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INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ELEVADOR
PARA VEHÍCULOS DE HASTA TRES TONELADAS A
PARTIR DE MATERIAL RECICLADO PROVISTO
POR LA EMPRESA PETROBELL INC. OPERADORA
EN EL CAMPO TIGÜINO”
AUTOR: EDWIN MORALES
DIRECTOR: ING. FÉLIX MANJARRÉS
CODIRECTOR: ING. RAMIRO SANTILLÁN.
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ELEVADOR DE
VEHÍCULOS
FIABLE
ERGONÓMICO
VERSATIL
SEGURO
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CASA DE LA CALIDAD
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FICHA TÉCNICA
Empresa cliente:
Petrobell Inc Grantmining S.A.
Producto:
Elevador mecánico de
vehículos con una
capacidad de hasta 3.0
toneladas.
Fecha inicio:
2013-09-15
Página 1
ESPECIFICACIÓNES
Concepto Fecha Propone R/D Descripción
Función
2013
-09-1
5 C R
Elevar un vehículo
para realizar su
mantenimiento
C R
Incorporar un sistema
de seguridad manual
con trabas.
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Dimensiones
2013-0
9-1
5
C+I
R Altura máxima de elevación
1800mm.
I
R
Distancia máxima entre ejes
3085mm.
C+I
R
Ancho máximo del vehículo
1760mm.
C+I
R
Distancia mínima entre ejes
2750mm.
C+I
R
Ancho mínimo del vehículo
1760mm.
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Potencia
2013-0
9-1
5
I R Capacidad máxima de
elevación 3.0 toneladas.
Energía
2013-0
9-1
5
I R Banco de baterías, CC
12V/24V.
Control
2013
-09-1
5
I D Control ascenso/descenso.
I D Instalaciones eléctricas y de
carga.
Seguridad
2013-0
9-1
5
I R El factor de seguridad debe
ser igual o mayor a 1.
Ubicación
013
-09-1
5
C R Altura 8m, profundidad 10m,
ancho 4m.
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ANALISIS FUNCIONAL
OPERACIÓN PRINCIPAL
OPERACIÓN PRINCIPAL OPERACIÓN PRINCIPAL
• Puesta en marcha del elevador
sin carga.
• Mantenimiento preventivo de
los componentes del elevador.
• Bloqueo del sistema principal
de potencia.
• Caídas de carga y posibles
impedimentos en el mecanismo
del elevador.
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MODULACIÓN
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SOLUCIÓN A LOS MÓDULOS
SELECCIÓN
Sistema de
Potencia. Mecánico.
Sistema
estructural.
Sistema de dos
columnas.
Sistema de
seguridad. Manual con trabas.
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DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO
CAPACIDAD MÁXIMA DE ELEVACIÓN 3 Toneladas
CARRERA 1800 mm
DISTANCIA ENTRE EJES DEL VEHÍCULO 3085mm
ANCHO MÁXIMO DEL VEHÍCULO 1760mm
DISTANCIA MÍNIMA ENTRE RUEDAS. 1510mm
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MODELACIÓN Y ANÁLISIS
PRELIMINAR
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PROTOTIPOS
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PROTOTIPOS
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GENERACIÓN DE CARGAS
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CONDICIONES DE EQUILIBRIO
• Distribución del peso vehicular.
𝑤𝑣𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 = 𝑚𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜 ∗ 𝑔
𝑤𝑣𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 = 2690 𝑘𝑔 9,81 𝑚𝑠2
𝑤𝑣𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 = 26,389 𝐾𝑁
• El peso vehicular se divide entre las dos columnas
principales de la estructura.
𝑤𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙 = 𝑤𝑣𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟2
𝑤𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙 = 26388,9 𝑁
2
𝑤𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙 = 13,19 𝐾𝑁
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• El peso que soporta cada columna se distribuye en el
sistema de polipasto entre el punto fijo y la polea
ubicada en la parte superior de la viga central.
𝑊𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑖𝑗𝑜 = 𝑊𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎 =𝑤𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙
2
𝑊𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑖𝑗𝑜 =13194,45 𝑁
2
𝑊𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑖𝑗𝑜 = 6,6 𝐾𝑁
• Factor de carga porcentual del 20% (1,4 𝐾𝑁) ,
obteniendo un valor final para el análisis estructural de
8 𝐾𝑁.
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PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES
Componente Designación del
material
Grado,
producto o
geometría
Resistencia a la tensión Resistencia de fluencia
(ksi) (MPa) (Ksi) (MPa)
Estructura del elevador Tubing API Tubería grado
N80 100 690 80 552
Brazos y carro
deslizable Tubing API
Tubería grado
N80 100 690 80 552
Soportes de brazos,
placas base, soportes
de pastecas.
ASTM A36 Plancha 58 400 36 250
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DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN CRÍTICA
Viga central
Columna principal
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ANÁLISIS EN LA VIGA CENTRAL
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VERIFICACIÓN DE RESULTADOS
Dimensiones Longitud Material Límite de
fluencia
Factor de
esbeltez
∅𝑒 = 88.9 𝑚𝑚
𝑒 = 6.35 𝑚𝑚
2600 𝑚𝑚 API-N80 552 MPa 87.237
VERIFICACIÓN DE RESULTADOS
Dimensiones Longitud Material Límite de fluencia Factor de
esbeltez
∅𝑒 = 88.9 𝑚𝑚
𝑒 = 6.35 𝑚𝑚
2600 𝑚𝑚 ASTM A-36 250 MPa 76.14
TABULACIÓN DE RESULTADOS
Material
existente en
la empresa.
Material
común en la
manufactura.
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ANÁLISIS EN LA COLUMNA PRINCIPAL
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VERIFICACIÓN DE RESULTADOS
Dimensiones Longitud Material Límite de
fluencia
Factor de
esbeltez
∅𝑒 = 88.9 𝑚𝑚
𝑒 = 6.35 𝑚𝑚
3400 𝑚𝑚 API-N80 552 MPa 114.079
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ANÁLISIS EN LA VIGA DE APOYO
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VERIFICACIÓN DE RESULTADOS
Dimensiones Longitud Material Límite de
fluencia
Factor de
esbeltez
∅𝑒 = 88.9 𝑚𝑚
𝑒 = 6.35 𝑚𝑚
3270 𝑚𝑚 API-N80 552 MPa 109.703
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ANÁLISIS EN LA COLUMNA POSTERIOR
![Page 28: Presentación de PowerPoint - repositorio.espe.edu.ecrepositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/8114/2/TESIS ELEVADOR DE... · 2 Corte del material: por oxicorte 3 Limpieza de rebabas:](https://reader031.fdocuments.es/reader031/viewer/2022021816/5a72da147f8b9ab1538df546/html5/thumbnails/28.jpg)
VERIFICACIÓN DE RESULTADOS
Dimensiones Longitud Material Límite de
fluencia
Factor de
esbeltez
∅𝑒 = 88.9 𝑚𝑚
𝑒 = 6.35 𝑚𝑚
3400 𝑚𝑚 API-N80 552 MPa 99.568
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DESARROLLO DE ANÁLISIS POR
ELEMENTOS FINITOS
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Parámetros de distribución Masa Peso
Masa bruta del Vehículo. 2690 kg 26388,9 N
Para una columna. 1345 kg 13194,45 N
Para un brazo frontal. 807 kg 7916,67 N
Para un brazo posterior. 538 kg 5277,78 N
DISTRIBUCIÓN DE MASA/PESO
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BRAZO FRONTAL DEL ELEVADOR
• Longitud 800mm.
• (F) puntual aplicada de 7916 N
𝐹 = 𝑅𝑦 = 7916 𝑁
𝐹𝑦 = 0
𝑀 − 𝐹 ∗ 𝑑 = 0
𝑀 = 0
𝑀 = 6332.8 𝑁.𝑚
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RESULTADO ANÁLISIS ESTÁTICO
Parámetro
Esfuerzo
principal
máximo
Deformación
Total
Factor de
seguridad
Mínimo -12,206 MPa 0. mm 1,86
Máximo 70,388 MPa 0.0889 mm 15
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BRAZO POSTERIOR DEL ELEVADOR
• Longitud de extensión 1200mm.
• El valor de la fuerza (F) puntual aplicada es de 5277.78 N
𝐹𝑦 = 0 𝑀 = 0
𝐹 = 𝑅𝑦 = 5277,78 𝑁
𝑀 = 6333,34 𝑁.𝑚
𝑀 − 𝐹 ∗ 𝑑 = 0
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RESULTADO ANÁLISIS ESTÁTICO
Parámetro
Esfuerzo
principal
máximo
Deformación
Total
Factor de
seguridad
Mínimo -8,6831 MPa 0. mm 2,43
Máximo 45,162 MPa 0,1047 mm 15
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CONJUNTO CARRO-SOPORTE
DISTRIBUCIÓN DE CARGAS
UBICACIÓN FUERZA MOMENTO
Empotramiento
Brazo Frontal N/A 6332.8 N.m
Empotramiento
Brazo Posterior N/A 6333.34 N.m
Elemento de Izaje 13194.45 N N/A
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RESULTADO ANÁLISIS ESTÁTICO
Parámetro
Esfuerzo
principal
máximo
Deformación
Total
Factor de
seguridad
Mínimo -5,6905 MPa 0. mm 1,17
Máximo 75,757 MPa 0,0617 mm 15
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PLACA BASE
𝐹𝑦 = 36 𝑘𝑠𝑖 = 250 𝑀𝑝𝑎
𝑚 = 1345 𝑘𝑔
𝑓𝑐" = 3 𝑘𝑠𝑖 = 20,68 𝑀𝑝𝑎
𝑑 = 3.5 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠 = 0,0889 𝑚
𝑏𝑓 = 3.5 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠 = 0,0889 𝑚
𝑁 = 0,4 𝑚
𝐵 = 0,3 𝑚
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CÁLCULO DE LOS FACTORES GEOMETRICOS
𝑚 = 𝑁 − 0,95𝑑
2 𝑚 = 0,16𝑚
𝑛 = 𝐵 − 0,8𝑏𝑓
2 𝑛 = 0,11 𝑚
𝑋 = 4 𝑑 𝑏𝑓
(𝑑 + 𝑏𝑓)2 𝑋 = 1 λ = 1
𝜆𝑛" = 1 𝑑𝑏𝑓
4
𝜆𝑛" = 0,0222 𝑚
𝓁 = 𝑚á𝑥 𝑚, 𝑛, 𝜆𝑛" 𝓁 = 0,16𝑚
𝑡 = 𝓁2𝑃𝑢
0.9 𝐹𝑦 𝐵 𝑁
𝑡 = 5,48 𝑚𝑚
𝑃𝑢 = 𝑚 ∗ 𝑔 = 15833,34 𝑁
Factor de carga 1.2 (1614 kg.)
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PERNOS DE ANCLAJE
𝑅𝑥 = 𝐹 = −1.328 𝑘𝑁
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𝑴 = 𝟎
Fsd ∗ 3,4m = FB ∗ 0,032 + FB ∗ 0,032 + FA ∗ 0,268 + FA ∗ 0,268 + FA ∗ 0,268
Fsd = 𝑛 ∗ 𝐹
Fsd = 7.968 𝑘𝑁
𝐹𝐴 = 33.038 𝑘𝑁
𝐹𝐴 = 4𝐹𝐵
Condiciones:
Remplazando:
𝜎 =𝑃
𝐴 𝐴 = 146.84 𝑚𝑚2
SAE 4.6 es M 16x2 para el cual 𝐴 = 157 𝑚𝑚2.
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CÁLCULO DE SOLDADURA
𝐹 = 7916(𝑁)
𝑀𝑓 = 0
𝑀𝑓 = 𝐹 × 𝑑
𝑀𝑓 = 6332.8𝑁𝑚
𝜎 =1.414 × 𝑀𝑓
𝑏 × 𝑑 × ℎ
𝜎 =8954.5792𝑁𝑚
5.0185 × 10−5 𝑚3
𝜎 = 178.43𝑀𝑃𝑎 𝑛 = 2.3
𝑛 =414 𝑀𝑃𝑎
178 𝑀𝑃𝑎
• Electrodo E7018
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CÁLCULO DEL MOTOR ELECTRICO
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𝑎 = −9.81𝑚𝑠2
𝑚𝑒𝑗𝑒 × 𝑎 = 𝑚𝑣 𝑔 + 𝑎 +𝑚𝑣 𝑔 + 𝑎
𝑉𝑓2 = 𝑉𝑜 + 2 × 𝑎 × 𝑑
𝑉𝑓 = 5.7𝑚𝑠
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𝑊 = ∆𝐸𝑐 + ∆𝐸𝑝
𝑊 =1
2×𝑚 × 𝑉2 +
1
2×𝑚 × 𝑉2 +𝑚 × 𝑔 × ℎ +𝑚 × 𝑔 × ℎ
𝑊 = 78791,445 𝐽
𝑃 =𝑇
𝑡 𝑃 = 4.22 𝐻𝑝
MOTOR ELECTRICO
ESPECIFICACIONES
Capacidad 9000lb (4090kg)
Motor 5.5 HP
Transmisión 3-Faces planetarios
Reducción 235:1
Peso 85 lb (38kg)
Funcionamiento 12 V
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SELECCIONAMIENTO DEL CABLE DE ACERO
DISTRIBUCIÓN MASA PESO
En cada columna 1345 kg 13.19 kN
En cada línea de cable 672.5 kg 6.6 kN
𝜎max 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑝𝑒𝑛𝑡𝑒 = 2 𝑇
𝐴𝑟𝑜𝑝𝑒
𝐴𝑟𝑜𝑝𝑒 = 0,366 𝑑𝑟2
𝜎max 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑝𝑒𝑛𝑡𝑒 = 2 6597 𝑁
0,366 𝑑𝑟2
𝜎max 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑝𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝜎𝑑
𝜎𝑑 =1379
5= 275.8 𝑀𝑃𝑎
𝑑𝑟 = 2𝑇
275.8𝑥106 0.366
𝑑𝑟 = 11,43 𝑚𝑚
Cable requerido es de ½ pulgada en 8x19 WS IPS
2 6597
0,366 𝑑𝑟2= 275.8𝑥106
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ACCESORIOS PARA EL CABLE DE ACERO
![Page 50: Presentación de PowerPoint - repositorio.espe.edu.ecrepositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/8114/2/TESIS ELEVADOR DE... · 2 Corte del material: por oxicorte 3 Limpieza de rebabas:](https://reader031.fdocuments.es/reader031/viewer/2022021816/5a72da147f8b9ab1538df546/html5/thumbnails/50.jpg)
MANUFACTURA, ENSAMBLAJE
Y MONTAJE
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CURSOGRAMAS
N.- DE
OPERACIÓN OPERACIONES
1 Medición y trazado
2 Corte del material: por oxicorte
3 Limpieza de rebabas: cincel, amoladora o lima
4 Esmerilado
5 Nivelado
6 Grateado
7 Unión de partes (Soldadura)
8 Montaje
9 Taladrado
10 Doblado
SÍMBOLO SIGNIFICADO
Operación tecnológica
Inspección
Traslado o transporte
Almacenamiento
Espera
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Desarrollo del Brazo-Soporte Desarrollo de la columna
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Desarrollo de la viga Desarrollo de la camisa
![Page 54: Presentación de PowerPoint - repositorio.espe.edu.ecrepositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/8114/2/TESIS ELEVADOR DE... · 2 Corte del material: por oxicorte 3 Limpieza de rebabas:](https://reader031.fdocuments.es/reader031/viewer/2022021816/5a72da147f8b9ab1538df546/html5/thumbnails/54.jpg)
Soportes de brazos Soporte de la unidad de potencia.
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Desarrollo de soporte de pasteca Desarrollo de soporte de pasteca
![Page 56: Presentación de PowerPoint - repositorio.espe.edu.ecrepositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/8114/2/TESIS ELEVADOR DE... · 2 Corte del material: por oxicorte 3 Limpieza de rebabas:](https://reader031.fdocuments.es/reader031/viewer/2022021816/5a72da147f8b9ab1538df546/html5/thumbnails/56.jpg)
BASES DEL ELEVADOR DE VEHÍCULOS
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SOLDADURA DE LAS COLUMNAS PROSEMO SMAW
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CONJUNTO DEL SOPORTE
![Page 59: Presentación de PowerPoint - repositorio.espe.edu.ecrepositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/8114/2/TESIS ELEVADOR DE... · 2 Corte del material: por oxicorte 3 Limpieza de rebabas:](https://reader031.fdocuments.es/reader031/viewer/2022021816/5a72da147f8b9ab1538df546/html5/thumbnails/59.jpg)
VISTA PRELIMINAR DEL SOPORTE
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![Page 61: Presentación de PowerPoint - repositorio.espe.edu.ecrepositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/8114/2/TESIS ELEVADOR DE... · 2 Corte del material: por oxicorte 3 Limpieza de rebabas:](https://reader031.fdocuments.es/reader031/viewer/2022021816/5a72da147f8b9ab1538df546/html5/thumbnails/61.jpg)
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![Page 64: Presentación de PowerPoint - repositorio.espe.edu.ecrepositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/8114/2/TESIS ELEVADOR DE... · 2 Corte del material: por oxicorte 3 Limpieza de rebabas:](https://reader031.fdocuments.es/reader031/viewer/2022021816/5a72da147f8b9ab1538df546/html5/thumbnails/64.jpg)
PRUEBAS
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CONCLUCIONES
• El diseño del elevador tiene su principio en la forma
estructural de un elevador de dos columnas
adicionándole una tercera en su parte posterior,
obteniendo una estructura triangular rígida, segura y
funcional.
• Se diseñó y construyó el sistema de elevación
fusionando la forma estructural de tres columnas
descrita anteriormente y un sistema de elevación que es
muy utilizado para el mantenimiento de pozos en el
ámbito petrolero denominado Workover
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• Al realizar la simulación estructural en el software RISA,
con las cargas establecidas para el diseño, genero
resultados, de la relación de esbeltez acordes a los
parámetros establecidos para columnas y vigas bajo
normas LRDF.
• Se puede utilizar como material alternativo de
manufactura en la estructura triangular del elevador, el
acero ASTM A-36 al encontrarse dentro de los
parámetros de diseño para vigas y columnas de las
normas LRDF.
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• El uso del acero ASTM A-36 en la manufactura de los
brazos del elevador, está restringido ya que presenta
fallas en la simulación con el software y no cumple con
un factor de seguridad mayor a uno.
• El diseño de forma triangular que posee el elevador
ofrece ergonomía al operario para realizar cualquier tipo
de mantenimiento sin ningún problema, ya que se ha
considerado los parámetros funcionales y estéticos en el
diseño del equipo.
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RECOMENDACIONES
• Utilizar un software de diseño para obtener dimensiones
y resultados de análisis con elevada precisión y rapidez,
pudiendo modificar y efectuar cambios con facilidad.
• Realizar un biselado en forma de media luna en los
extremos de la tubería para una buena junta entre los
elementos estructurales que conforman la máquina.
• La construcción del elevador de vehículos debe
realizarse en un lugar adecuado con suficiente
ventilación y usando elementos de seguridad
denominado es EPP tales como: guantes, gafas,
mascarilla para evitar lesiones.
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• Equilibrar el peso total del vehículo en forma adecuada
sobre los brazos del elevador de vehículos, para realizar
las tareas de trabajo en forma segura.
• Leer las normas de seguridad para un correcto
funcionamiento del elevador de vehículos, antes de
proceder a su operación evitando accidentes de trabajo.
• Se debe tener en cuenta la capacidad máxima de carga,
para evitar fallos en el momento de operar la máquina y
garantizar su vida útil.
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GRACIAS
INGENIERÍA AUTOMOTRIZ