Este documento de tesis tiene el propósito de desarrollar una herramienta gráfica de selección que permite dimensionar una polea motriz de sección T en un rango de 800 a 2 500 PIW para un ancho constante de correa de 1 800 mm (72 in). Esta herramienta se obtiene como resultado de estudiar y evaluar un total dieciocho (18) casos de poleas con variación contante de PIW y características similares de operación. Su desarrollo abarca cinco capítulos más las conclusiones y recomendaciones. En primer capítulo está dedicado al estado del arte, partiendo de la descripción de una faja transportadora, pasando por los sistemas y partes de la transmisión utilizados actualmente, para finalmente enfocarse en el diseño y clasificación de la polea motriz basada en una bibliografía especializada incluyendo publicaciones académicas entre tesis y artículos técnicos. El segundo capítulo desarrolla la ingeniería del proyecto donde se propone el rango de casos de estudio y se evalúa el caso 1 a 800 PIW, con el objetivo de determinar la configuración de su sistema de transmisión y los factores actuantes en el diseño de la polea motriz; para ello se inicia con el cálculo de la faja transportadora, para luego determinar mediante la metodología de diseño la configuración del sistema de transmisión a evaluar. En el tercer capítulo se desarrollan los cálculos analíticos de cada parte de la polea: árbol, cilindro, discos laterales y la selección del dispositivo de fijación utilizando metodologías existentes, además se calcula el ensamble de la polea utilizando un programa de elementos finitos, para finalmente realizar una comparación y análisis de resultados. En el cuarto capítulo se realiza el estudio de todos los casos, repitiendo la metodología del capítulo anterior y cuyo análisis de resultados permite obtener una racionalización de tamaños de cada parte de la polea con la que se desarrolla una herramienta de selección. Finalmente a través de las conclusiones y recomendaciones se dan a conocer los beneficios que traería el uso de la herramienta de selección de poleas motrices de sección T en la industria, la cual puede considerarse como una propuesta para su estandarización. Además permite la continuidad de la investigación por alumnos de pre grado y posgrado de la especialidad de Ingeniería Mecánica. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / Prodinsa es la única empresa en Chile dedicada a la fabricación de cables de acero. Generalmente, los cables utilizados en palas mineras y grúas de altas prestaciones, están sometidos a altas cargas de trabajo cíclico durante su vida útil. La reiteración de los esfuerzos de flexión, extensión y contacto que se originan en cables que operan en condiciones dinámicas genera fatiga, siendo éste su principal mecanismo de falla. La carga de trabajo y el tamaño de las poleas, son las condiciones operacionales más influyentes en la vida del cable. Así mismo, los parámetros de diseño del cable, como su diámetro y construcción, lo caracterizan y determinan su comportamiento. Para poder realizar buenas estimaciones sobre la vida útil de distintos tipos de cables que presten servicios dinámicos, se realizan ensayos de fatiga. Mediante este tipo de ensayos, es posible obtener valiosas conclusiones sobre cómo distintos factores influyen en el comportamiento de los cables, permitiendo así determinar qué construcciones son más aptas para cada aplicación y bajo qué condiciones de operación presentan un rendimiento óptimo. El objetivo del presente trabajo es diseñar una fatigadora de cables de acero que cumpla con estándares internacionales y que satisfaga las necesidades de Prodinsa. Para lograr el objetivo propuesto se trabaja bajo la siguiente metodología de diseño: primero, se determinan los parámetros de diseño de la máquina; luego, se estudia el estado del arte de las fatigadoras en el mundo. Finalmente, se diseña iterativamente los distintos subsistemas de la máquina. El resultado final de este trabajo incluye planos y memorias de cálculo del diseño, la definición de lógica de control de la máquina y un manual de utilización de la misma. El principal desafío en cuanto al diseño de la fatigadora es su versatilidad, ya que se requiere que sea capaz de ensayar cables desde 10 hasta 50 milímetros de diámetro. Dado lo anterior, el diseño de la máquina incluye dos poleas intercambiables que son utilizadas para tensionar el cable y originar su movimiento. El diseño final de la fatigadora es de disposición vertical. El movimiento del cable es inducido mediante la implementación de un motor servo de 75 kW acoplado al eje de una de las poleas. La carga del ensayo es suministrada por un cilindro hidráulico capaz de ejercer hasta 150 kN que cuenta con una carrera máxima de 812 mm. La combinación de los equipos mencionados permite realizar ensayos en el rango de diámetros de cable requerido sobre poleas de entre 200 y 1000 mm de diámetro. La adición de un sistema óptico de inspección permite automatizar la recopilación de datos generados durante la operación de la máquina y establecer la finalización de los ensayos según criterios de descarte existentes para cables de acero que operan en condiciones dinámicas.

El crecimiento minero en nuestro país ha sufrido cambios significativos con respecto a la producción de metales preciosos tales como cobre, oro y plata, lo cual ha significado que empresas de gran envergadura inviertan en proyectos mineros que han dejado bien posicionado el nombre de nuestro país logrando que se convierta en uno de los principales proveedores de oro y cobre en el mundo, actualmente ocupa el sexto lugar en la lista de proveedores de este metal a nivel mundial. Si hablamos de Cajamarca, en esta ciudad se concentra la mayor producción de oro en el Perú ver figura.1; haciendo tentativa cualquier tipo de inversión extranjera referida a este rubro. A todo esto se le debe agregar la subida lineal que ha experimentado el precio del oro en los últimos años (ver Tabla 1), manteniendo ganancias muy por encima de los capitales invertidos, pero esto trae consigo que las grandes plantas de procesamiento de mineral demanden altos costos de mantención y por otro lado las normativas vigentes en nuestro país hacen que el cuidado del medio ambiente y la operación minera se hallan convertido en aliados, ya que se ha establecido desde mi punto de vista una relación ganar-ganar donde se debe invertir no solo en la extracción del metal precioso si no en mantener y preservar el medio ambiente a fin de poder mantener relaciones estratégicas con las comunidades y gobiernos locales. Minera Yanacocha gracias a su poder de adquisición facilita el desarrollo e implementación de proyectos tecnológicos de mejoramiento técnico en cualquiera de sus distintos procesos productivos, generando así iniciativa y desarrollo profesional entre sus empleados haciendo atractivo el uso de cualquier tecnología de vanguardia para obtener mayor rentabilidad y mayores utilidades. Finalmente reflejará una buena gestión de los recursos y preservación de los activos de la compañía.

Este documento de tesis tiene el propósito de desarrollar una herramienta gráfica de selección que permite dimensionar una polea motriz de sección T en un rango de 800 a 2 500 PIW para un ancho constante de correa de 1 800 mm (72 in). Esta herramienta se obtiene como resultado de estudiar y evaluar un total dieciocho (18) casos de poleas con variación contante de PIW y características similares de operación. Su desarrollo abarca cinco capítulos más las conclusiones y recomendaciones. En primer capítulo está dedicado al estado del arte, partiendo de la descripción de una faja transportadora, pasando por los sistemas y partes de la transmisión utilizados actualmente, para finalmente enfocarse en el diseño y clasificación de la polea motriz basada en una bibliografía especializada incluyendo publicaciones académicas entre tesis y artículos técnicos. El segundo capítulo desarrolla la ingeniería del proyecto donde se propone el rango de casos de estudio y se evalúa el caso 1 a 800 PIW, con el objetivo de determinar la configuración de su sistema de transmisión y los factores actuantes en el diseño de la polea motriz; para ello se inicia con el cálculo de la faja transportadora, para luego determinar mediante la metodología de diseño la configuración del sistema de transmisión a evaluar. En el tercer capítulo se desarrollan los cálculos analíticos de cada parte de la polea: árbol, cilindro, discos laterales y la selección del dispositivo de fijación utilizando metodologías existentes, además se calcula el ensamble de la polea utilizando un programa de elementos finitos, para finalmente realizar una comparación y análisis de resultados. En el cuarto capítulo se realiza el estudio de todos los casos, repitiendo la metodología del capítulo anterior y cuyo análisis de resultados permite obtener una racionalización de tamaños de cada parte de la polea con la que se desarrolla una herramienta de selección. Finalmente a través de las conclusiones y recomendaciones se dan a conocer los beneficios que traería el uso de la herramienta de selección de poleas motrices de sección T en la industria, la cual puede considerarse como una propuesta para su estandarización. Además permite la continuidad de la investigación por alumnos de pre grado y posgrado de la especialidad de Ingeniería Mecánica. / Tesis

The present work makes a study of the drag forces of umbilical cables of pipes inspection robots and aims to determine a valid model for their calculation. For this purpose, the physical models are developed in relation to the friction forces for the straight and curved sections in all their possible configurations, obtaining for each case a differential equation that models the friction phenomenon and that includes fluid and cable the characteristics. By solving the differential equation, an explicit expression is obtained for the value of the frictional force in each case. In the present work, the obtained model is evaluated in comparison with the traditional simplified model. It is also presented a study about the influence of the stiffness of the cable and how this characteristic generates the forces of the normal general forces at the ends of the curves that, finally, result in an additional component of the frictional forces. By comparison with actual drag force measurements, the model obtained is validated. The complexity of the calculations required for the determination of the pull forces in real pipes makes it necessary to use software tools to facilitate it. For this reason, two software applications are developed, one specific for rigid pipes and another one for flexible pipes. A series of strategies of how to keep low the maximum value of the cable tension are presented too. / El presente trabajo se dedica al estudio de fuerzas de arrastre de cables umbilicales de robot de inspección o desobstrucción de tuberías y tiene como objetivo la determinación de un modelo válido para el cálculo de las mismas. Para tal fin, se desarrollan los modelos físicos en relación a las fuerzas de rozamiento presentes para tramos rectos y curvas en todas sus configuraciones posibles, obteniéndose así, para cada caso, una ecuación diferencial que modela el fenómeno del rozamiento y que incluye las variables propias del fluido presente y las características pertinentes del cable. Mediante la resolución de esa ecuación diferencial, se obtiene una expresión explícita para el valor de la fuerza de rozamiento en cada caso. En el presente trabajo, el modelo obtenido es evaluado mediante comparación con el modelo simplificado tradicional de manera de ver los alcances del nuevo modelo. Se realiza también una presentación de la influencia que tiene la rigidez del cable y como esta rigidez a la flexión genera fuerzas normales adicionales en los extremos de las curvas que redundan finalmente en una componente adicional de las fuerzas de fricción. Mediante comparación con mediciones reales de fuerza de arrastre se valida el modelo obtenido Dada la complejidad de los cálculos requeridos para la determinación de las fuerzas de arrastre de tuberías reales se desarrollan dos aplicaciones de software para el cálculo de las mismas, una específica para tuberías rígidas y otra para tuberías flexibles utilizando algoritmos de cálculo basados en las ecuaciones determinadas. Son presentadas también, una serie de estrategias de forma de mantener acotado el valor máximo de la tensión de cable. Dentro de las estrategias están la elección de materiales de recubrimiento de cable que presenten un bajo coeficiente de fricción con la tubería, la adopción de cables cuyo peso específico sea tal que el peso se iguale a la fuerza de empuje y la incorporación de varios dispositivos de tracción del cable de modo de mantener bajas las contra tensiones del cable utilizando un sistema distribuido de empuje.

The present work makes a study of the drag forces of umbilical cables of pipes inspection robots and aims to determine a valid model for their calculation. For this purpose, the physical models are developed in relation to the friction forces for the straight and curved sections in all their possible configurations, obtaining for each case a differential equation that models the friction phenomenon and that includes fluid and cable the characteristics. By solving the differential equation, an explicit expression is obtained for the value of the frictional force in each case. In the present work, the obtained model is evaluated in comparison with the traditional simplified model. It is also presented a study about the influence of the stiffness of the cable and how this characteristic generates the forces of the normal general forces at the ends of the curves that, finally, result in an additional component of the frictional forces. By comparison with actual drag force measurements, the model obtained is validated. The complexity of the calculations required for the determination of the pull forces in real pipes makes it necessary to use software tools to facilitate it. For this reason, two software applications are developed, one specific for rigid pipes and another one for flexible pipes. A series of strategies of how to keep low the maximum value of the cable tension are presented too. / El presente trabajo se dedica al estudio de fuerzas de arrastre de cables umbilicales de robot de inspección o desobstrucción de tuberías y tiene como objetivo la determinación de un modelo válido para el cálculo de las mismas. Para tal fin, se desarrollan los modelos físicos en relación a las fuerzas de rozamiento presentes para tramos rectos y curvas en todas sus configuraciones posibles, obteniéndose así, para cada caso, una ecuación diferencial que modela el fenómeno del rozamiento y que incluye las variables propias del fluido presente y las características pertinentes del cable. Mediante la resolución de esa ecuación diferencial, se obtiene una expresión explícita para el valor de la fuerza de rozamiento en cada caso. En el presente trabajo, el modelo obtenido es evaluado mediante comparación con el modelo simplificado tradicional de manera de ver los alcances del nuevo modelo. Se realiza también una presentación de la influencia que tiene la rigidez del cable y como esta rigidez a la flexión genera fuerzas normales adicionales en los extremos de las curvas que redundan finalmente en una componente adicional de las fuerzas de fricción. Mediante comparación con mediciones reales de fuerza de arrastre se valida el modelo obtenido Dada la complejidad de los cálculos requeridos para la determinación de las fuerzas de arrastre de tuberías reales se desarrollan dos aplicaciones de software para el cálculo de las mismas, una específica para tuberías rígidas y otra para tuberías flexibles utilizando algoritmos de cálculo basados en las ecuaciones determinadas. Son presentadas también, una serie de estrategias de forma de mantener acotado el valor máximo de la tensión de cable. Dentro de las estrategias están la elección de materiales de recubrimiento de cable que presenten un bajo coeficiente de fricción con la tubería, la adopción de cables cuyo peso específico sea tal que el peso se iguale a la fuerza de empuje y la incorporación de varios dispositivos de tracción del cable de modo de mantener bajas las contra tensiones del cable utilizando un sistema distribuido de empuje.

The present work makes a study of the drag forces of umbilical cables of pipes inspection robots and aims to determine a valid model for their calculation. For this purpose, the physical models are developed in relation to the friction forces for the straight and curved sections in all their possible configurations, obtaining for each case a differential equation that models the friction phenomenon and that includes fluid and cable the characteristics. By solving the differential equation, an explicit expression is obtained for the value of the frictional force in each case. In the present work, the obtained model is evaluated in comparison with the traditional simplified model. It is also presented a study about the influence of the stiffness of the cable and how this characteristic generates the forces of the normal general forces at the ends of the curves that, finally, result in an additional component of the frictional forces. By comparison with actual drag force measurements, the model obtained is validated. The complexity of the calculations required for the determination of the pull forces in real pipes makes it necessary to use software tools to facilitate it. For this reason, two software applications are developed, one specific for rigid pipes and another one for flexible pipes. A series of strategies of how to keep low the maximum value of the cable tension are presented too. / El presente trabajo se dedica al estudio de fuerzas de arrastre de cables umbilicales de robot de inspección o desobstrucción de tuberías y tiene como objetivo la determinación de un modelo válido para el cálculo de las mismas. Para tal fin, se desarrollan los modelos físicos en relación a las fuerzas de rozamiento presentes para tramos rectos y curvas en todas sus configuraciones posibles, obteniéndose así, para cada caso, una ecuación diferencial que modela el fenómeno del rozamiento y que incluye las variables propias del fluido presente y las características pertinentes del cable. Mediante la resolución de esa ecuación diferencial, se obtiene una expresión explícita para el valor de la fuerza de rozamiento en cada caso. En el presente trabajo, el modelo obtenido es evaluado mediante comparación con el modelo simplificado tradicional de manera de ver los alcances del nuevo modelo. Se realiza también una presentación de la influencia que tiene la rigidez del cable y como esta rigidez a la flexión genera fuerzas normales adicionales en los extremos de las curvas que redundan finalmente en una componente adicional de las fuerzas de fricción. Mediante comparación con mediciones reales de fuerza de arrastre se valida el modelo obtenido Dada la complejidad de los cálculos requeridos para la determinación de las fuerzas de arrastre de tuberías reales se desarrollan dos aplicaciones de software para el cálculo de las mismas, una específica para tuberías rígidas y otra para tuberías flexibles utilizando algoritmos de cálculo basados en las ecuaciones determinadas. Son presentadas también, una serie de estrategias de forma de mantener acotado el valor máximo de la tensión de cable. Dentro de las estrategias están la elección de materiales de recubrimiento de cable que presenten un bajo coeficiente de fricción con la tubería, la adopción de cables cuyo peso específico sea tal que el peso se iguale a la fuerza de empuje y la incorporación de varios dispositivos de tracción del cable de modo de mantener bajas las contra tensiones del cable utilizando un sistema distribuido de empuje.