Como diseñar una bancada de ascensor y no morir en el intento

Recientemente, hemos tenido que diseñar un paquete importante de bancadas para albergar máquinas de ascensor en instalaciones sin cuarto de máquinas para una multinacional.

Bancadas para albergar máquinas de ascensor en instalaciones sin cuarto de máquinas

El reto que se nos planteaba, a parte de la cantidad y variedad de las mismas en cuanto a carga, velocidades, disposición y desvíos (1:1, 2:1 y 4:1), residía en cumplir con las altas expectativas que había depositado el cliente en nosotros, tanto por la calidad del producto final esperado como por los plazos exigidos. En el presente artículo se va a exponer el proceso llevado a cabo para realizar dicho diseño con todas las garantías, aunque nos centraremos en una sola bancada para simplificar este escrito y no aburrir al sufrido lector.

En concreto, nos vamos a basar en un ejemplo real de bancada para una instalación con desvío de 4:1 realizado por nuestro apreciado cliente.

Explicaremos de qué datos partíamos, cuál fue el proceso de diseño que seguimos, qué tipo de cálculos estructurales llevamos a cabo para asegurar que el diseño cumplía con las exigencias, cómo delineamos los planos de fabricación y concluiremos con el proceso de manual de montaje, imprescindible para facilitar la labor a los operarios que llevarán a cabo la instalación de los ascensores.

Espero que notéis que cuando diseñamos un producto en Ingeniería SAMAT, siempre tenemos en cuenta y en la mente a todos las personas que van a estar relacionadas con dicho producto: fabricantes, montadores, transportistas, etc. Todos se merecen que se piense en ellos cuando se diseña un producto, eso es valor para todos ellos. Eso es Ingeniería.

Datos de partida

Normalmente, en un diseño de este tipo, se parte de los datos que aparecen en el plano de replanteo; de hecho, ¡no decidimos su posición! Nos basamos en el layout que el equipo de ingenieros y proyectistas haya decidido de antemano como la mejor opción para ese tipo de instalación. Los datos más importantes y necesarios para el diseño son los siguientes, hay más, pero los ahorramos por no ser cansinos:

  • Posición de los apoyos al forjado, ¡tenemos que apoyar la bancada en lugar seguro!
  • Dimensiones del hueco, ¡tiene que caber lo que ideemos!
  • Posición de la máquina tractora tanto en planta como en altura. ¡Este es un valor General, porque manda mucho!
  • Posición del limitador de velocidad de cabina. ¡Este no tanto, pero hay que respetarlo igualmente!
  • Posición del punto fijo del contrapeso y cabina.
  • Altura libre entre los apoyos y el techo del hueco (huida).

Además, en una instalación de tiro indirecto 4:1, como el caso que nos ocupa, serán necesarios algunos datos adicionales, como son las posiciones y diámetros de las poleas de desvío y reenvío. Vamos, que nos han dado un mecano con las posiciones de determinadas piezas predeterminadas, con cotas fijas y tenemos que “meter” algo entre medio para que soporte todas las solicitaciones del ascensor: os recuerdo que todo el peso del ascensor recae sobre este elemento, así que, ¡pocas bromas!

Proceso de diseño

Revisión de los datos iniciales

En primer lugar, se deben revisar todos los datos de partida, ya que muchas veces puede existir alguna incoherencia o algún dato que pueda albergar dudas en cuanto a su interpretación. En este caso, estaba todo perfectamente acotado, situado y no hubo ningún problema en este sentido. A continuación, se muestran unas imágenes en planta y en alzado de los planos de replanteo de los que se extrae la información comentada. Algún avezado lector se preguntará que cómo es que la bancada ya está representada si no se ha diseñado. Es verdad. Pero solo es eso, una representación, ¡algo tenía que poner el proyectista en el plano! La experiencia es de mucha ayuda en estos casos para situar algún modelo que sea similar a lo que finalmente se desarrollará.

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FOTO: Plano de replanteo-vista en alzado.

Definición del modelado principal de la bancada

Una vez extraída la información del plano de replanteo, es necesario trasladar toda esta información al modelado 3D que nos va a servir, primero de apoyo para ubicar los componentes principales y después diseñar las bancadas o elementos soporte. En nuestro caso, utilizamos siempre el software 3D estándar del mercado: SolidWorks. Por varias razones: porque somos expertos en su manejo, porque es un estándar en el sector del ascensor, porque es muy intuitivo para realizar conjuntos soldados y modelado de piezas de chapa y porque si después vamos a automatizar el diseño, tenemos la herramienta adecuada para hacerlo, DriveWorks.

Sobre este último punto, os invito que visitéis nuestro canal de Youtube (y de paso, os hagáis seguidores) para ver ejemplos de automatizaciones, pulsad aquí. Una vez definido el hueco vamos a ubicar los componentes principales:

  • Máquina.
  • Polea de reenvío.
  • Poleas de desvío.
  • Limitador de carga de máquina.
  • Limitador de carga de contrapeso.
  • Cables del punto fijo de la cabina.
  • Cables del punto fijo del contrapeso.

SolidWorks permite varias técnicas para la colocación de todos los elementos y podemos controlar fácilmente y de forma paramétrica sus relaciones de posición entre los diversos componentes, de manera que si, dios no lo quiera, hubiera algún cambio en el replanteo original del proyecto, seríamos capaces de, sin grandes quebraderos de cabeza, reorientar y recolocar los componentes a su nueva ubicación. Para conocer más sobre este tipo de técnica altamente eficientes y productivas, por favor, adquiera el libro de SAMAT al respecto… como todavía no hemos editado ninguno, estamos a su disposición para ayudarles en estos menesteres.

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FOTO: Ubicación componentes principales-planta

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FOTO:Ubicación componentes principales-isométrico.

Modelado 3D de los elementos soporte.

Bueno, pues ya estamos en disposición de modelar los elementos soporte (bancada principal, viga de poleas de desvío…). El proceso consiste en definir correctamente los diversos componentes de la bancada, que podríamos organizar del siguiente modo:

  • Cuerpo principal de la bancada y del atado fijo
  • Los apoyos de dicho cuerpo principal la máquina y de los puntos fijos de cabina y contrapeso.
  • Los apoyos de la polea de desvío y de reenvío
  • Placas de suportación de componentes

Una vez definidos los apoyos de los componentes principales, se debe dar consistencia a las vigas soporte para que el conjunto tenga la rigidez suficiente. Será necesario predimensionar los perfiles principales y añadir las cartelas o refuerzos que sean necesarios; para ello, es imprescindible hacer un precálculo previo, aunque sin mucha definición, para saber cuánta inercia vamos a necesitar para que la bancada no se nos doble como un palillo.

Qué deberemos tener en cuenta desde el punto de vista de la logística. A ver, no podemos diseñar como “nos dé la real gana”, hay unos aspectos que debemos tener presentes, ¡PorElAmorDeDios!:

  • La forma de fabricación:
    • Si el cliente prefiere perfiles en caliente o chapa plegada. En este caso, poca opción teníamos
    • Si le gusta soldar o solo quiere uniones atornilladas.
  • Los coeficientes de seguridad que el cliente tiene por norma aplicar.
  • Diseñar de forma que el transporte, elevación e instalación sean lo más cómodos posible para los operarios.
  • En el caso de la instalación, el cliente es muy exigente y nos solicitó que todos los apoyos tuvieran regulación en… ¡los tres ejes! ¡Casi nada!

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FOTO: Modelado 3D de los elementos soporte

Cálculo estructural.

Con el modelado 3D finalizado ya estamos en disposición de verificar que el prediseño realizado es capaz de soportar los esfuerzos en los diferentes casos de carga considerados. Los principales casos de carga que solemos considerar son los siguientes:

  • Cabina cargada
  • Cabina descargada
  • Caso dinámico de golpe de contrapeso en el acuñamiento del paracaídas

La herramienta que utilizamos para el cálculo estructural es el paquete SpaceClaim + ANSYS Workbench, que nos permite una simplificación o idealización de la geometría muy rápida y nos ofrece la posibilidad de realizar muchos tipos de análisis diferentes.

Los resultados más significativos obtenidos son los siguientes:

  • Deformaciones (flechas)
  • Tensiones máximas (von Mises)
  • Reacciones en los apoyos
  • Coeficientes de seguridad frente al límite elástico

Una vez realizado el análisis, se añaden las modificaciones pertinentes o se corrigen los espesores en las zonas en las que no se cumplan los requisitos de coeficientes de seguridad mínimos. Este es un proceso que debería ser iterativo, pero por nuestra experiencia lo solemos desarrollar en muy poco tiempo.

¡Ojo! Este tipo de cálculos son complejos y es necesario un profesional para llevarlos a cabo. (No entro en detalle sobre otro tipo de cálculos dinámicos, modales, de aislamiento, etc. por no alargarnos demasiado).

Finalización del modelo 3D y elaboración de los planos. Se trasladan al prediseño 3D las modificaciones necesarias detectadas en el cálculo estructural y de esta forma se finaliza o congela dicho diseño. Con el diseño congelado, ya estamos en disposición de elaborar los planos de fabricación de las piezas y de los planos de montaje de los diferentes subconjuntos.

En los planos incluimos siempre la siguiente información:

  • Vistas principales, vistas seccionadas y de detalle necesarias
  • Cotas principales con tolerancias en el caso de que sea necesario
  • Acabados superficiales
  • Anotaciones de soldadura
  • Plano de conjunto con la lista de materiales en los componentes soldados
  • DXFs necesarios para enviar al corte por laser u oxicorte de todas las chapas

A menudo, se trata el plano como el resultado final y no se le tiene en mucha consideración. Nosotros estamos en contra de esta idea y le damos mucha importancia porque:

Te ayuda a observar detalles que quizás no te hubieras percatado

Unos planos de calidad sirven para que cualquier fabricante pueda realizar su trabajo y obtener un acabado tal y como exige el cliente. A menudo vemos planos sin detalles de soldaduras marcadas, errores en los cajetines, incongruencias en las listas de materiales, etc. Todo ello puede conllevar a errores en la fabricación, que suelen ser costosos si no se detectan a tiempo

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FOTO: Ejemplo de un plano

Manuales de montaje.

Esta parte también tiene su importancia. Una vez finalizados los planos, se generan unos manuales de montaje para facilitar el trabajo en obra a los montadores. El aspecto de una parte del manual de montaje puede ser el siguiente:

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FOTO: Vista explosionada

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FOTO: Tipo de uniones

En fin, esto es todo. Es difícil resumir este proceso en unas pocas líneas, pero al menos hemos mostrado los principales pasos. Espero os haya gustado y que hayáis podido obtener alguna idea para vuestro trabajo. Gracias por vuestra atención.

Autores: José Antonio Miguel es ingeniero industrial, responsable de proyectos. David Sánchez es ingeniero industrial y responsable de SAMAT.

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