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Libros y software recomendados sobre desarrollos en calderería - Artículo escrito por Ricardo López

Desde muy antiguo el cálculo de desarrollos en calderería ocupó gran parte del tiempo de los jefes de taller e incluso en la oficina técnica, si dicho desarrollo contaba con cierta complejidad. Generalmente cuando se trataba de realizar una reducción concéntrica (tronco de cono) se realizaba de forma más o menos rápida, pero cuando se trataba de reducciones excéntricas ya se necesitaban ciertos conocimientos en geometría y dibujo técnico, siendo muy recomendable conocimientos de trigonometría, geometría analítica, algebra, etc.

Desde los años 70 y 80 e incluso antes, se publicaron numerosos libros relacionados con el trazado de los desarrollos en caldereria y planchisteria, que trataban desde el desarrollo de las piezas y formas más básicas, injertos en tuberías, transformaciones, hasta figuras más complejas como es el desarrollo de formas poliédricas cilíndricas y cónicas. Libros que por supuesto ya se unían al ya archiconocido "Máquinas. Cálculos de taller" de A. L. Casillas. Nada más y nada menos que ¡ 40 ediciones publicadas !

Entre todas estas publicaciones, quisiera hoy destacar una de ellas, que sin duda es una de las más recientes que he encontrado y leído. Se trata del libro de Emilio Díaz Díaz "Tratado de trazados y desarrollos de Calderería" de Editorial Marcombo. Un muy buen libro que recomiendo a todos aquellos que comienzan a estudiar los desarrollos en calderería. Como su título indica, no solo se trata el tema de dichos desarrollos de gran cantidad de figuras en calderería (algunos tan complejos como el "injerto de zapato" que el autor lo presenta como "Trazado y desarrollo de la intersección de un codo con un cilindro - tubería- de igual o distinto diámetro"), sino también trata el tema de los trazados y desarrollos de piezas curvadas en chapas, perfiles, tubos y por supuesto el tema de las piezas plegadas en chapa -muy interesante para los operarios que empiezan con la plegadora-.

El libro comienza con una exposición a modo de refresco de los conocimientos básicos de dibujo geométrico, geometría y trigonometría, para despues adentrarse en el mundo del trazado de los desarrollos en principio más sencillos y comunes, intersecciones e injertos, chapa que vaya a ser plegada como ya hemos dicho, para terminar con bifurcaciones, pantalones, creación de cuerpos especiales como son las tolvas, etc.

El último capítulo del libro se dedica a los desarrollos de calderería pero obtenidos mediante cálculo y no mediante el dibujo, es decir, mediante el empleo de matemáticas y geometría analítica, que es en lo que basan sus algoritmos la mayoría de los programas informáticos actuales para realizar el trazado de los desarrollos. Esta desde mi punto de vista de ingeniero es la parte más interesante y la que hecho en falta más profundidad, pero es lógico que no se profundice más en ella, ya que el libro no trata expresamente de ello y la publicación está más enfocada como libro de cabecera para técnicos superiores de formación profesional, en las ramas de calderería y estructura metálica que como libro de carreras universitarias de ingeniería, aunque eso sí vuelvo a recomendarlo también para todo tipo de ingenieros del sector.

Si deseamos profundizar más en los trazados de desarrollos de caldereria obtenidos mediante cálculo (empleando las matemáticas y la geometría analítica) es interesante estas otras 2 publicaciones de José Umbert Ibañez: Trazal. Trazado de calderería por cálculo y el libro de prácticas, ambas de Editorial Bellisco. Además al primer libro acompaña un CD-ROM con varias hojas de cálculo interesantes donde se desarrolla este método "Trazal".

Como hemos comentado la mayoría de los programas informáticos actuales para realizar el trazado de los desarrollos, emplea algoritmos de cálculo basados en la geometría analítica y las matemáticas, y es que, esto cobró especial relevancia a partir de la década de los 90, con la aparición de los ordenadores personales de cierta potencia a precios más económicos, que empezaron a instaurarse en las oficinas técnicas de los talleres de calderería, que también llevó a la aparición de varios programas informáticos destinados al sistema operativo Windows en sus diferentes versiones, y que realizaban el cálculo y dibujado en pantalla de todo tipo de trazados de desarrollos de calderería.

Hoy en día, existen multitud de estas herramientas informáticas, algunas funcionan como un software independiente y otras se ejecútan a modo de plugin dentro del conocidísimo AutoCAD en sus diferentes versiones. Son potentes aplicaciones especializadas en el cálculo y dibujo de todo tipo de desarrollos de calderería (algunos cuentan con más de 200 piezas) que pueden ser desplegadas para ser imprimidas directamente por la impresora, o mejor aún por el plotter, para posteriormente recortar el desarrollo de la pieza en concreto y utilizarla como plantilla, directamente sobre la chapa en el taller. Posteriormente solo se tendrá que cortar dicha chapa y después bien plegarla en la plegadora o bien voltearla en los rodillos para soldarla y finalmente obtener la pieza deseada.

Por todo ello el empleo de cualquier publicación o manual de los antes aquí presentados, está en deshuso, ya que en la era informática actual, cualquier usuario mínimamente formado y en apenas un par de minutos puede desarrollar cualquier pieza por compleja que sea, obtener sus coordenadas de corte y su plano exportado en DXF para utilizarlo en AutoCAD o imprimirlo, así como las diferentes vistas de dicha pieza en 3 dimensiones.

Algunos de los programas más interesantes que he podido estudiar se presentan aquí:

  • Plate´n´Sheet de RLCAD.- Su distribuidor oficial en España y los países de habla hispana es Sicam Software para para fabricación por lo que está traducido al castellano desde la web de su distribuidor.

 

  • Litio 3D.- Es un clásico plugin que trabaja bajo AutoCAD, practicamente desde la versión AutoCAD 2000, programado por el ingeniero mecánico de origen argentino Juan Mario L. Puedes ver su web aquí.

 

  • Caldsoft.- Desde brasil y como no podría ser de otra manera aparece este clásico software de calderería en 3D, que ya no solo ofrece la posibilidad de realizar trazados y desarrollos, sino todo tipo de intersecciones, transiciones y revoluciones con su nuevo módulo Flex. Tamibén disponible en castellano, más info en su web.

Luego existen otros programas más avanzados como es el caso de "Autopol", pero que no están tan encaminados al desarrollo de todo tipo de piezas de calderería, ya que aunque incluye algunas piezas para hallar el desarrollo rápidamente, están más enfocados al tema del despliegue de piezas de chapa muy complejas e incluso con errores de geometría que el propio programa corrige sobre la marcha.

Sin duda el programa "Autopol" es una auténtica gozada, además se aprende a manejarlo en una sola tarde. Cuando decimos en una sola tarde, nos queremos referir realmente a un par de horas y con la visualización de varios vídeos lo que hace que su manejo sea todavía más intuitívo y sencillo. Esto lo comento porque he leído en muchas ocasiones que otros programas relacionados con el diseño mecánico en 3D y que también puedan realizar el desplegado de chapa (como por ejemplo SolidWorks y su módulo de chapa metálica, por nombrar uno), se dice de ellos que son "muy sencillos de manejar" y enseguida se obtienen resultados. Debo decir desde mi punto de vista que esto no es cierto, ya que SolidWorks es un programa mucho más complejo, con una cantidad de opciones infinitas y muchos módulos, que cuando se maneja por primera vez (que seguramente será el módulo pieza) se puede ver todo muy sencillo -no lo dudo-. Pero cuando la cosa se complica y se necesita realizar un proyecto real que es donde se ve la utilidad de este tipo de software, como por ejemplo, el diseño de un equipo mecánico completo (aquí es donde entra en juego el módulo ensamblaje, el diseño ascendente y descendente, las relaciones de posición y por supuesto las tablas de diseño paramétrico -que es a lo que realmente le encuentro sentido en este tipo de software de 3D-) ya su manejo no es nada sencillo y se vuelve todo farragoso, para lo cual es necesario una brillante organización y control de todas y cada una de las piezas en el "gestor de diseño", y espera porque todavía faltará meterese ahora con el módulo plano, sin nombrar otros tantos módulos más que contiene Solidworks, como el de chapa metálica (que es lo que nos ocupa en este artículo), estructuras y piezas soldadas, toolbox, etc., pero esto es otra historia, o mejor dicho, otro artículo...

Espero con este breve artículo haberte aportado algo de luz, en el fascinante mundo de los desarrollos y trazados de calderería, su evolución a lo largo de los años y el estado actual de esta materia indispensable del mundo metal-mecánico.

Evidentemente todos los programas informáticos que hemos nombrado son de pago (algunos cuentan con versiones demo por si se desean probar), puedes visitar sus webs y ver precios y comparativas, aunque existen por internet numerosas hojas de cálculo en excel, que realizan pequeños cálculos de conos truncados (reducciones concéntricas y excéntricas), tolvas, transiciones, etc., la única pega es que no se obtiene el dibujo o plantilla (ya que estamos hablando de excel) para poder imprimir, sino una serie de puntos que posteriomente se pueden trasladar a AutoCAD para que sea dibujado.

También existe algún programa gratuíto (freeware o shareware) de diseño y trazado de calderería en 3D que resulta bastante interesante, como por ejemplo el Cone v. 1.3, que permite realizar el desarrollo de cualquier tronco de cono (reducción excéntrica o concéntrica) y con diferentes inclinaciones de planos de corte y que permite visualizar la pieza en 3D, visualizar su desarrollo y además exportarlo en formato "dxf" para abrirlo posteriormente en AutoCAD. Solo es para una pieza (un tronco de cono), pero como dicen "a caballo regalado, no le mires el diente". Lo puedes descargar pulsando aquí, que lo disfrutes.

Nos leémos en el próximo post...

Carga térmicas en silos - Artículo escrito por Ricardo López

Existen diversos métodos para considerar las cargas térmicas en silos, las cuales son muy importantes tenerlas en cuenta. Los métodos son los siguientes:

 

 

  • Método de Andersen.- Enunciado en 1966 y recogido en el libro: "Silos" de Brown y Nielsen y cuyas últimas edicones datan de 2005

Estos tres, son métodos clásicos con los que hace años se calculaban dichas cargas térmicas, aunque en ocasiones ni siquera eran tenidas en cuenta dichas cargas, siendo despreciadas por el técnico.

Con la evolución de la informática y la posible aplicación de métodos de cálculo numérico como es el caso del Método de los Elementos Finitos a través de programas especializados, dichos métodos de cálculo de cargas térmicas han evolucionado, presentandose en la última edición de la norma más actualizada hasta el momento, en cuanto a cálculo de acciones en estructuras y más concretamente de silos y depósitos un método de cálculo para este tipo de cargas.

Estamos hablando de la norma EN 1991-4 que pasó de ser experimental para convertise en la norma española UNE-EN 1991-4, parte del Eurocódigo 1: Acciones en estructuras, que en su parte 4, está dedicada a silos y depósitos. Su última edición publicada en España por AENOR, data de Diciembre de 2011. Por ello queremos incidir en que es la norma más moderna y fiable de las existente hasta el momento (elaborada por el CEN -Comité Europeo de Normalización) y que agrupa todos los conocimientos, ensayos y pruebas realizadas en otras normas ya vetustas, con otros ensayos, pruebas y funciones, obtenidas tras la aplicación de métodos de cálculo numérico como es el caso del Método de los Elementos Finitos, conformado un todo. Lo cual viene a completar y ocupar ese hueco que existía en el cálculo de cargas térmicas en las ediciones anteriores de la norma. Podemos por tanto afirmar con rotundidad que ahora no es absolutamente necesario aplicar métodos de cálculo (M.E.F.) mediante costosos programas informáticos (muchas veces inaccesibles para cualquier técnico, que aborde cálculos puntuales de este tipo de estructuras especiales) -eso sí, siempre y cuando no nos encontremos en la clase de evaluación de acciones 3, es decir, "CEA 3"-, en la cual sí se hace necesario el cálculo mediante M.E.F., según recoge la norma (veremos dicha clasificación en próximos post).

Aunque el Eurocódigo nos dice claramente que las acciones térmicas se deberían evaluar con la norma EN 1991-1-5, también dentro de la norma UNE-EN 1991-4, se nos propone un método válido para el cálculo de dichas acciones en silos cirulares.

Dicho método lo que hace, es hallar una presión adicional que actua en la pared vertical del silo cuando ésta se enfria respecto al sólido, tomando valores diferentes a cada altura o profundidad del silo y hallando su máximo valor en el punto de mayor profundidad, ya que es función de la tensión vertical en la base de la sección de dicha pared vertical.

Uno de los algoritmos que estoy realizando y que está incluído en el desarrollo del software que desde ingeniería de aguas lanzaremos, para el diseño y cálculo de silos, también tiene en cuenta el cálculo de esta presión adicional, hallando así mismo, el parámetro de diferencial de temperatura, el cual es necesario para calcular esta presión adicional por cargas térmicas. Este diferencial de temperaturas se halla según el procedimiento expuesto en CTE DB SE-AE, de aplicación en España y basando también en el Eurocódigo. En las siguientes imágenes se puede observar este cálculo:


Entraremos a analizar tanto la clasificación de evaluación de acciones (CEA), como el procedimiento de cálculo de cargas térmicas propuesto por el Eurocódigo y el diferencial de temperaturas según el CTE en el próximo post...

 

 

 

 

 

 

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