Un diferencial es el elemento mecánico que permite compensar las diferencias en la velocidad de giro de las ruedas exteriores e interiores de un vehículo, según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro. Permite, por tanto, la transmisión de par a distintas revoluciones a ambas ruedas simultáneamente. Sus inventores fueron los chinos, que hace ya 3.000 años ya utilizaban un mecanismo diferencial en sus carros. Gracias al diferencial la conducción es más predecible, los neumáticos se gastan menos y no hay tensiones extra en chasis y ejes, así que, en definitiva, tenemos una conducción más segura.
El diferencial consta de engranajes dispuestos en forma de «U» en el eje. Cuando ambas ruedas recorren el mismo camino, por ir el vehículo en línea recta, el engranaje se mantiene en situación neutra. Sin embargo, en una curva los engranajes se desplazan ligeramente, compensando con ello las diferentes velocidades de giro de las ruedas.
Os paso a continuación varios vídeos explicativos sobre este elemento (algunos en inglés). Espero que os sean útiles.
Referencias:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.
Turbocompresor (corte longitudinal). En rojo, estátor de fundición y rotor de la turbina. En azul estátor de aluminio y rotor del compresor. Wikipedia
La incorporación de la sobrealimentación a los motores de combustión interna permite aumentar su potencia sin necesidad de aumentar sus dimensiones. Esta sobrealimentación puede aumentar la potencia hasta en un 40 % en comparación con un motor igual no sobrealimentado. La solución pasa por incrementar el volumen de aire que accede a la cámara de combustión en motores atmosféricos. Los turbocompresores son, por tanto, turbomáquinas que comprimen el aire y están compuestos por una turbina solidaria a un eje que impulsa el compresor de aire de admisión en su otro extremo. Este motor funciona con la energía que normalmente se pierde en los gases de escape. Se pueden clasificar en turbocompresores de geometría fija o variable. La mejora de los materiales ha hecho posible la instalación de estos sistemas de sobrealimentación. Cuanto mayor sea la eficiencia adiabática, mejor será el rendimiento final del sistema.
Los turbos de geometría variable disponen de un sistema de aletas o álabes que, dependiendo de la presión de los gases de escape, se sitúan en una u otra posición para aumentar la velocidad del flujo que debe pasar a través de la turbina y mantenerla girando a su velocidad óptima a cualquier régimen del motor.
En los motores diésel, el turbocompresor está más difundido debido a que un motor diésel trabaja con exceso de aire al no tener mariposa, lo que significa que, a igual cilindrada unitaria e igual régimen motor (rpm), entra mucho más aire en un cilindro diésel.
Turbo de geometría variable. Fuente: http://www.motorpasion.com/
A continuación os dejo un vídeo explicativo que explica el funcionamiento de esta máquina.
En el siguiente vídeo de la universidad de La Laguna se explica el funcionamiento de un sistema turbocompresor.
En este vídeo se explica el turbo de geometría variable.
Referencias:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.
Estoy convencido de que la experiencia nos ha enseñado mucho sobre el uso del hormigón en obra. Sin embargo, parafraseando el título de una famosa película de Woody Allen, os paso a continuación una serie de tuits que puse para mis alumnos durante varios días sobre algunos consejos prácticos relacionados con la fabricación y puesta en obra del hormigón. Estoy convencido de que muchos de los temas que traté los conocéis muy bien. Pero otras veces no estoy tan convencido, ya que vemos cómo en la práctica se olvidan muchas de las cosas ya sabidas en la teoría. La idea de recoger toda la información en esta entrada es para tenerla reunida y que no se pierda. Si os gustan, podéis difundirlos.
Cada litro de agua de amasado añadido de más a un m3 de hormigón equivale a robar 2 kg de cemento pic.twitter.com/ZPSVdY46tH
En las estructuras de edificación resulta interesante emplear forjados de losas planas por las ventajas funcionales, constructivas y económicas que presentan. Dentro de las soluciones de techo plano, los forjados reticulares con casetones recuperables de aligeramiento o bien perdidos de hormigón o poliestireno. Estos forjados tienen cada vez mayor presencia en el mercado como consecuencia de su adaptabilidad a geometrías en planta irregulares o complicadas, la facilidad que permiten en su replanteo de las perforaciones requeridas por las cada vez más numerosas instalaciones y su versatilidad para adecuarse a las exigencias de resistencia a fuego.
Un forjado reticular es un tipo de forjado constituido por una cápsula de nervios de hormigón armado, de pequeña anchura y a corta distancia unos de otros. Este sistema permite suprimir las vigas, macizando únicamente las zonas cercanas a los apoyos, dichos macizados son denominados capiteles y son los encargados de recibir las cargas del forjado y distribuirlas por los pilares.
Los casetones resisten el peso de los operarios. Sin embargo, representan una dificultad en cuanto a la circulación durante el proceso de puesta en obra de las armaduras y durante los trabajos de hormigonado.
Para garantizar que se ha realizado un buen montaje de este tipo de encofrado, hay que revisar una serie de puntos clave antes del hormigonado:
Verticalidad de los puntales. Ello garantizará que los puntales trabajen a compresión, tal y como se diseñaron.
La palanca del puntal debe estar hacia abajo, de esta forma se garantiza la máxima fricción entre las planchuelas y la caña del puntal, impidiendo que la caña descienda.
El encofrado debe arriostrarse a todos los pilares para evitar desplazamientos horizontales.
Refuerzo del apuntalamiento en las áreas macizadas.
Os paso el siguiente vídeo (www.cefaestructures.com) que explica la construcción forjado reticular mixto con pilares metálicos.
También os paso un vídeo de la Universidad de Alicante donde se puede ver el proceso constructivo detalle pilar extremo sobre muro de contención y enlace en forjado reticular para la asignatura de Construcción de Estructuras I.
También os paso el vídeo de Enrique Alario sobre el montaje de este tipo de forjado reticular de casetones recuperables.
Motor Wankel en el Deutsches Museum en Múnich (Alemania). Wikipedia
Dentro de la asignatura «Procedimientos de Construcción» siempre existe una parte del temario relacionada con los motores y la maquinaria empleada en las obras públicas. De hecho, esta asignatura procede de la que en los años cuarenta se denominaba «Maquinaria y Medios Auxiliares de Obra», impartida por aquellos años por el ingeniero alcoyano D. José Juan-Aracil Segura. Os paso a continuación un apunte sobre motores.
Dentro de los motores de combustión interna rotativos, el motor Wankel, cuya patente data de 1936, se diferencia enormemente de los motores convencionales. Este motor tiene un 40 por ciento menos de piezas y la mitad de volumen y peso de un motor comparable a pistones. Es de diseño simple, en vez de un pistón, de un cilindro y de válvulas mecánicas, un rotor triangular que gira alrededor del excéntrico, hay muy poca vibración y no hay problemas con la disipación de calor, los puntos calientes, o la detonación, que son consideraciones en el motor convencional del intercambio.
En la figura puede observarse el funcionamiento en cuatro fases: (1) admisión de la mezcla, (2) compresión, (3) encendido (por chispa), explosión y expansión y (4) escape. Todas las fases ocurren de forma simultánea.
Motor Wankel
Las ventajas teóricas de estos motores frente a los alternativos son las siguientes:
Su distribución uniforme, regular y ausente de fuerzas alternativas facilita un diseño más equilibrado.
Su volumen es menor, así como su relación peso/potencia.
Ausencia de espacios muertos.
Inexistencia de válvulas y menor número de piezas, lo que contribuye a su simplicidad constructiva.
Funcionamiento continuo, dando un empuje constante, lo que teóricamente va asociado a un rendimiento más alto.
Sin embargo también se pueden anotar algunos inconvenientes que hacen que su empleo sea más bien escaso:
Problemas de estanqueidad, para no perturbar las fases del ciclo.
Dificultad de conseguir una eficaz refrigeración.
Gradientes elevados de temperatura de la zona caliente de explosión y escape (más de 1000ºC) respecto a las otras (unos 150ºC).
Baja eficacia en el uso del combustible y necesidad de estar perfectamente sincronizado.
Os dejo una explicación del motor rotativo (en inglés, así practicáis). Espero que os guste.
Aquí podéis ver el motor rotativo del Mazda RX8.
Referencias:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J. (2012). Maquinaria auxiliar y equipos de elevación. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 200 pp.
La estructura metálica es un ejemplo de construcción prefabricada, en la que se fabrican en el taller diferentes piezas que luego se unen y se ensamblan en obra mediante tornillos o soldaduras. El montaje de estructuras metálicas es una de las actividades más importantes del sector de la construcción.
Los montadores de estructuras metálicas dedican el 90 % de su jornada laboral a los montajes exteriores y el tiempo restante a desplazamientos al lugar de trabajo y/o a la recogida del material en el almacén de la empresa a la que pertenecen. Sus principales operaciones consisten en realizar trabajos de soldadura en altura y en ensamblajes de estructuras metálicas, como vigas y pilares, en la construcción de naves industriales y similares.
Como ocurre en otros sectores, la construcción de estructuras metálicas trae consigo algunos riesgos para las personas que participan en ella, que, de ser contrarrestados con algunas medidas preventivas, ayudarán a evitar cualquier tipo de accidente.
Línea de vida. https://gravitat.com/que-es-una-linea-de-vida-y-cuando-debe-usarse/
Los riesgos de mayor relevancia que pueden presentarse durante el desarrollo de estas labores constructivas son:
Caída de personas desde alturas.
Caídas de objetos por desplomes de piezas.
Proyección de partículas en los ojos, quemaduras, golpes y contusiones.
Cortes en las manos.
Radiaciones en operaciones de soldadura.
Contactos con líneas eléctricas en tensión próximas.
Os dejo un vídeo explicativo sobre las medidas de seguridad a considerar en este tipo de trabajos.
En este otro vídeo podemos ver el montaje de una estructura metálica.
Resumen: Las pequeñas y medianas empresas constructoras se caracterizan por estructuras organizativas muy enfocadas en el control. Como consecuencia de ello, los empleados se centran en las actividades del día a día, con poco tiempo o motivación para generar ideas creativas. Normalmente, las mejoras tecnológicas en estas empresas surgen como resultado de la resolución de los problemas que surgen el la propia obra. Sin embargo, esta situación está cambiando. Algunas administraciones públicas españolas ya consideran la innovación como un valor añadido a la hora de adjudicar una obra; por tanto, las grandes empresas han visto rentable sistematizar sus esfuerzos en innovación. Esta actitud también está afectando a las pequeñas y medianas empresas, que empiezan a modificar su actitud hacia la innovación para mantener la competitividad. La implantación de un sistema de mejora de la innovación y de gestión del conocimiento puede ser la solución para superar esta desventaja. En el presente artículo se analiza la implantación de un sistema de gestión de la innovación realizada por una empresa constructora de tamaño medio durante un periodo de 9 años. El sistema se basa en un conjunto de procesos orientados a generar proyectos de innovación que permitan al contratista documentar la innovación, no sólo con fines internos relacionados con la gestión del conocimiento, sino también para conseguir objetivos externos asociados con la obtención de mejores resultados en las adjudicaciones públicas. Estos procesos son los siguientes: (1) vigilancia tecnológica, (2) creatividad, (3) planificación y ejecución de proyectos de innovación, (4) transferencia tecnológica, y (5) protección de resultados. El último paso es la retroalimentación de todo el proceso a través de la evaluación de los resultados finales. La implantación de un sistema de innovación se asegura en una organización a través de la capacitación del personal, la participación de las partes interesadas y el fomento de la cultura de la innovación.
Palabras clave: Construcción, innovación, gestión, proceso, sistema.
Yepes, V., Pellicer, E., Alarcón, L., and Correa, C. (2015). «Creative Innovation in Spanish Construction Firms.» J. Prof. Issues Eng. Educ. Pract. , 10.1061/(ASCE)EI.1943-5541.0000251 , 04015006.
Una curva de valor es una forma de representar gráficamente la dinámica competitiva del mercado actual, pero no centrándose en datos como la cuota de mercado o posición relativa, sino en la percepción del valor que aporta cada player desde el punto de vista del cliente. W. Cham Kim y René Mauborgne definen un nuevo concepto: competir en nichos de mercado en los que no hay competencia (los llamados océanos azules), a través de la modificación de la curva de valor de la empresa. La pregunta clave consiste en ¿cómo abrir y capturar un océano azul de espacio sin competencia en el mercado?
La curva de valor es una herramienta que nos permite una propuesta realmente innovadora y diferenciadora. Nos ayuda a aumentar el valor del producto para que sea atractivo para los clientes.
Esta curva se compone de dos ejes:
El eje horizontal refleja la gama de variables en las cuales invierte la industria y alrededor de las cuales gira la competencia. Responde a la pregunta ¿qué aspectos valora el cliente?
En el eje vertical se refleja el nivel de lo que se ofrece a los compradores en lo relacionado con todas las variables clave de la competencia. Una puntuación elevada significa que una compañía ofrece más a los compradores y, por consiguiente, invierte más en la variable en cuestión. Responde a la pregunta, ¿qué nivel de valor obtiene de cada competidor?
Os dejo un Polimedia donde el profesor Jordi Joan Mauri Castelló nos explica este concepto. Espero que os sea útil.
Aerogenerador de Unión Fenosa en la provincia de León (España). Wikipedia
La demanda de energía renovable a nivel mundial se incrementa con la conciencia medioambiental. La energía eólica es una energía renovable que se está implantando fuertemente a nivel mundial. Se estima que la energía contenida en los vientos es aproximadamente el 2% del total de la energía solar que alcanza la tierra, lo que supone casi dos billones de toneladas equivalentes de petróleo al año (200 veces mayor de la que consumen todos los países del planeta), aunque en la práctica solamente podría ser utilizada una parte muy pequeña de esa cifra, por su aleatoriedad y dispersión, del orden del 5%. Según “The World Wind Energy Association”, la capacidad mundial eólica instalada alcanzó un nivel sin precedentes de más de 318 GW a finales de 2013, de los cuales aproximadamente 35 GW se añadieron en 2013, el nivel más alto registrado hasta la fecha. La energía eólica contribuye en cerca de un 4% en satisfacer la demanda de energía eléctrica mundial. Un total de 103 países están utilizando este tipo de energía desde el punto de vista comercial y se espera que la capacidad de generación de energía eólica pueda aumentar hasta 700 GW en el horizonte del año 2020. En España, la contribución de la eólica a la demanda eléctrica en el año 2010 representó el 16% del total y su objetivo es aumentar ese porcentaje en un futuro. Una sola turbina puede abastecer de electricidad a 500 hogares. Recientemente Huang y McElroy (2015) han realizado una revisión de las perspectivas de este tipo de energía en relación al cambio climático.
El aerogenerador se compone de tres partes: torre, rotor y álabes. En el generador eléctrico es donde se transforma el movimiento mecánico del rotor en energía eléctrica. Suele ser un generador asíncrono o de inducción, con una potencia máxima entre 500 y 1500 kW. Están diseñados generalmente para rendir al máximo a velocidades alrededor de 15 m/s. En el caso de vientos más fuertes es necesario gastar parte del exceso de la energía del viento para evitar daños en el aerogenerador. En consecuencia todos los aerogeneradores están diseñados con algún tipo de control de potencia. Los componentes de un aerogenerador están diseñados para durar 20 años. Esto significa que tendrán que resistir más de 120.000 horas de funcionamiento, a menudo bajo condiciones climáticas adversas (Gálvez, 2005). Respecto a las torres eólicas, se distinguen las “onshore”, instaladas en tierra, normalmente en grandes llanos o zonas elevadas y las “offshore”, cuya localización es dentro del mar, en zonas próximas a la costa.
http://e-ducativa.catedu.es
Los aerogeneradores operan bajo regímenes de carga muy exigentes (Burton et al., 2001), cuyos efectos podrían reducir la integridad estructural y provocar costes de mantenimiento y reparación inaceptables. Rebelo et al (2014) abordan el estudio comparativo de la influencia del aumento de altura en el diseño estructural y los resultados de diferentes soluciones estructurales de un aerogenerador. Sus conclusiones indican que el uso de secciones tubulares de acero y conexiones de brida son adecuadas para torres de hasta 80 m, mientras que las conexiones de fricción son mejores para torres más altas. En cuanto a las torres de hormigón, dejan de ser competitivas por encima de los 100 m de altura, especialmente debido a las dimensiones necesarias de la cimentación ante el riesgo sísmico, que pueden incrementar el volumen de hormigón en los cimientos hasta un 75 %. Sin embargo, según refiere Lofty (2012), la prefabricación de la torre con hormigón es muy interesante a partir de los 75 m de altura. La fuerza vertical que actúa sobre la cimentación se debe fundamentalmente al peso propio de la torre, la góndola y las palas del rotor, así como a la fuerza vertical provocada por el viento. Sin embargo, las fuerzas horizontales provocadas por el viento son preponderantes y generan un gran momento flector en la base debido a la gran altura de la torre. La torre suele ser prefabricada, con forma troncocónica, y se conecta a la cimentación a través de una interfaz que suele ser un tubo de acero de grandes dimensiones insertado en el hormigón de la cimentación, aunque existen múltiples variantes en estos conectores.
http://www.inproin.com
Una de las partes fundamentales de un aerogenerador es la forma en que la torre se sujeta al terreno. La selección del tipo de cimiento dependerá fundamentalmente de la ubicación del aerogenerador y las condiciones del terreno. Según la European Wind Energy Association (2013), la cimentación supone aproximadamente el 6,5% del coste total para proyectos onshore y el 34% para proyectos offshore, lo que justifica una optimización de este tipo de estructuras (Horgan, 2013). Hoy en día, construimos la mayoría de las turbinas eólicas en tierra en suelos firmes y rígidos, pero probablemente las futuras torres eólicas se construirán sobre suelos con propiedades menos favorables. El cálculo de la cimentación depende de las cargas producidas por el rotor eólico en diferentes condiciones de operación, por esto la tecnología del aerogenerador juega un papel fundamental. La forma más habitual de cimentar un aerogenerador es una zapata de hormigón (Hassanzadeh, 2012). Tal y como indica Svensson (2010), las cimentaciones sobre losas de hormigón podrían dejar de ser adecuadas, pues grandes dimensiones provocan asientos diferenciales inaceptables. La altura de las torres puede variar mucho, entre 40 y 130 m. Cuanta más alta sea la torre, mayor velocidad de viento, y por tanto, mayor generación de energía.
Las torres de aerogeneradores se localizan en áreas con buenas condiciones de viento, pero que en numerosas ocasiones se encuentran en terrenos inhóspitos o con malas condiciones de acceso, lo que dificulta la ejecución de las cimentaciones de estas estructuras. Para anclar estas torres normalmente se utilizan los métodos: cimentaciones o zapatas que sujetan la estructura al terreno mediante gravedad, o bien mediante anclajes realizados sobre terrenos competentes. El objetivo es garantizar la estabilidad de la estructura y asegurar una transmisión de cargas al terreno con la intensidad adecuada para que este no colapse. En ocasiones, los terrenos no permiten dicho anclaje, por lo que es habitual el uso de zapatas masivas de hormigón armado. No obstante, las geometrías empleadas en planta son muy diversas. Se utilizan soluciones con planta poligonal, circular e incluso cruciforme, siendo esta última un caso muy aislado. Herrando (2012) ha comprobado que, para un aerogenerador de 100 m de altura y 3,5 MW de potencia, la cimentación superficial con geometría en planta circular es la que mejores resultados ofrece a nivel estructural y económico.
Cimentación prefabricada para torre eólica de la empresa Artepref. Fuente: Diario de Burgos
Las ventajas de la prefabricación son evidentes, ya que incluso se reduce la cantidad de material necesario respecto a cimentaciones ejecutadas in situ. La prefabricación reduce los problemas derivados del hormigonado in situ de grandes volúmenes, que no solo generan problemas importantes cuando los accesos se encuentran alejados de las plantas de fabricación de hormigón, sino que también incrementan considerablemente el calor de hidratación en el fraguado del hormigón y pueden reducir el número de días de trabajo efectivo si se producen temperaturas extremas. Además, teniendo en cuenta que la vida útil de un aerogenerador puede ser de entre 20 y 25 años, la prefabricación facilita la fase de desmantelamiento de las instalaciones. En el mercado se han generado cimentaciones alternativas en las que una parte o la totalidad de la cimentación se realiza con piezas prefabricadas. Así, algunas patentes europeas y americanas, como, por ejemplo, DK200100030 (2001) y WO2004101898A2 (2004), han desarrollado soluciones de cimentación prefabricadas para pequeñas instalaciones, aunque no está claro que se hayan construido realmente (Nilsson, 2012). Empresas como Gestamp Hybrid Towers ofrecen diseños de cimentaciones prefabricadas para torres en forma de T invertida que pretenden combinar eficiencia y ductilidad. La empresa burgalesa ARTEPREF patentó también una cimentación prefabricada para este tipo de torres. Además, estas soluciones suelen unir las piezas prefabricadas con hormigón fresco. Por tanto, el elemento clave en el diseño de este tipo de cimentaciones es la forma en que se resuelven las juntas para convertir las piezas en un conjunto monolítico y también la conexión o «brida» de la torre con la cimentación (Hassanzadeh, 2012). Bellmer (2010) advierte que gran parte de los problemas de durabilidad de los aerogeneradores se deben a un mal diseño de la cimentación. Currie et al (2013) presentan una solución para monitorizar las cimentaciones de estas torres. Eneland y Mallberg (2013) advierten de la gran dificultad que existe a la hora de diseñar un método de cálculo para las juntas de las piezas prefabricadas de este tipo de cimentaciones. Asimismo, una de las claves es poder justificar la viabilidad económica de los elementos frente a las cimentaciones ejecutadas in situ.
Referencias:
BURTON, T.; SHARPE, S.; JENKINS, N.; BOSSANYI, E. (2001). Wind Energy Handbook. Wiley, Chichester, UK, pp. 211–219.
BELLMER, H. (2010). Probleme im Bereich Stahlturm – Fundament, 3rd Technical Conference – Towers and Foundations for Wind Energy Converters, HAUS DER TECHNIK, Essen, Germany.
CURRIE, M.; SAAFI, M.; TACHTATZIS, C.; QUALI, F. (2013). Structural health monitoring for wind turbine foundations. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Paper 1200008.
DK200100030 (2001). Stjernefundament med elementer til foundering af tårne. Patent
ENELAND, E.; MALLBERG, L. (2013). Prefabricated foundation for wind power plants. A conceptual design study. Thesis in the Master’s Programme Structural Engineering and Building Technology, Chalmers University of Technology, Sweden.
GÁLVEZ, R. (2005). Diseño y cálculo preliminar de la torre de un aerogenerador. Proyecto Fin de Carrera, Universidad Carlos III de Madrid, Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras.
HASSANZADEH, M. (2012). Cracks in onshore wind power foundations. Causes and consequences. Stockholm: Elforsk (Elforsk Rapport, 11.56).
HERRANDO, V. (2012). Optimización del diseño de la cimentación para un aerogenerador de gran altura. Trabajo Fin de Carrera, Universitat Politècnica de Calalunya.
HORGAN, C. (2013). Using energy payback time to optimise onshore and offshore wind turbine foundations. Renewable Energy, 53:287-298.
HUANG, J.; McELROY, M.B. (2015). A 32-year perspective on the origin of wind energy in a warming climate. Renewable Energy, 77:482-492.
LOFTY, I. (2012). Prestressed concrete wind turbine supporting system. Master’s Dissertation, University of Nebraska, USA.
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REBELO, C.; MOURA, A.; GERVÁSIO, H.; VELJKOVIC, M.; SIMOES DA SILVA, L. (2014). Comparative life cycle assessment of tubular wind towers and foundations – Part 1: Structural design. Engineering Structures, 74:283-291.
SVENSSON, H. (2010). Design of foundations for wind turbines. Master’s Dissertation, Department of Construction Sciences, Lund University, Sweden.
