lunes, 18 de febrero de 2013

Maquinarias de alta energía. Machineries of high energy.


Maquinarias de alta energía

Las obras que se encaran en el sistema económico de alta energía vigente ocupan gran parte de la energía total del mismo. Entre estas obras se encuentran las obras viales.
Como se recordará he escrito respecto a la necesidad de movimiento, lo que implica "detener" de alguna manera a las sociedades, en el afán de volver a una consciencia ecológica y existencial , con la cual el hombre razona sus necesidades y no actúa por impulsos originados en la  publicidad o en necesidades impuestas artificialmente.
En el proyecto de un camino intervienen maquinarias de alta energía, dada la naturaleza de esos trabajos.
El proyecto implica un diseño transversal al eje del camino de un gálibo de proyecto. Ese perfil no coincide con el terreno natural y la diferencia implica mover grandes cantidades de tierra que se compactan a una densidad mayor a la original del terreno natural. De esa manera, se requiere más de lo que  presenta el terreno natural , al lograrse un terreno finalmente compactado a un nivel mayor.
Uno de los trabajos básicos que implica buena parte de la energía total es el movimiento de suelos.
Recuerdo que al entrar a la oficina de proyectos de vialidad hace tiempo , generé un programa informático que resolvía ese problema. Un interesante problema matemático.
De allí que conozca el tema en detalle.


El proceso de movimiento de tierras
Trataré de simplificar el proceso , realizando un cálculo de energía con aproximaciones en los procesos,  que de todas maneras implican la misma cantidad de energía que se usa realmente.
Estimaré que para resolver el tema de la tierra necesaria para el sector central, utilizo solamente la tierra de extracción lateral, la que se encuentra al costado del camino.
Es una teoría buena, indicando que en algunas oportunidades, puntualmente se busca tierra de otros lados o se traslada entre diversos puntos del camino. En ese caso la energía requerida es algo mayor.
Supongo utilizar una maquinaria como la excavadora 318BL de Caterpillar.
Dicha máquina posee 86 kW en el volante (115 HP).
Su capacidad de extracción es de 1,35 m3
Las medidas de brazos la hacen apta para un trabajo semejante.
Estimando una superficie de 8,06 m2 para un camino típico de zona llana, que se extiende a
8,06(m3). C. 1000 (metros)= 10075 m3  de tierra para 1 kM de camino.
Se ha tenido en cuenta la diferente densidad entre suelo natural y suelo compactado finalmente.


Como son las secuencias de la tarea de la excavadora?
Estira brazo, baja, excava, sube, gira, rota , deposita, rota.
Ese proceso depende de las características del operador que son tenidas en cuenta.
El tiempo estimado por ciclo es de unos 21 segundos.
La cantidad de ciclos por hora es 3600/21= 171,,ciclos
Teniendo en cuenta una eficiencia del operador de un 85 %
Se realizarán solo 171, (0,85) = 145,71 ciclos/hora.
La cantidad de tierra movida por ciclo : 1.35x0,8 m3
o sea, 146 x 1.08 m3/hora
En ese caso se requieren 10075/ 157,68= 63.89 horas netas.

La potencia en este caso es :
64 horas . 86 kW-hora/hora= 5495 kW-hora.

La energía en este caso para un solo kilómetro de camino en el movimiento de suelos corresponde a 5495 kW-hora.

A modo de comparación , una familia que consuma moderadamente energía eléctrica, puede requerir unos 2,4kW-hora /día.
Ello implica que el movimiento de suelos de un solo km de camino equivale a 2290 consumidores eléctricos en un día.  Es como detener una pequeña ciudad por un día!

Todo el proceso 

Pero eso es una parte del proceso. Todo comienza con una limpieza general de la zona de caminos por un proceso de "escarificación" , que implica aplicar unas parrillas con enormes dientes que abren la tierra, tratando de eliminar objetos que cambien la densidad final de la zona de caminos. Ese proceso implica energía , siendo realizado por tractores o topadoras con escarificadores.
Bulldozers  o topadoras  : 82,5 a 105 kW (110 a 140 HP)
Escarificado requiere unos  22,5 kW-hora para el proceso por kM

Las motoniveladoras completan el perfil de proyecto y generan la caja de alojamiento de estructura resistente.

Motoniveladoras: 93 a 205 kW
Cada pasada implica  5kW-hora  Contando 4 pasadas son 20 kW-hora/km

Retroexcavadoras: 61 kW
En la nivelación de tierra
contando 4 pasadas para nivelar, son 49 kW-Hora/kM

Cargador frontal: 73 kW.
Nivelación de superficies y carga de camiones.

Camiones, tractores, aplanadoras, etc.
En el movimiento de tierra  y otras labores.
Como es posible ver, las potencias puestas en juego son grandes, y cada participación implica recorrer el trayecto del camino en general.

Faltan computar procesos, pero la suma hasta ahora resulta:
5495+22,5+20+49= 5586,5 kW_hora /kM

( en edición...)





















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