Britlift: ¿Por qué la fuerza en un cabestrillo en ángulo es mayor?

Por qué la fuerza en un cabestrillo en ángulo es mayor ha sido una pregunta que me han hecho varias veces. Como resultado, y después de una ausencia demasiado larga debido a una temporada navideña muy ocupada en Britlift, finalmente volvemos con un nuevo artículo. Estoy muy agradecido por los comentarios y respuestas que recibo con respecto a estos artículos, que a menudo me dan ideas para nuevos artículos. Hoy responderé una pregunta que recibí después de uno de mis artículos anteriores.

Como siempre, intentaré explicar las respuestas a estas preguntas utilizando terminología común y presentando las explicaciones de una manera que espero sea accesible para todos. Este no es un artículo escrito específicamente para ingenieros de diseño y, como tal, he evitado deliberadamente el lenguaje técnico.

Esta vez estamos viendo una pregunta que recibí de una conexión de LinkedIn:

Conocía las reglas generales de aparejo para tener en cuenta las eslingas en ángulo, pero buscaba una explicación que no solo le dijera cómo, sino también por qué.

Expresé su pregunta como el problema a continuación e incluí un diagrama para aclarar las cosas:

Para entender este problema, primero miremos un lado de la carga. Eche un vistazo a la siguiente sección del diagrama de la figura 1.

En la figura 2, se muestra una eslinga de cable conectada a un punto de elevación (o orejeta) mediante un grillete. La eslinga está conectada en un ángulo de 50 grados. La flecha azul muestra la tracción del dispositivo de elevación y las flechas naranjas muestran las fuerzas resultantes en la carga.

Las magnitudes (tamaños) de las fuerzas representadas por las flechas naranjas dependen de la fuerza representada por la flecha azul (la fuerza de tracción sobre la eslinga). Son los componentes horizontal y vertical de la flecha azul y cuanto más fuerte sea el tirón del cabestrillo, mayores serán ambas fuerzas.

A menos que se resistan las flechas naranjas (fuerzas que pasan hacia la carga), la carga se moverá en esa dirección.

Consideremos primero la flecha naranja vertical, esta fuerza quiere tirar de la carga hacia arriba y levantarla del suelo. Obviamente, la resistencia a esta fuerza es la gravedad que actúa sobre la masa de la carga misma. Si la tracción de la eslinga es suficiente, la fuerza vertical será igual a la fuerza opuesta creada por la gravedad y la masa de la carga, y la carga se elevará en el aire.

La fuerza en la flecha naranja horizontal se crea porque la conexión de la eslinga se realizó en un ángulo, en este caso de 50 grados. Cuanto más se acerque este ángulo a 0 grados, mayor será la fuerza en esta flecha. Al igual que la flecha vertical, se debe resistir esta fuerza o se producirá movimiento.

Veamos el diagrama completo con la inclusión de algunas flechas de fuerza más.

Ahora, en el diagrama completo (figura 3), podemos ver que la fuerza representada por la flecha naranja horizontal es resistida por la misma fuerza creada en el otro extremo de la carga. El equilibrio de estas fuerzas es crucial para la estabilidad de la carga cuando está en el aire.

Para este ejemplo, supongamos que el centro de gravedad (CoG) es central y las fuerzas horizontales son iguales, esto significa que no debería ocurrir ningún movimiento horizontal. Aunque la carga ahora es horizontalmente estable, la carga misma ahora está siendo empujada desde cada extremo y, por lo tanto, está comprimida (una fuerza aplastante). Muchas cargas tendrán suficiente resistencia para soportar esta compresión, pero otras no; aquí es donde tradicionalmente se usaría una viga separadora o una viga de elevación.

Como la figura 2 representa solo una de las dos orejetas que se muestran en la figura 3, la fuerza vertical será igual a la mitad de la masa total de la carga: 10/2 = 5 toneladas (la división del peso es 50/50 porque el CoG fue especificado como central).

Para que se levante la carga, la flecha naranja vertical debe ser de al menos 5 toneladas, debido a que la flecha azul es responsable de ambas flechas naranjas, la fuerza en la eslinga (flecha azul) siempre será superior a 5 toneladas.

Entonces sabemos que la fuerza en la eslinga es más de 5 toneladas, pero ¿es más de 6,5 toneladas (la capacidad del grillete y la eslinga mencionada en la pregunta)?

Para calcular la fuerza en los aparejadores de eslingas suelen utilizar un método factorial mediante el cual multiplican la fuerza por un número determinado que depende del ángulo de la eslinga. En realidad, esto es una simplificación del mismo método que utilizan los ingenieros de montaje (trigonometría).

¿Recuerdas el pecado, el porque y el bronceado? La trigonometría, que es algo que la mayoría de nosotros aprendimos a los 13 o 14 años, los ingenieros la utilizan todos los días para resolver problemas como este. Es comprensible que la mayoría de los adultos no recuerden cómo hacer estos cálculos (¡y no quieran hacerlo!), pero afortunadamente hay otra manera de responder la pregunta.

La trigonometría es una rama de las matemáticas que cubre los triángulos y las relaciones entre sus longitudes y ángulos. Lo creas o no, el problema que tenemos en la pregunta se puede resolver dibujando un triángulo. Esto se debe a que la relación entre el tamaño de la fuerza vertical, la fuerza horizontal y la fuerza en ángulo (flechas naranja y azul en la figura 3) es la misma que la relación entre las longitudes de los lados de un triángulo rectángulo.

Observa el triángulo dibujado en la figura 4.

En la figura 4, el lado A es representativo de la fuerza vertical (flecha naranja vertical en la figura 2), el lado B es representativo de la fuerza horizontal (flecha naranja horizontal en la figura 2) y el lado C es representativo de la fuerza en ángulo en la eslinga ( flecha azul en la figura 2).

Usando la cuadrícula en el fondo de la figura 4, puede ver que el lado A tiene 5 cuadrados de largo, esto representa las 5 toneladas de fuerza vertical. El ángulo de 50° en la parte inferior derecha del triángulo es el mismo que el ángulo de 50° del cabestrillo en la figura 2.

El ángulo entre las flechas naranjas (fuerzas horizontales y verticales) será de 90° y como todos los ángulos de un triángulo suman 180°, el ángulo final entre los lados C y A es de 40°. Estos ángulos junto con la longitud del lado A permiten dibujar el triángulo completo.

Para dibujar este triángulo, primero dibujé el lado A con una longitud de 5 y luego saqué los lados B y C de cada extremo del lado A hasta que se encontraron.

Ahora que el triángulo está completo, se puede medir la longitud del lado C; la longitud de este lado es la fuerza en la honda en ángulo (flecha azul) de la figura 2.

Si escalaras el diagrama de la figura 4 usando la cuadrícula y verificaras la longitud del lado C, encontrarías que la longitud del lado C es 6,527. Esto significa que la fuerza en la eslinga en ángulo es de 6,527 toneladas, por lo que para responder a la pregunta: No, un grillete (o eslinga) de 6,5 t no sería adecuado para este levantamiento porque la carga en ángulo es mayor que 6,5 toneladas.

Aunque esto responde a la pregunta, todavía hay más información que el triángulo puede darnos. El lado B es representativo de la fuerza horizontal, que es la fuerza de compresión en la carga. El lado B mide 4,1955, lo cual se puede verificar aproximadamente contando los cuadrados de la cuadrícula en la figura 4. Esta fuerza en sí misma no crea compresión en la carga por sí sola, necesitamos una fuerza opuesta. Las fuerzas que pasan por la otra orejeta en este ejemplo crean una fuerza opuesta igual, lo que significa que hay 4,1955 toneladas de compresión en la carga. Un error común aquí es suponer que la compresión se duplica porque hay una fuerza en ambos extremos, lo cual no es el caso.

Calcular la compresión de esta manera es importante para los ingenieros estructurales cuando verifican la seguridad de una carga que se va a levantar, así como para los ingenieros de aparejos que diseñan equipos de elevación como una viga separadora.

Hay otros métodos para calcular la longitud de los lados de los triángulos que, una vez que estás familiarizado con las matemáticas, son mucho más rápidos que dibujar un triángulo cada vez, pero los principios siguen siendo los mismos.

Espero que este artículo haya sido de su interés, si tiene alguna pregunta o cualquier cosa que crea que puede agregar a este artículo, deje un comentario a continuación, envíeme un correo electrónico a [email protected] o envíeme un mensaje en Linkedin.

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Antonio Culshaw

Anthony es actualmente el director técnico de Britlift (www.britlift.com), diseñadores y fabricantes de vigas de elevación, vigas separadoras y marcos personalizados debajo de los ganchos. Es ex miembro del Comité Técnico de LEEA y ha hablado en conferencias de elevación en todo el mundo sobre el tema de los equipos de elevación debajo del gancho. Para obtener más información sobre Britlift y sus capacidades de diseño y fabricación, visite www.britlift.com.