Fórmulas Esenciales y Procesos Constructivos: Bombas, Motores, Voladuras y Trituración

Cálculo de Potencia y Presión en Sistemas de Bombeo

Fórmulas de Bombeo ($P_B$)

• Presión de Bombeo ($P_B$): $P_B = \Delta h \cdot (\rho_{relativa} \cdot 1000) \cdot 9,81 \text{ Pa}$
• Caudal ($Q$): $Q = \frac{\text{l/s}}{1000} = \text{m}^3/\text{s}$
• Potencia Hidráulica ($W_{hid}$): $W_{hid} = P_B \cdot Q \text{ W}$
• Potencia Mecánica ($P_{mec}$): $P_{mec} = \frac{W_{hid}}{\eta_{mecanismo}} \text{ W}$
• Potencia Eléctrica ($P_{elec}$): $P_{elec} = \frac{P_{mec}}{\eta_{motor}} \text{ W}$

Principios de Estática y Dinámica Aplicados a Grúas

Análisis de Fuerzas y Tensiones en Grúas

Grúa Grande (Dinámica y Equilibrio)

Dinámica (Movimiento): $\Sigma F = m \cdot a \rightarrow T - (m \cdot g) = m \cdot a$

Estática (Equilibrio de Fuerzas y Momentos):

• Equilibrio vertical: $\Sigma F_y = 0 \rightarrow -T + T_1 + T_2 = 0 \rightarrow T_1 + T_2 = T$
• Equilibrio de momentos (si $R$ y $r$ son radios): $T_1 \cdot R - T_2 \cdot R = 0 \rightarrow T_1 = T_2 = T/2$
• Tensión Auxiliar ($T_3$): $T_3 \cdot R - (T/2) \cdot R = 0 \rightarrow T_3 = T/2$
• Tensión en el Anclaje ($T_A$): $-T_A \cdot R + (T/2) \cdot r = 0 \rightarrow T_A = \frac{T}{2} \cdot \frac{r}{R}$

Potencia: $P = T \cdot v \text{ W}$

Potencia Mecánica del Motor: $P_{mot} = \frac{P}{\eta_{motor}}$

Nota: Todas las fuerzas se miden en Newtons (N). 1 Tonelada (T) equivale a 1000 kg.

Grúa (Cálculo de Momentos)

Cálculo de la Masa ($M$) necesaria para equilibrar una carga (1T) mediante el equilibrio de momentos:

$M \cdot \text{distancia izquierda} = \text{Peso en T} \cdot \text{distancia derecha}$

Ejemplo: $M \cdot 20 = 1 \text{ T} \cdot 25 \rightarrow M = 25/20 = 1,25 \text{ T}$

Fórmulas Fundamentales de Trabajo y Potencia

La Potencia ($P$) es la rapidez con la que se realiza un Trabajo ($W$).

Trabajo y Potencia en Sistemas Lineales

• Trabajo Básico: $W = F \cdot x$ (Fuerza por desplazamiento)
• Potencia Media: $P = W/t$
• Potencia Instantánea: $P = \int F \cdot dv$

Trabajo y Potencia en Sistemas Rotatorios

• Trabajo: $W = \int M \cdot d\theta$ (Momento por ángulo)
• Potencia: $P = \int M \cdot d\omega$ (Momento por velocidad angular)

Trabajo y Potencia en Termodinámica

• Trabajo (Volumétrico): $W = \int P \cdot dV$ (Presión por cambio de volumen)
• Potencia: $P = \int P \cdot \frac{dV}{dt}$

Diferencias Clave entre Motores de Gasolina y Diésel

Ciclo de Funcionamiento del Motor de Cuatro Tiempos (Gasolina)

1. Admisión: El pistón desciende. La válvula de admisión se abre, permitiendo la entrada de la mezcla de aire y combustible.
2. Compresión: El volante de inercia y el cigüeñal giran, empujando la biela y el pistón hacia arriba, comprimiendo y calentando la mezcla.
3. Combustión (Expansión): Salta la chispa e inicia la explosión. El volumen de gas aumenta, empujando el pistón y haciendo girar el cigüeñal y el volante de inercia.
4. Escape: Al finalizar la carrera de expansión, el volumen es máximo. Se abre la válvula de escape. El volante de inercia impulsa el cigüeñal, que empuja el pistón, expulsando los gases residuales.

Diferencia en el Ciclo Diésel

El ciclo Diésel sigue los mismos cuatro tiempos, pero la diferencia principal radica en la admisión y la combustión:

1. Admisión: Solo entra aire.
2. Compresión: El aire se comprime a una presión y temperatura mucho mayores.
3. Combustión: Se pulveriza el gasoil (inyección) en el aire caliente, provocando el autoencendido.

Técnicas de Perforación y Voladura en Ingeniería Civil

Perforación con Testigo Continuo (Sondeos Mecánicos)

Este método se obtiene mediante sondeos mecánicos por rotación. Consiste en la extracción de un testigo de material a través de una perforación de pequeño diámetro realizada sobre el terreno a investigar.

Utilidad de los Sondeos

• Reconocer la naturaleza y potencia de las distintas capas que conforman la estratigrafía del suelo.
• Extraer muestras alteradas e inalteradas.
• Detectar la presencia de agua.

Maquinaria y Herramientas: Se utiliza maquinaria de perforación mediante rotación y coronas especializadas (coronas de compuesto de carborundo, coronas de diamante de inserción y concreción).

Voladura de Taludes

El método de excavación por perforación y voladura debe ser compatible con la obtención de parámetros regulares y estables en el talud definitivo. Su elección se realiza en función del proyecto y de las características mecánicas de la roca.

La inclinación de los barrenos y las cargas unitarias en ellos deben ser compatibles con el resultado deseado para garantizar la estabilidad del talud.

Proceso de Voladura en Túneles

El proceso estándar de voladura en un frente de túnel consta de los siguientes pasos:

1. Replanteo del frente.
2. Perforación de los taladros (barrenos).
3. Carga de los taladros con explosivos.
4. Voladura y ventilación.
5. Retirada del escombro.

Esquema de Tiro

El esquema de tiro es la disposición en el frente del túnel de los taladros a perforar, la carga de explosivo que se introducirá en cada uno y el orden de detonación de cada barreno.

Este esquema se diseña al principio de la obra basándose en la experiencia y en reglas empíricas recogidas en manuales especializados. Posteriormente, a lo largo de la excavación del túnel, se ajusta en función de los resultados obtenidos en cada voladura.

Clasificación de Equipos de Trituración

Trituración Primaria

• Machacadora de Mandíbulas: Mecanismo principal: Compresión.
• Machacadora Giratoria: Mecanismo principal: Compresión.

Trituración Secundaria

• Trituradora Giratoria de Cono Ancho: Mecanismo principal: Compresión.
• Molinos de Impacto o de Martillos: Mecanismo principal: Impacto.
• Molinos de Barras, Cilindros o Rodillos: Mecanismo principal: Impacto y Atrición.