a los mecanismos y componentes de las gras y dispositivos de elevacin, tal como se describe en las normas mexicanas NMX-GR-4306-1-IMNC, NMX-GR-4306-2-IMNC y NMX-GR-4306-3-IMNC.Estos requisitos se refieren en particular.a) Distribucin general y diseo de los mecanismos.b) La seleccin y requisitos de diseo de los componentes.c) Las instrucciones para la fabricacin, montaje, instalacin y ensayo.Las reglas para los ensayos correspondientes con respecto a los diferentes clculos de las propiedades mecnicas (Resistencia a la cadencia, fatiga, desgaste) estn excluidas en esta norma mexicana.Concordancia con normas internacionalesEsta norma mexicana concuerda completamente con la norma internacional ISO 10972-1:1998 Cranes-Requirements for mechanisms-Part 1: General.NMX-GR-10972-4-IMNC-2009GRUAS-REQUISITOS PARA LOS MECANISMOS-PARTE 4: GRUAS PLUMA.

Campo de aplicacinEsta parte de la norma establece los requisitos particulares relacionados a mecanismos para gras tipo pluma como se define en la norma mexicana NMX-GR-4306-1-IMNC. Los requisitos generales para los mecanismos para las gras se proporcionan en la norma mexicana NMX-GR-10972-1-IMNC.Estos requisitos se refieren en particular:a) distribucin general y diseo de los mecanismos.b) la seleccin y requisitos de diseo de los componentes.c) las instrucciones para la fabricacin, montaje, instalacin y ensayo.Las reglas para el clculo preciso con respecto a los lmites de cadencia, fatiga y desgaste se excluyen de esta norma mexicanaConcordancia con normas internacionalesEsta norma mexicana concuerda totalmente con la norma internacional ISO 10972-4:2007 Cranes-Requirements for mechanisms-Part 4: Jib cranes.NMX-GR-23815-1-IMNC-2009GRUAS-MANTENIMIENTO-PARTE 1: GENERALIDADES.

Campo de aplicacinEsta norma mexicana establece los requisitos prcticos para el mantenimiento de gras por parte de los propietarios y los usuarios.Concordancia con normas internacionalesEsta norma mexicana concuerda totalmente con la norma internacional ISO 23815-1:2007 "Cranes-Maintenance-Part 1: General".

Conclusion

La gra es una mquina empleada en los trabajos de construccin y modificacin de entornos, que le permite al ser humano idealizar su espacio y tiempo de trabajo.

El proyecto siempre requiere una investigacin terica acerca del elemento a trabajar, conociendo los materiales necesarios, los pasos de ensamble y en general toda la teora sobre su funcionalidad.

En la formacin del proyecto es necesario seguir con responsabilidad cada uno de los pasos para lograr un elemento con una correcta funcionalidad, por supuesto sin perder de vista el objetivo de su creacin y el motivo que nos incentiv a realizarlo.

A travs de este trabajo escrito se ha logrado tener ms claridad. acerca del proyecto, y planteando unos objetivos que se lograrn cumplir con agradable satisfaccin.