1

Selección demáquinas (tipo,

modelo, cantidad)

Costo totalde posesióny operación

Requerimiento deproducción(m3/ hr, Km)

Consideracionespara la gestión de

la producción

Estudios/ análisisde aplicación yproductiv idad

Capacidad deproducción realde los equipos

Consideracionespara la gestión del

mantenimiento

Def inición,Plan del proy ecto,Plazo de entrega

Inicio de laobra

Un modelo de gestión de equipos para producción(Planificación, organización, dirección & control)

Financiamiento ygastos generales

Capacidad decarga y acarreo

Factores dellenado

Factor de cargadel material

Ef iciencia deloperador

Coef iciente detracción

Disponibilidadmecánica

Utilización

Fuerza dedesprendimiento

Ruta deacarreo

Equipos auxiliaresy de soporte

Pre-selección demáquinas (tipo,

modelo, cantidad)

Gestión de laproducción

Gestión delmantenimiento

Controlpresupuestal

$ $

Entrega y f inde obra

Reasignación ov enta de los

equipos

Peso, potencia,v elocidad ciclos

OPCIONES

CARACTERÍSTICAS DEL PROYECTO Y DE LAS MÁQUINAS

Conf iabilidaddel equipo

Reparabilidad Soporte logístico

Soporte técnico

Condiciones detrabajo/ aplicación

Disponibilidadmecánica

Instalaciones

Diseño/ calidadSoporte

postv enta

Operación

UtilizaciónDuración de la misiónPlanif icación yprogramación

MEDIOAM BIENTE ,S ALUD Y

SE GURIDAD

#Paralizaciones

Tiempoparalizado

Características del material

Aplicación Operación

PRES

ELEC

CIÓ

NSE

LEC

CIÓ

N

PLAN FINAL PROGRAMA

CONTROL

Un modelo de gestión de equipos para la producción

O R

G A

N I

Z A

C I

ÓN

*

El proceso administrativo

• Planificación• Objetivos• Políticas• Procedimientos• Programas• Presupuestos

• Organización• Puestos• Personas• Autoridad• Responsabilidad

• Integración• Selección• Inducción• Adiestramiento• Desarrollo

• Ejecución• Motivación• Comunicación• Dirección• Coordinación

• Control• Medición• Comparación• Análisis• Corrección

2

1. Este proceso dura igual o excede la vida de la obra 2. Demanda bastante tiempo y recursos en general3. Requiere esfuerzo y compromiso similar al de operaciones 4. Requiere de buena coordinación entre el jefe de obra, mantenimiento

y logística5. Sus costos (incluyendo consumibles de producción) pueden

fácilmente superar al precio del equipo nuevo 6. Será determinante en el valor residual de las máquinas al final de la

obra, ya sea para su venta o para el inicio de un nuevo proyecto7. La gestión del mantenimiento incide sobre la productividad a través de

la CONFIABILIDAD de los equipos, y por lo general se le descuida. Los errores incrementan los costos (no previstos)

8. POR LO TANTO, es primordial para que la organización alcance sus metas y objetivos trazados

Importancia de la Gestión del Mantenimiento:

1. Minimizar el tiempo de equipos detenidos o improductivos2. Aumentar la vida útil de los equipos (bajar costos posesión)3. Configurar adecuadamente los equipos para su mejor

desempeño en trabajos puntuales4. La reducción de costos de operación (eficacia y eficiencia)5. Mejorar la seguridad de las operaciones6. Aumentar la PRODUCTIVIDAD7. Mejorar la calidad de los productos (no reclamos, + prestigio)8. Entregar la obra oportunamente (evitar penalidades)

El mantenimiento como sistema(*) contribuye a:

(*) Sistema: Conjunto de procesos o elementos interrelacionados con un medio para formar una totalidad encauzada hacia un objetivo común

3

Características de diseño de las máquinas de movimiento de tierras, sistemas de máquinas

1. Elementos estructurales: Chasis, soportes, refuerzos, brazos, contrapesos, protectores.

2. Tren de fuerza: Motor, convertidor de torque, transmisión, diferenciales, reductores

3. Elementos de tracción: Neumáticos, orugas4. Sistema hidráulico: Bombas, válvulas, cilindros, motores,

mangueras, acumuladores5. Estación del operador: Controles, comunicaciones, seguridad

del operador y de la máquina6. Implementos y elementos de desgaste.7. Otros sistemas:

• Neumático• Eléctrico e iluminación• Sistemas computarizados de monitoreo, control,

producción

PARTES PRINCIPALES DE LA MÁQUINA

4

ELEMENTOS ESTRUCTURALES

• Sirven de soporte, contienen y mantienen alineados a los componentes del tren de fuerza y demás sistemas de la máquina.

• Absorben vibraciones y distribuyen las fuerzas propias del trabajo transmitiéndolas a través de diversos elementos y mecanismos de la máquina (soportes, pasadores, cojinetes, componentes específicos) hacia el piso u otros componentes, buscando el equilibrio estático y dinámico de las fuerzas.

• Debe ser capaz de resistir los ciclos de trabajo proporcionandoseguridad y duración. Ocasionalmente se pueden presentar fisuras.

• Proporcionan seguridad al operador incluso en situaciones extremas

• Algunas veces sirven de depósitos de aceite u otros fluidos necesarios para el funcionamiento de la máquina

• Los componentes del tren de fuerza y otros sistemas de la máquina también tienen sus propios elementos estructurales.

FUNCIONES DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

5

También hay hidrostáticos y eléctricos !!

TREN DE FUERZA

Un motor transforma la energía química del combustible en trabajo técnico (torque) como respuesta al requerimiento que éste recibe en su eje en la forma de un freno que se opone a su movimiento.

Ambos deben quedar en equilibrio, de lo contrario habría un proceso transitorio de aceleración o desaceleración.

Al trabajo realizado por unidad de tiempo se le llama potencia.

Actualmente se logra de manera sostenida HASTA 0.02115 HP por cada RPM y cada litro de desplazamiento. Comercialmente se ofrecen entre el 50% y 70% por duración. Un C9 a 2,100 RPM da entre 200 y 280 HP aprox.

PRINCIPOS DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL

6

La combustión requiere:• Combustible (diesel)• Oxigeno (21% en el aire hasta 20 Km de altura)• Calor (por la compresión del motor)• Reacción en cadena (fuego se extingue en las paredes)

Ante todo, el motor es una máquina que RESPIRA

Eficiencia: consumo específico de combustiblerangos de 200 g/Kw-h

con diesel 2 es aprox. 0.045 Galones/HP-hr

por ejemplo, un tractor de 310HP con un factor de carga horario de 70% consume aprox. 9.8 Galones por hora de diesel y 20 m3 por minuto de aire (2.2 de exceso esteq.) ¿¿¿???

aprox. 0.065 m3 por minuto por cada HP,

Lo Primero: Proceso de combustión y su eficiencia

¿de qué depende?

• calidad de la combustión

• fricción de las piezas

• trabajo de bombeo

• accionamiento de accesorios

cada una tiene sus propias dependencias

Velocidad = Carrera x RPM/ 30 (m/s)

Eficiencia actual de 35% al 45%

PERDIDAS DE EFICIENCIA DE UN MOTOR

7

Sistema de enfriamiento (50% de los problemas del motor). capacidad o flujo

Sistema de lubricación (60% de daños a cigüeñal), resistencia de la película, contaminación, enfriamiento...Sistema de admisión y escape (potencia disponible) generación de humos, temperatura... CONTAMINACIÓN Y DESGASTESistema de combustible (consumo, contaminación), generación de humos, eficiencia en consumo...

¿manejo de desechos?

Sistemas principales de un motor

Es un reductor hidráulico cuya relación de reducción depende de la diferencia de velocidades entre el eje de salida y el de entrada. Para el eje de salida detenido se obtendrá la máxima reducción de velocidad y el máximo torque de salida (Calado)

• Trabaja lleno de aceite, no debe tener aire• A mayor reducción, genera mas calor• Cambia continuamente de aceite

Variantes:• Embrague de bloqueo• Embrague unidireccional• Divisor de torque• Capacidad variable

Convertidor de torque

8

• La potencia se conserva (sólo hay pérdidas por fricción)

• Cambia velocidad por torque y viceversa

• De contraeje o de planetarios

• Cambio de sentido de marcha

• Caja de transferencia 4WD

• Tomas de fuerza

Carcasas, ejes, rodamientos, engranajes, y embragues!!Elementos estructurales, de transmisión y de desgaste

Transmisiones

• Transmite el movimiento en “T” (piñón y corona)

• Envía el torque a la rueda de PEOR tracción (cruceta y satélites)

• Existen variantes para mejorar la tracción (bloqueo y otros)

• Variedades de frenos

• Reducciones de ruedas o “cubos”

Diferenciales, frenos y reducciones

9

ELEMENTOS DE TRACCIÓN: Neumáticos

ELEMENTOS DE TRACCIÓN: Orugas

10

Orugas Vs Neumáticos

PHB 37 pag.27-2

Máxima capacidad detiro o de empuje Peso de máquina X coef. tracción=

• Desplazamiento positivo• El caudal determina la velocidad, la fuerza la presión del sistema• Todo flujo tiene resistencia a fluir, eso genera presión y CALOR• Fugas a alta presión crean altas temperaturas y altas velocidades• Los sellos se dañan a altas temperaturas, toda fuga se compensa con una entrada contaminada• La cavitación y la aereación son destructivas

Sistema hidráulico

11

ESTACIÓN DEL OPERADOR

*

IMPLEMENTOS Y ELEMENTOS DE DESGASTE

12

IMPLEMENTOS Y ELEMENTOS DE DESGASTE

ECM de Implementos

ECM de Transmisión

ECM de Motor

Chapa de contacto

(Accesorios adicionales)

ProductLink

Adaptador de comunicaciones II

Panel de instrumentos

Sensor del nivel de combustible

Sensor dinámico de inclinación

Sensor del nivel de combustible

Alternador (Terminal “R”)

Luz posterior de toma de acción Alarma de toma de

acción para operador

ADVISOR

CAN= Controller Area Network

OTROS SISTEMAS

13

Satélite de órbita baja LEO

Servidor de enlace

Servidor deproveedor del

servicio

(~ 780 Km)

Inte

rnet

Representante local

Internet

Gestión Remota de Equipos

Es n

eces

ario

“ver

” al s

atél

ite

en a

lgún

mom

ento

del

día

Estación terrestre

ECM PL300

Mazo de alambres

Mazo de alambres

de la máquina

AntenaGPS

PL121 SRPL121SR + PL300SR = PL321

Enlace radial (celular) o IP inalámbrico

Propietario

CONTROL SATELITAL: Product Link & EquipmentManager

*

CONTROL DE NIVELACIÓN: AccuGrade

- Pendiente transversal

- Sónico

- Láser

- GPS

- Estación total

*

14

Aplicación por diseño, tipos de máquinas, cargas, distancias,

condiciones

Material suelto o bien fragmentadoTerreno firme y pendientes hasta 10%Distancias cortas (hasta 150 m)Sensible a volúmenes y costos de producción

Acepta amplia gama de materiales y condiciones de terrenoDistancias cortas (de 0 a 50m) y en bajada Pendientes entre 20 - 25% Cada 1% de pendiente favorable + 2% en producciónSensible a las habilidades del operador

Para usar en tierra o arcillaVersiones std, tandem, con elevador, con tornillo esparcidorDistancias cortas y medianas (nomas de 1,000 m)Pendientes hasta 15% - En tándem 25%Esparce material en área de descargaSensible al desgaste de los componentes móviles

15

Acepta amplia gama de materialesDistancias medianas y largas (hasta 2,000 m)Pendientes hasta 35% Excelente en malas condiciones de terreno y pendientes

pronunciadasVersatilidad

Acepta amplia gama de materialesDistancias medianas y largas (hasta 5,000 m)Pendientes hasta 10 % - Pendientes cortas hasta 15%Condiciones ideales de los caminos – Resistencia a rodadura

hasta 3% Costos de operación bajos

Acepta amplia gama de materialesDistancias largas – Caminos internos y externos (mas de 5,000 m)Pendientes hasta 7 %Condiciones ideales de los caminos – Las lluvias paran la

operación Bajo costo de adquisición – Alto costo de mantenimiento

Excavación

Condiciones difíciles de excavación -

Consolidados & Cortes volados apretados.

Condiciones difíciles de excavación -

Consolidados & Cortes volados apretados.

Trabaja mejor con materiales fragmentados

& de flujo libre en los bancos y pilas

Movilidad Moderada Movilidad Movilidad Moderada Excelente Movilidad

Altura BancoAltura del banco critica

para el sistema productivoEfectivo con altura de

bancos variablesFácilmente adaptable a bancos variables, con

material suelto

Ancho BancoExtremadamente efectivo

en lugares apretadosEfectivo en sitios

apretados, Debe estar cerca del corte.

Menos efectivo en lugares apretados, Necesita área

de maniobra

Condición pisoPreferiblemente húmedos, esponjados, inestables o

no consolidados

Preferiblemente húmedos, esponjados, inestables o

no consolidados

Mas efectivo en suelos secos, firmes, parejos.

Selección de la máquina de carguío

16

Selección de la máquina de acarreo

Cargador Frontal Mototrailla Camión Articulado

- 23 a 45 mT payload- 1.5 a 55 mT payload - 23 a 38 mT payload- Autocarga - Autocarga - Requiere ser cargado

- Hasta 55 KPH- Hasta 2 km

- De 35 a 50 KPH

- Carga en menos de 1 min.- Descarga y esparce en

45 segundos

- Carga 3 min. aprox..- Carga en 40 seg.

- Hasta 1 km- Hasta 150 m.- De 10 a 30 KPH

- Puede “lastrear” ¿?- Descarga puntual

• Camiones articulados– Terreno lodoso / en malas

condiciones– Lluvia– Poca tracción– Pendientes pronunciadas– Distancias más cortas

• Camiones convencionales– Caminos pavimentados o

afirmados– Distancias + grandes– Velocidad más alta– Poca pendiente

Camiones Articulados VS. Camiones Convencionales

17

• Camiones articulados– Terreno lodoso / en malas

condiciones– Lluvia– Poca tracción– Pendientes de hasta 35%– Hasta 2 Km

• Camiones con bastidor rígido– Se necesita mantenimiento del

camino– Distancias más grandes

• Hasta 5 Km– Pendientes de hasta 15%

Camiones articulados frente a camiones con bastidor rígido

51%0.01210.4Promedio

40%0.01514Camiones de obra

55%0.0137Excavadoras

65%0.01211Cargadores frontales

55%0.0119Tractores de Orugas

40%0.00911Motoniveladoras

%HP/litro- RPMHP/ Tm

Factor de cargaMotorMaquina

APROXIMACIÓN MAQUINAS MEDIANAS

51%0.01210.4Promedio

40%0.01514Camiones de obra

55%0.0137Excavadoras

65%0.01211Cargadores frontales

55%0.0119Tractores de Orugas

40%0.00911Motoniveladoras

%HP/litro- RPMHP/ Tm

Factor de cargaMotorMaquina

APROXIMACIÓN MAQUINAS MEDIANAS

Fuente: Caterpillar Performance Handbook Ed. 37Elaboración propia

Nota.- Las potencias que pueden llegar a desarrollar comercialmente los mismos motores de estas máquinas pero en otras aplicaciones, pueden llegar a ser hasta 50% superiores

Aproximación de potencias

18

Principales técnicas de operación para máquinas de

producción

Cargadores frontales

19

Excavadoras

20

camiones de obra

Para un camión de obras utilizando neumáticos radiales, asuma una resistencia mínima a la rodadura de:• 1.5% para rutas de acarreo permanentes, duras y bien mantenidas• 3% para una pista bien mantenida con algo de flexión• 4% para una pista con 25 mm (una pulg.) de penetración• 5% para una pista con 50 mm (2 pulg.) de penetración• 8% para una pista con 100 mm (4 pulg.) de penetración• 14% para una pista con 200 mm (8 pulg.) de penetración

En la práctica, un incremento del 5% en la RR puede resultar en una pérdida del 10% de producción y en un aumento del 35% de los costos de producción

Resistencia a la rodadura

Penetración del neumático

21

TopadoTractores de oruga

de adelante hacia atrás

de atrás hacia adelante

Producción de tractores de orugas

22

Motoniveladoras

Condiciones que afectan la duración y el desempeño de los

componentes de máquinas

23

Bajo condiciones normales, la vida de un elemento mecánico está directamente relacionado al trabajo acumulado que éste ha realizado, lo que es equivalente a la energía que éste ha absorbido.

Principio:

Trabajo = Fuerza x Distancia = Potencia x tiempoTrabajo = Torque x “Giro” = Presión x Volumen

Un elemento mecánico queda la mayoría de veces fuera de servicio por efectos del desgaste....

Trabajo = Calor

abrasión + fuerza de contacto + movimiento relativo

.... o por fractura (resistencia al esfuerzo mecánico)

*

Lo optimo es maximizar la vida de los componentes pero reparándolos antes de la falla.

24

Por ejemplo, en la reparación de un motor mediano:

8,000 hrs 10,000 hrs 12,000 hrsAntes de falla Antes de falla Después de falla

Costo de la reparación 18,000 20,000 28,000Costo horario 2.25 2.00 2.33

Costo horario durante el periodo adicional +1.00 --- +4.00

Es mas conveniente adelantar la reparación que esperar la falla, siempre y cuando no existan otros factores determinantes, como costos deoportunidad, que hagan mas conveniente no reparar para de esta manera no paralizar. Sin embargo, aun así, se podrían utilizar conjuntos y equipos de intercambio para evitar la destrucción de un activo.

*

FatigaCiclos de carga por hora = “pulsos”

mag

nitu

d de

la c

arga

Tiempo

25

Amplitud de la carga

Duración del componente(en ciclos)

Diseño

Sobrecarga

Una sobrecarga que duplique la carga de diseño reduce mucho mas de la mitad de la vida estimada de la pieza (no hay proporción lineal)

Curva de resistencia a la fatiga

motor consumo de combustiblecigüeñal/ metales veces que se prende y apaga el motorturbos # de cambios de baja potencia a alta potencia y viceversa (cantidad de gases/ calor)cilindros de tolva veces que levanta tolva en una hora (que depende de la distancia de acarreo)suspensión número de baches por hora, tamaño de baches...dirección número de curvasfrenos ¿?

Algunos indicadores: *

26

Capacidad de frenado y del retardador

Conclusión:Cualquier incremento en Velocidad, GVW, ó Pendientereducirá la vida de freno.A distancias largas ó mayor tiempo con retardador/ frenoreducen la vida del Freno

Vida del Freno: HP - Hora = TrabajoHP = Torque x RPM

Torque => GVW x PendienteRPM => Velocidad

EJEMPLO PARA ACARREO

Aplicación :Alta velocidad & bajo torque

+ Neumáticos+ Rodamientos+ Suspension+ Cojinete bastidor “A”+ Rodamientos diferencial+ .....

¿Cómo impacta la vida de:

?

27

Aplicación : Baja Velocidad - Alto Torque...

+ Rodamientos Mandos Finales + Motor Diesel+ Frenos+ Embragues de Trasmision

EJEMPLO PARA ACARREO

¿Cómo impacta la vida de:

?

Efecto de la condición camino en vida estructural

Estado del camino

0

10000

20000

30000

40000

50000

1 2 3 4

Vid

a (H

oras

) Excelente

Promedio

Maltratado

Carga

28

Transmission Life vs UpShifts/Hr

0

5000

10000

15000

20000

25000

1 2 3 4

UpShifts/Hr

Life

(Hou

rs)

Vid

a (H

oras

)

Vida de la transmisión

Vida del motor

0

10

20

30

40

50

60

0 5000 10000 15000 20000 25000

Vida (Horas)

Gal

/Hr Motor A

Motor B > A

29

Medición de la duración: Vida BLa vida B10 en el tiempo (edad, horas, millas, etc.) por el cual el 10% de la población ha falladoLa vida B aplica a cualquier porcentaje, por ejemplo, B 50 es el tiempo por el cual el 50% de la población ha falladoLa vida B puede usarse para los requerimientos de diseño o de líneas de referencia

1.000 2.000 3.000

10%

50%

Horas de operación

% de la población Fallas

B10

CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN

Lo elemental:

Afecta a:1. La productividad2. La seguridad3. El medio ambiente

“5S”

*

30

CONTADOR DE PARTÍCULAS

http://www.machinerylubrication.com/Backup/200509/contam-fig1.gif

Resultados del contador:

http://www.machinerylubrication.com/article_detail.asp?articleid=800 (Noria)

31

http://www.machinerylubrication.com/Backup/200509/Contam-Tab2.gif

*

http://www.skf.com/cmimages/243050.jpg

CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN: HUMEDAD

32

Análisis de fluidos

Gestión de las herramientas de enganche (GETs)

Selección

Registros

Operación

Mantenimiento

Comprendiendo el DESGASTE

Aná

lisis

de

elem

ento

s de

sgas

tado

s

Movimiento Relativo + Presión + Abrasión = DesgasteVelocidad Carga Dureza

33

Duración de neumáticos:

Duración de carrilería

Velocidad + Carga + Dureza Material = Desgaste

34

Duración de carrilería

Velocidad + Carga + Dureza Material = Desgaste

GRACIAS POR SU ATENCIÓN