Polipastos Perfo - enfermeria basica PDF

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Ingeniería de Petróleo.

Universidad Nacional de Piura.

Curso:

Perforación I.

Ingeniero:

Juan Carlos Aliaga.

Integrantes:

Montalbán Camino, Angee. N e y r a O n t a n e d a , V í c t o r. N u n u r a S a l a z a r, A r t u r o .

[POLIPASTOS]

Definición. Un aparejo, o polipasto es una máquina compuesta por dos o más poleas y una cuerda, cable o cadena que alternativamente va pasando por las diversas garruchas de cada una de aquellas. Se utiliza para levantar o mover una carga con una gran ventaja mecánica, porque se necesita aplicar una fuerza mucho menor que el peso que hay que mover. Los elementos técnicos del sistema son los siguientes:  La polea fija tiene por misión modificar la dirección de la fuerza (potencia) que ejercemos sobre la cuerda. El hecho de ejercer la potencia en sentido descendente facilita la elevación de cargas, pues podemos ayudarnos de nuestro propio peso.  La polea móvil tiene por misión proporcionar ganancia mecánica al sistema. Por regla general, cada polea móvil nos proporciona una ganancia igual a 2.  La cuerda (cable) transmite las fuerzas entre los diferentes elementos. Su resistencia a la tracción ha de estar en función del valor de la resistencia y de la ganancia mecánica del sistema, que a su vez depende del número de poleas móviles y de su combinación con las fijas.

Aparejo utilizado para izar y bajar botes.

Utilidad. Se utilizan en talleres o industrias para elevar y colocar elementos y materiales muy pesados en las diferentes máquinas-herramientas o cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan. Suelen estar sujetos a un brazo giratorio acoplado a una máquina, o pueden ser móviles guiados por rieles colocados en los techos de las naves industriales. Los polipastos tienen distintas capacidades de elevación dependiendo de la carga que pueden llegar a levantar. Es posible aumentar la capacidad de elevación aumentando el número de ramales de un polipasto. Por ejemplo, un polipasto de 500 kg con un ramal puede tener una capacidad de sólo 500 kg, pero si se configura con dos ramales y se utilizan los accesorios adecuados el mismo polipasto puede levantar 1000 kg. Para poder alcanzar capacidades muy altas de elevación a veces es necesario el uso de un conjunto de varios polipastos con varios ramales junto a una pasteca especial.

Características. La ganancia de cada sistema depende de la combinación realizada con las poleas fijas y móviles, por ejemplo, podremos obtener ganancias 2, 3 ó 4 según empleemos una polea fija y una móvil, dos fijas y una móvil o una fija y dos móviles respectivamente.

Este sistema tiene el inconveniente de que la distancia a la que puede elevarse un objeto depende de la distancia entre poleas (normalmente entre

entre las dos primeras poleas, la fija y la primera móvil). Para solucionarlo se recurre a mecanismos en los que varias poleas fijas y móviles acoplados respectivamente en ejes comunes, son recorridos por la misma cuerda.

Tipos. Según su número de ramales:  

Cuando una de las poleas no tiene más que una garrucha o es un montón, el polipasto se llama «aparejo sencillo». En los demás casos, es «aparejo doble». Según el número de vueltas que da la cuerda en las poleas se llaman de cuatro, de seis, etc. cordones o «guarnes», tomando también con relación al objeto y a la forma en que se aplica un sobrenombre o denominación particular como las de «aparejo de gancho», «aparejo de rabiza», «aparejo de burel y estrobo», etc.

Según la forma en que multiplican la fuerza, los aparejos más comunes son: 

Aparejo factorial, la fuerza desarrollada es proporcional a la cantidad de poleas móviles.

 

Aparejo potencial, corresponde a 2 elevado al número de poleas. Aparejo diferencial, depende de la diferencia de radios entre las dos poleas que lo forman.

Según el material de los ramales, los polipastos pueden ser 

de cuerda,



de cable o



de cadena.

Y según lo que aplique la potencia a la máquina pueden ser:  

manuales, de palanca o



eléctricos.

Polipasto eléctrico de cable con 4 ramales

Formulación Matemática. Aparejo factorial

Esquema funcional de un polipasto factorial de una polea móvil.

En su fórmula interviene la «fuerza» que debe realizar el objeto o persona para levantar la «resistencia» y el número de poleas móviles que intervienen en el levantamiento de la resistencia:

Su fórmula es: Ejemplo: Para levantar un peso de 980 N se ha realizado una fuerza de 245 N.2

Polipastos relacionados con la Ingeniería de Petróleo. Para obtener mayor ventaja mecánica en subir o bajar los enormes pesos que representan las tuberías, se utiliza el aparejo o polipasto. Del carrete de abastecimiento se pasa el cable de perforación por la roldana de la polea del cuadernal de la cornisa y una roldana del bloque viajero, y así sucesivamente hasta haber dispuesto entre los dos cuadernales el número de cables deseados. La punta del cable se ata al carrete del malacate, donde luego se devanará y arrollará la longitud de cable deseado. Este cable -del malacate a la cornisa- es el cable vivo o móvil, que se enrolla o desenrolla del malacate al subir o bajar el bloque viajero. Como podrá apreciarse el cable vivo está sujeto a un severo funcionamiento, fatiga y desgaste. El resto del cable que permanece en el carrete de abastecimiento no se corta sino que se fija apropiadamente en la pata de la cabria. Este cable -de la pata de la cabria a la cornisa- no se mueve y se le llama cable muerto; sin embargo, está en tensión y esto es aprovechado para colocarle un dispositivo que sirve para indicar al perforador el peso de la tubería. Cuando por razones de uso y desgaste es necesario reemplazar el cable móvil, se procede entonces a desencajarlo del malacate, cortarlo y correrse el cable entre la polea fija y el bloque viajero, supliendo cable nuevo del carrete de almacenamiento.

Generalmente, el número de cables entre el bloque fijo y el bloque viajero puede ser 4, 6, 8, 10, 12 o más, de acuerdo al peso máximo que deba manejarse. También debe tomarse en consideración el número de poleas en la cornisa y el bloque, y además el diámetro del cable y la ranura por donde corre el cable en las poleas. El bloque viajero es una pieza muy robusta que puede pesar entre 1,7 y 11,8 toneladas y tener capacidad de carga entre 58 y 682 toneladas, según sus dimensiones y especificaciones. Forma parte del bloque viajero un asa muy fuerte que lleva en su extremo inferior, del cual cuelga el gancho que sirve para sostener la junta giratoria del sistema de rotación durante la perforación. Del gancho cuelgan también eslabones del elevador que sirven para colgar, meter o sacar la tubería de perforación. El funcionamiento y trabajo del aparejo puede apreciarse por medio de los siguientes conceptos: Cuando se levanta un peso por medio del uso de un aparejo sencillo de un solo cable, el cable móvil es continuo. La velocidad de ascenso es igual en el cable que sujeta el peso y en el cable que se arrolla en el malacate. De igual manera, la tensión, descartando fuerzas de fricción, es igual en ambos cables. El porcentaje de eficiencia de este simple sistema es 100%, lo cual puede comprobarse por la fórmula: E= 1/1,04N-1 Donde N representa el número de cables entre el bloque fijo y el viajero. Entonces: E = ____1___ = _____1___ = ___1___ = 1 ó 100 % 1,04N-1

1,040

1

Si el sistema tuviese cuatro cables entre los bloques, su eficiencia en velocidad sería reducida: E = ___1____ = ___1_____ = __1____ = 0,8889 1,044-1 1,043 1,125 = 88,89 %

Pero se gana en que el peso lo soportan cuatro cables y de acuerdo con la resistencia de ruptura del cable en tensión, el sistema permite manejar pesos mayores. Sin embargo, sobre la velocidad de ascenso de la carga, debe observarse que, en el primer caso, por cada metro de ascenso se arrollan cuatro metros en el malacate. Con respecto a la fuerza de tensión que el malacate debe desarrollar al izar la carga, se aprecia que en el caso del polipasto de un solo cable es 100 %, o equivalente a la tensión que ejerce la carga. Esto se verifica por la siguiente fórmula: F = ___1______ = ____1______ = ______1___ = 1 NxE 1x1 1 En la que N representa el número de cables entre la cornisa y el bloque, y E la eficiencia calculada antes. Para el segundo caso, el factor de tensión en el cable móvil para izar la carga es mucho menor, debido a que cuatro cables enlazan las poleas: F = ____1____ = _____1_____ = ____1____ = 0,2812 NxE 4 x 0,8889 3,56 Por tanto, se podrán apreciar las ventajas mecánicas y las razones por las que en la práctica los componentes del sistema de izaje son seleccionados de acuerdo con las exigencias de la perforación, que pueden ser para un hoyo somero, o sea hasta 1.000 metros; profundo, hasta 4.500 metros; muy profundo, hasta 6.000 metros, y super profundo, de esa profundidad en adelante.

Ejercicios. Ejemplo 1: Para levantar una caja pesada, un hombre usa un bloque y un polipasto y los sujeta a la parte inferior de la viga I mediante el gancho B. Si se sabe que los momentos, de los ejes y y z, de la fuerza ejercida en B por el tramo AB de la cuerda son, respectivamente, de 120 N•m y -460 N•m, determine la distancia a. Solución:

A partir de la figura, obtenemos las coordenadas de los puntos A y B: A (2.2, 1.6, 0) B (0,4.8, a) En la figura se muestra el vector fuerza que ejerce el hombre, e cual podemos manera:

definir

de

la

siguiente

Ejemplo 2. 1. Con un polipasto de 5 poleas se desea levantar un peso de 1 Tm. Calcular la fuerza precisa para elevarlo, el rendimiento mecánico y dibujar el sistema.

Ejercicio 3.

Disponemos de un motor capaz de ejercer una fuerza de 10000 Nw y queremos levantar un peso de 10000 Kp por medio de un polipasto. Calcular el número de poleas que deberemos instalar en el polipasto para que nuestro motor sea capaz de elevar este peso. Solución:

Ejercicio 4. Disponemos de un torno cuyo tambor de enrollamiento tiene un radio de b= 10 cm y la manivela es de a= 1 m. Para mover una carga de 100 kg ¿Qué fuerza tendremos que aplicar en el extremo de la manivela?

Solución:

Ejercicio 4. 5. La grúa del ejercicio anterior está provista de un polipasto de 4 poleas. Calcular la carga máxima que es capaz de elevar.

Solución:

Ejercicio 5. 6. La grúa de la figura tiene una masa P= 8 Tm y un contrapeso Q= 3 Tm situados a las distancias indicadas. Por medio del motor de elevación de carga y el polipasto, la capacidad máxima de carga es F= 5 Tm. Calcula la distancia d para que la grúa no vuelque.

Solución:

Ejercicio 6. (Motón Viajero.) Un equipo de perforar tiene 8 líneas que salen del motón viajero. Existe en el gancho una carga de 240 000 lb que se está levantando a una velocidad de 50 ft/ min Calcular: A) la velocidad de la línea que se está arrollando al tambor principal del malacate B) la carga por tensión en la línea del tambor principal asumiendo una perdida por fricción del 2% por línea Solución a)

Sea n= # de líneas hacia arriba X = espacio que recorre el gancho Vg= velocidad del gancho Vl= velocidad en la línea rápida E = espacio que recorre n Sabemos que Vg = e/t X = Vg t t= x/ Vg TAMBIEN Vl=E/t tambor t= E/ Vl luego

x E = Vg Vl

t: este mismo tiempo es el que se emplea en la línea del

pero E= nx

x nx = Vg Vl

VL = n Vg

si Vg = 50 ft/min Vl=8 x 50 ft/min Vl = 400 ft/min b) W/e = 8T T = W/8 . 1/e e= 100% - 8 x 2 % = 84 % = 0.84 T= 240 000 /8 x 1/ 0.84

T = 35714 .3 lbs...