La actividad de la limpieza de alcantarillado con máquina de balde, consta de dos equipos: la máquina dragadora o limpiadora y la máquina jaladora o recuperadora de cables; los cuales para iniciar la actividad es necesario unir los cables de ambas máquinas colocados entre dos buzones próximos para así de esta manera iniciar el proceso de arrastre, desplazamiento y quiebre del material sedimentado y/o acumulado.
Para la unión de las dos máquinas entre un buzón y otro, se emplea una varilla flexible de fibra, la cual por su dureza y flexibilidad, permite romper la sedimentación inclusive en muchos lugares represados, permitiendo así la unión de las dos máquinas. Este primer paso también permite evaluar en algunos caso el estado de la tubería puesto que al ser retirada dicha varilla el color del material empujado (marrón/barro) se puede determinar la caída del techo de dicha tubería. Una vez unidos los cables, se inicia el proceso de limpieza de alcantarillado; usando para ello diversos elementos.
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Fig.01 Funcionamiento de la máquina de balde.  |
A continuación un video del funcionamiento de la máquina de balde:
I. ANTECEDENTES
Las
primeras limpiezas que se realizaron a los alcantarillados consistieron en el
trabajo manual del hombre con el uso de las herramientas como la pala, baldes,
alambres, etc. La necesidad del hombre de drenar y limpiar las alcantarillas
tratando de evitar la aglomeración y obstrucción del alcantarillado, asimismo
de protegerse de los gases tóxicos que emanan estos desechos llevo a la
creación de las máquinas de Balde. Las máquinas de cuchara fueron diseñadas para realizar trabajos difíciles
en alcantarillados y drenajes de agua fluvial, con la cargadora se lleva la sedimentación directamente de la
línea hasta el camión para su descarga,
sin ensuciar la calle
Figura 2.
Por
otra parte la necesidad de aumentar la eficiencia de trabajo en la limpieza de
alcantarillado, se diseñó la máquina de balde tipo cargador de camiones, como
se puede apreciar en la imagen, ambas están
montadas en remolque con sus rodillos, plataformas y balde en posición
de limpieza.
Figura 3.
I. DESARROLLO DE LA PROBLEMÁTICA
En
la actualidad la limpieza de alcantarillado se realiza mediante las máquinas de
balde, hidrojet, máquinas de cucharas, etc.; ya que trabajan de acuerdo a las
necesidades que las industrias requieren. Algunas de estas máquinas trabajaran
dependiendo del sitio y espacio en donde se encuentre el alcantarillado. Por el
cual se requiere que exista mayor versatilidad en el trabajo a realizar, es por
eso que llegamos a la determinación de que el sistema más factible a utilizar
en este caso sería el sistema Hidráulico.
A
continuación se hará un desglose del planteamiento de la solución a nuestra
problemática:
Se
restructurará el sistema de accionamiento manual el cual será automatizado para
luego eliminar la palanca de freno por un sistema hidráulico, este se
ensamblará con un motor hidráulico
previamente escogida según los datos que hallamos calculado.
Se
añadirá soportes hidráulicos en las cuatro esquinas de ambas partes que
componen la máquina de balde, mejorando el factor de seguridad del equipo.
Los
tiempos requeridos para los ciclos de trabajo serán reducidos por lo que el
aprovechamiento y productividad de la maquina aumentará.
II. OBJETIVOS
- OBJETIVOS
GENERALES
i. Diseñar el sistema de transmisión hidráulico
de la máquina de balde para agilizar el tiempo y el factor de seguridad en su
ciclo de trabajo.
- OBJETIVOS
ESPECÍFICOS
i. Evaluar los diferentes tipos de
sistemas con el fin de observar cual es el más factible para el proyecto.
ii. Reducir el tiempo de giro de la
manivela de los soporte estabilizadores mediante un accionamiento
electro-hidráulico.
iii. Modificar el sistema de transmisión
mecánica por un sistema de transmisión hidráulica.
iv. Seleccionar los componentes
hidráulicos para el sistema de transmisión.
III. TECNICAS A UTILIZAR
En
el presente proyecto cambiaremos un sistema de transmisión mecánico por un
sistema de transmisión hidráulico, además de adicionar unos soportes de
estabilidad electro hidráulicos. Para esto necesitaremos hacer los cálculos de
relación de transmisión de los sistemas para poder hallar el torque y la
velocidad final (RPM), ya que con ellos al final del presente proyecto haremos
las comparaciones de los sistemas.
De
acuerdo a los cálculos obtenidos del sistema mecánico se procede hallar el
motor hidráulico. Se busca las opciones en el mercado de acuerdo a los
fabricantes. Luego de haber obtenido el motor con los datos del fabricante se
procede a elegir la bomba idónea para el motor hidráulico. Ya con los datos del
motor y de la bomba hidráulica se procederá a realizar el cálculo de relación
de transmisión que existe en el sistema hidráulico.
Por
otro lado el sistema de soporte de estabilidad se procederá a diseñar con el
programa Festo, programa que ha sido utilizado a lo largo del ciclo como medio
de aprendizaje. Por último los cálculos de los componentes como los émbolos,
mangueras, válvula, etc., se hallan a través de las ya conocidas fórmulas de
potencia, fuerza y caudal.
IV. MARCO TEÓRICO
a. Fuerza
En física, la fuerza
es una magnitud vectorial que mide la intensidad del intercambio de momento
lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición
clásica, fuerza es todo agente
capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No
debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía. En el Sistema
Internacional de Unidades, la unidad de medida de fuerza es el newton que se representa con el símbolo:
N, nombrada así en
reconocimiento a Isaac Newton por su aportación a la física, especialmente a la
mecánica clásica. El newton es una unidad derivada que se define como la fuerza
necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s2 a un objeto de
1 kg de masa.
b. Presión
En mecánica de fluidos, un flujo se clasifica en
compresible e incompresible,
dependiendo del nivel de variación de la densidad del fluido durante ese flujo.
La incompresibilidad es una aproximación y se dice que el flujo es
incompresible si la densidad permanece aproximadamente constante a lo largo de
todo el flujo. Por lo tanto, el volumen de todas las porciones del fluido
permanece inalterado sobre el curso de su movimiento cuando el flujo o el
fluido es incompresible. En esencia, las densidades de los líquidos son
constantes y así el flujo de ellos es típicamente incompresible. Cuando se
analizan flujos de gas a velocidades altas, la velocidad del flujo a menudo se
expresa en términos del número a dimensional de Mach, que se define como:
c.
Flujo
compresible e incompresible
La presión es
una magnitud física que mide como la proyección de la fuerza en dirección
perpendicular por unidad de superficie (esa magnitud es escalar), y sirve para
caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea.
En el Sistema Internacional la presión se mide en una unidad derivada que se
denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton
actuando uniformemente en un metro cuadrado. En el Sistema Inglés la presión se
mide en libra por pulgada cuadrada que es equivalente a una fuerza total de una
libra actuando en una pulgada cuadrada.
d. Caudal
En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo.
Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un
área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el
flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.
e. Relación de transmisión
La relación
de transmisión es una relación entre las velocidades de rotación de dos
engranajes conectados entre sí. Esta relación se debe a la diferencia de
diámetros de las dos ruedas, que implica una diferencia entre las velocidades
de rotación de ambos ejes, esto se puede
verificar mediante el concepto de velocidad angular.
Otro punto que se debe considerar es que al cambiar
la relación de transmisión se cambia el par de fuerza aplicado, por lo que debe
realizarse un análisis para saber si este nuevo par será capaz de vencer la
inercia del engranaje y otras fuerzas externas y comenzar el movimiento o por
otro lado si el engranaje será capaz de soportar un par muy grande sin fallar.
Matemáticamente, la relación de transmisión entre
dos engranajes circulares con un determinado número de dientes 
se puede expresar
de la siguiente manera:
se puede expresar
de la siguiente manera:
VI. PROGRAMA DE IMPLEMENTACIÓN
§
Etapa Teórica
PRIMERA ETAPA
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Estudio y desarrollo de la
problemática
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SEGUNDA ETAPA
|
Cálculos estadísticos de mercado.
|
TERCERA ETAPA
|
Cálculos técnicos
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CUARTA ETAPA
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Diseño del sistema
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QUINTA ETAPA
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Evaluación de costos
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Tabla 2. ETAPA TEÓRICA
§
Etapa Práctica
PRIMERA ETAPA
|
Armado de estructura
|
15 días
|
SEGUNDA ETAPA
|
Montaje del sistema hidráulico
|
2 día
|
TERCERA ETAPA
|
Acabado superficial de estructura.
|
2 día
|
Tabla 3. ETAPA
PRÁCTICA
* Tiempos estimados para 4 trabajadores en una jornada de
trabajo de 8 horas diarias. (2
Soldadores, 1 ayudante y 1 mecánico).
VII. CÁLCULO DE TIEMPO DE TRABAJO
MEJORADO
Tiempo para realizar un trabajo
para
tuberías de 200 metros de longitud
TIEMPOS
APROXIMADOS QUE REQUIEREN PARA REALIZAR LA LIMPIEZA DE LOS ALCANTARILLADOS
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Tipo de
problema
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Tipo de mecanismo de la máquina de balde
|
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Mecánico
|
Electro-hidráulico
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Arena, grava y
basura
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25 – 30 min
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18 – 20 min
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Raíces
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37 – 42 min
|
27 – 32 min
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Grasas
|
50 – 60 min
|
40 – 43 min
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Tabla 4. Tiempo
de trabajo de las máquinas de balde mecánicas y electro-hidráulicas
Como podemos observar en la tabla, con la máquina de
balde electro-hidráulica se puede reducir los tiempos que requieren las
máquinas de balde mecánicas para realizar sus trabajos de limpieza de
alcantarillados, esto es de suma importancia debido a que para que estos
equipos trabajen, se tiene que cercar cierto perímetro como medida de
seguridad, en algunos casos esto impide la libre circulación de los vehículos
haciendo que el flujo vehicular se congestione o impidiendo la circulación de
estos, es por ello que es importante acabar el trabajo lo más rápido posible.
Imagen.- chasis máquina de balde
Imagen.- Soporte de caja
Imagen.- Soporte de motor
