Equation Chapter 1 Section 1

Proyecto Fin de Carrera

Ingeniería Aeronáutica

Modelado y recreación en CATIA V5 de la maquinaria

interna de la Grúa de Piedra de Santander

Autor: Alexandra Gerez Higuera Tutor: D. Francisco A. Valderrama Gual

Dep. Ingeniería Gráfica

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2018

2

3

Proyecto Fin de Carrera

Ingeniería Aeronáutica

Modelado y recreación en CATIA V5 de la

maquinaria interna de la Grúa de Piedra de

Santander

Autor:

Alexandra Gerez Higuera

Tutor:

D. Francisco A. Valderrama Gual Profesor titular de Universidad

Dep. Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla Sevilla, 2018

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Proyecto Fin de Carrera: Modelado y recreación en CATIA V5 de la maquinaria interna de la Grúa

de Piedra de Santander

Autor: Alexandra Gerez Higuera

Tutor: D. Francisco A. Valderrama Gual

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2018

El Secretario del Tribunal

5

A mi familia

Especialmente a ti, mi abuela Cleta

6

Agradecimientos

Me gustaría aprovechar estas líneas para mostrar mi agradecimiento a las distintas personas y

organismos que han contribuido a que este trabajo llegue a puerto.

Gracias a mi tutor D. Francisco A. Valderrama por ofrecerme el enfoque que desembocó en este

proyecto. Por la ayuda, la total disposición y las facilidades prestadas durante todo el proceso.

También me gustaría dar las gracias a la Autoridad Portuaria de Santander. Concretamente a José A.

Elices y Benito Teja por su amabilidad, por toda la información brindada y por darme el privilegio de

acceder al interior de la Grúa de Piedra.

Gracias a los amigos con los que viví esta etapa de cerca, que me han hecho crecer y que me llevo a

las siguientes.

Gracias Sandra Coleto, por hablarme aquel día en el autobús y desde entonces no dejar de hacerlo.

Gracias Borja García, por ser mi gran hermano, mi tutor y mi familia.

Gracias a mis hermanas.

A Julia, por ver en mis ojos otro color. Gracias por dar frescura a mis agobios y llenarlos de abrazos.

A Lara, por ser mi mitad y mi inspiración. Gracias por apoyarme siempre y ser el sol.

Por último, el agradecimiento más profundo a mis padres. Gracias por confiar en mí, por vuestra

paciencia infinita y vuestro esfuerzo. No siempre ha sido un camino fácil y este logro es tan mío como

vuestro.

Alexandra Gerez Higuera

Sevilla, 2018

7

Resumen

El presente estudio “Modelado y recreación en CATIA V5 de la maquinaria interna de la Grúa de

Piedra de Santander” nace con la idea de perfeccionar el uso de una herramienta en pleno auge

tecnológico y de amplia utilidad en la industria aeronáutica como es el programa de diseño asistido

por ordenador CATIA V5. En contrapunto, se propuso fusionar la modernidad de la herramienta para

modelar maquinaría industrial obsoleta en la actualidad. De ahí nació la idea de reproducir la

maquinaria interna de la Grúa de Piedra de Santander, ciudad natal de la autora, y que prevalece

situada en el mismo emplazamiento como uno de los emblemas de la ciudad y de su puerto.

El proyecto parte de una contextualización de la máquina y su adquisición por parte del Puerto de

Santander que explica la importancia que tuvo en ese momento. La labor de investigación ha sido

extensa incluyendo puntos clave como los fondos de consulta de la biblioteca Menéndez Pelayo, los

expedientes digitalizados originales cedidos por el Archivo del Puerto de Santander y todo el material

extra sobre la restauración de la grúa proporcionada por el Departamento de Mantenimiento del

Puerto de Santander. Además, gracias a este último, se produjo una visita al interior de la máquina.

Este hecho ha sido un privilegio a nivel personal y vital para el proyecto.

Se continúa desarrollando la metodología seguida para el modelado y cómo abordarla. Los tres

planos utilizados compilan mucha información, organizada en distintas capas sobre el mismo

documento. Esto junto con la falta de medidas, detalles y el método de acotado antiguo ha supuesto

un reto. La visita al interior fue fundamental ya que permitió construir una imagen espacial mucho

más clara para dar sentido a los planos. Dentro de este capítulo también hay que destacar las

decisiones de diseño tomadas y el trabajo que esto conlleva procurando establecer soluciones

coherentes con el sistema y la teoría que lo sustenta.

Tras ello, se describirá la herramienta escogida. Su procedencia y evolución, su historia y los módulos

que intervienen. Esto será el preámbulo para explicar la labor realizada en cada uno de ellos.

El proceso de diseño ha estado vinculado constantemente a la comprensión de la máquina y su

funcionamiento, buscando soluciones y ajustándolas progresivamente. Las fases de modelado y

ensamblaje se han efectuado de forma coordinada en muchos momentos ya que el diseño

preliminar de algunas piezas debía modificarse para que el ajuste entre los subconjuntos fuese

perfecto. Por último, se han conseguido reproducir los movimientos. Esta tarea se plantea como un

plus en los objetivos y hasta llegar a ella no se conoce si va a ser o no tangible. Con persistencia y

apurando los recursos ha sido posible conseguirlo realizando un ensamblaje específico para ello.

Todo lo anterior supone una evolución en el conocimiento de la herramienta que la autora considera

muy satisfactoria teniendo en cuenta el punto de partida. No obstante, aun cuando se es consciente

de que es sólo una pequeña parcela, el trabajo ha permitido vislumbrar el alcance que puede llegar

a tener este software.

8

Índice

Agradecimientos 6

Resumen 7

Índice 8

Índice de Figuras 11

1 Introducción 14

2 Estudio de la Grúa de Piedra 17

2.1 Contexto histórico 17

2.1.1 Colapso del puerto colonial y auge del tráfico minero 17

2.1.2 Explosión del Cabo Machichaco 18

2.1.3 Comienzo de la industrialización 20

2.2 Proyecto de una Grúa de vapor de 30 toneladas 21

2.2.1 Concurso de adquisición y pliego de condiciones 22

2.2.2 Informe de las licitaciones presentadas al concurso 26

2.2.3 Descripción técnica de la grúa 28

3 Metodología de diseño 36

3.1 Memoria del Proyecto original 36

3.1.1 Planos 36

3.2 Visita al interior de la Grúa de Piedra 38

3.3 Teoría de engranajes 40

3.3.1 Funcionamiento y clasificación de engranajes 40

3.3.2 Perfiles de envolvente 43

3.3.3 Nomenclatura y relaciones fundamentales 44

3.3.4 Diseño de los dientes 46

3.3.4.1 Datos de partida 47

3.3.4.2 Recomendaciones 49

3.3.4.2.1 Engranaje cilíndrico-recto 49

3.3.4.2.2 Engranaje cónico-recto 49

4 Herramientas CAD/CAM 50

4.1 Introducción al CAD/CAM 50

4.1.1 Evolución del CAD/CAM 50

4.1.2 Historia del CAD/CAM 51

4.2 CATIA V5 51

9

4.2.1 Historia de la herramienta 51

4.2.2 Módulos principales de trabajo 53

4.2.3 Justificación de su elección para el proyecto 55

5 Modelado en catia v5 56

5.1.1 Diseño de las piezas 56

5.1.2 Sistema de fundación 56

5.1.2.1 Base 56

5.1.2.2 Viga circular inferior y cremallera 58

5.1.2.3 Chapa circular superior 61

5.1.2.4 Chapa hexagonal 62

5.1.2.5 Soporte eje central 63

5.1.3 Corona de rodillos 64

5.1.3.1 Estructura principal 64

5.1.3.2 Pieza cierre corona 66

5.1.3.3 Rodillo 66

5.1.3.4 Tuerca 67

5.1.4 Cuerpo principal 68

5.1.4.1 Viguería base de la maquinaria y soportes 68

5.1.4.2 Plataforma y soportes 70

5.1.4.3 Engranajes 71

5.1.4.3.1 Cilíndricos 71

5.1.4.3.2 Cónicos 77

5.1.4.4 Tambor 80

5.1.4.5 Ejes 81

5.1.4.6 Carcasas para los ejes verticales 81

5.1.5 Cojinetes 83

5.1.5.1 Bola 83

5.1.5.2 Anillo interior 84

5.1.5.3 Anillo exterior 84

5.1.5.4 Jaula 84

5.2 Ensamblaje 85

5.2.1 Subconjuntos 85

5.2.1.1 Corona de rodillos 86

5.2.1.2 Viguería base y cojinetes 87

5.2.1.3 Plataforma y cojinetes 88

5.2.1.4 Soporte verticales y cojinetes 88

5.2.1.5 Cuerpo principal 90

5.2.1.6 Cuerpo principal y mecanismo de giro 93

10

5.2.2 Maquinaria completa 94

5.3 Simulación de movimientos 98

6 Conclusiones 100

7 Estudios futuros 101

8 Bibliografía 102

11

Índice de Figuras

Figura 1. La Grúa de piedra y el muelle de Maura en 1920 [1] 16

Figura 2. La Grúa de piedra y el muelle de Maura en 2018 [16] 16

Figura 3. Muelles del puerto de Santander [2] 18

Figura 4. Fotografía del incendio del barco de vapor Cabo Machichaco [13] 19

Figura 5. Estación de ferrocarril de la Costa de Santander [2] 20

Figura 6. La Grúa de piedra descargando una locomotora [6] 20

Figura 7. Movimiento de mercancías alrededor de la Grúa de Piedra [7] 21

Figura 8. Fotografía del Pliego de condiciones original [6] 22

Figura 9. Tabla original que resume las licitaciones presentadas a concurso [6] 26

Figura 10. Alzado general y relaciones de los engranajes de las ruedas [6] 28

Figura 11. Alzado general de la maquinaria y corona de rodillos [6] 30

Figura 12. Cortes y proyecciones horizontal y vertical de la caldera [6] 32

Figura 13. Plano detalle del contrapeso de la grúa [6] 33

Figura 14. Plano detalle del pescante de la grúa [6] 34

Figura 15. Diagrama de los esfuerzos para las condiciones de carga [6] 35

Figura 16. Planta de la maquinaria y corona de rodillos [6] 37

Figura 17. Alzado y planta de la máquina con medidas en pies y pulgadas [6] 37

Figura 18. Imagen de La Grúa de Piedra después de su restauración [8] 38

Figura 19. Fotografía de la maquinaria interior [16] 39

Figura 20. Detalle de dos de las velocidades [16] 39

Figura 21. Ley general de engrane [12] 41

Figura 22. Engranaje cilíndrico recto exterior [14] 42

Figura 23. Engranaje cilíndrico piñón-cremallera [14] 42

Figura 24. Engranaje cónico recto [14] 42

Figura 25. Propiedades 1 y 2 de los perfiles de evolvente [12] 43

Figura 26. Nomenclatura de los engranajes cilíndrico-rectos [14] 45

Figura 27. Conos primitivo y complementario [12] 45

Figura 28. Elementos característicos de un engranaje cónico [12] 46

Figura 29. Ingeniero trabajando con software CATIA [10] 52

Figura 30. Fotografía de CATIA V5 [9] 52

Figura 31. Sketch para conformar la base por revolución alrededor del eje z [16] 57

Figura 32. Base de la Grúa con el material aplicado [16] 57

12

Figura 33. Sección de la viga circular inferior [16] 58

Figura 34. Viga circular inferior y apoyo achaflanado para los rodillos [16] 59

Figura 35. Detalle de la cremallera y diente sobre la viga circular [16] 59

Figura 36. Circular Pattern para generar todos los dientes de la cremallera [16] 60

Figura 37. Chapa circular inferior junto con el apoyo para rodillos y la cremallera [16] 60

Figura 38. Sección de la chapa circular superior [16] 61

Figura 39. Chapa circular superior [16] 61

Figura 40. Imagen de la viga circular superior en la que se aprecian las chapas hexagonales [6] 62

Figura 41. Chapa circular hexagonal [16] 62

Figura 42. Detalle de la pieza de unión del soporte [16] 63

Figura 43. Soporte del eje central de la grúa [16 63

Figura 44. Fotografía de la pieza central de la corona de rodillos [6] 64

Figura 45. Pieza central de la corona modelada [16] 65

Figura 46. Estructura principal de la corona de rodillos [16] 66

Figura 47. Detalle de la rosca en el final de la barra [16] 66

Figura 48. Rodillo [16] 67

Figura 49. Tuerca para el cierre de las barras [16] 67

Figura 50. Vigas longitudinales de sección I [16] 68

Figura 51. Detalle de la pieza central de la viguería [16] 69

Figura 52. Viguería base y soportes [16] 69

Figura 53. Plataforma y soportes principales [16] 70

Figura 54. Plataforma y soportes completos [16] 71

Figura 55. Sketch modelo de los engranajes cilíndricos [16] 72

Figura 56. Sketch del engranaje A [16] 73

Figura 57. Sketch del engranaje F [16] 73

Figura 58. Generación del número de dientes Z [16] 74

Figura 59. Engranaje A [16] 75

Figura 60. Engranaje B [16] 75

Figura 61. Engranaje D [16] 75

Figura 62. Engranaje X [16] 76

Figura 63. Detalle del Multi-Pocket sobre el engranaje B [16] 76

Figura 64. Sketches de partida superpuestos [16] 77

Figura 65. Variante de los Sketches modelo superpuestos [16] 77

Figura 66. Detalle del Skecth del diente [16] 78

Figura 67. Detalle del comando Multi-Sections Solid [16] 78

Figura 68. Engranaje I&J [16] 79

Figura 69. Engranaje V [16] 79

Figura 70. Tambor [16] 80

13

Figura 71. Eje de los engranajes A, E y G [16] 81

Figura 72.. Eje de los engranajes S y V [16] 81

Figura 73. Soporte del eje vertical OP [16] 82

Figura 74. Soporte del eje vertical KL [16 82

Figura 75. Detalle del cojinete del eje IC sin anillo exterior [16] 84

Figura 76. Cojinete del eje IC completo [16] 85

Figura 77. Montaje de los rodillos en la corona [16] 86

Figura 78. Detalle del montaje de la corona de rodillos [16] 86

Figura 79. Corona de rodillos completa [16] 87

Figura 80. Detalle de los cojinetes situados en la viguería base [16] 87

Figura 81. Chapa base con cojinetes [16] 88

Figura 82. Soporte KL con cojinete [16] 88

Figura 83. Soporte VW con cojinete [16] 89

Figura 84. Soporte OPX con cojinetes [16] 89

Figura 85. Base del cuerpo principal ensamblado [16] 90

Figura 86. Detalle del comando de análisis Clash [16] 90

Figura 87. Montaje de las primeras líneas de la máquina [16] 91

Figura 88. Parte trasera de la maquinaria ensamblada [16] 91

Figura 89. Parte delantera de la maquinaria ensamblada [16] 92

Figura 90. Cuerpo principal ensamblado [16] 92

Figura 91. Cuerpo principal y mecanismo de giro [16] 93

Figura 92. Detalle del ensamblaje del sistema de fundación [16] 94

Figura 93. Parte del ensamblado del sistema de fundación [16] 95

Figura 94. Ensamblado completo del sistema de fundación de la grúa [16] 95

Figura 95. Maquinaria interna de la Grúa de Piedra [16] 96

Figura 96. Maquinaria de la Grúa de Piedra renderizada [16] 97

Figura 97. Fotografía de la Grúa de Piedra original [8] 97

Figura 98. Detalle del comando Simulation con varios mecanismos [16] 98

14

1 INTRODUCCIÓN

n apenas 40 años, la expresión gráfica ha visto ampliados sus mecanismos. El uso del lápiz y el

papel sin dejar de ser indispensable arrastra consigo ciertos lastres en cuestión de eficiencia.

Cuando se precisa algún cambio, es necesario borrar y dibujar de nuevo. Si el cambio es

importante, se repite el dibujo por completo y si afecta a otros documentos debe buscarse en cada

uno de ellos y corregirlos.

El diseño asistido por ordenador ha modificado este método de trabajo, mejorando la forma en que

se llevan a cabo las tareas de diseño. Esta disciplina es un requisito indispensable para la industria

actual que se enfrenta a la necesidad de mejorar la calidad, disminuir los costes y acortar los tiempos

de diseño y producción.

CATIA V5 (computer-aided three dimensional interactive application) es un programa informático

de diseño 3D, fabricación e ingeniería asistida por ordenador realizado por Dassault Systèmes.

Resulta de gran utilidad en la industria aeronáutica, lo que hace aún más interesante perfeccionar

su uso y capacidades.

Dada la presencia de CATIA V5 en la vida ingenieril contemporánea y a sugerencia del tutor de este

proyecto, resultó tentador desempolvar maquinaria extinguida y predecesora de lo que se conoce

hoy en día. Natural de ciudad portuaria y con un sentimiento absolutamente ligado al mar, fue

inevitable ahondar en la ingeniería del puerto. Es entonces cuando la Grúa de Piedra, conocida por

todo el que pasea por la bahía y habita en la ciudad de Santander, tomó una nueva perspectiva.

La idea de dar vida digital a nuestro patrimonio histórico industrial supone también un aliciente.

Actualizar lo que hoy es visto como un monumento y símbolo de la ciudad. Plasmar de forma directa

y visual los conjuntos de piezas y su interacción como forma de entender lo que nos rodea, la historia

de nuestra evolución.

Por ello, se decidió realizar un estudio de la información disponible sobre la grúa. A partir de los

archivos datados a finales del S. XIX y principios del S. XX cedidos por la Autoridad Portuaria de

Santander y de una visita excepcional al interior de la máquina, inaccesible habitualmente al público,

se puso en marcha el proyecto que se presenta a continuación.

Los objetivos tienen dos vertientes estrechamente relacionadas durante todo el proceso:

Por un lado, adquirir una comprensión más profunda sobre la metodología de diseño y ensamblaje

de piezas en CATIA V5 para representar de manera fehaciente y óptima la estructura que conforma

la grúa y sus movimientos.

E

15

Por otro lado, para modelar es preciso analizar cada pieza de la máquina de manera individual y a

modo conjunto. Debe desentrañarse el funcionamiento cuando aún se accionaba a vapor.

Dado que la memoria original no excede de información, se precisa un trabajo exhaustivo sobre el

material de la época para extrapolar ideas con las partes aún visibles, que, aunque modificadas o

deterioradas, permiten darle forma en el espacio y mejorar su comprensión.

Durante este proceso se viajará en el tiempo para entender la importancia que tuvo la adquisición

de una grúa de vapor de 30 toneladas para el comercio en el Puerto de Santander.

Finalmente, se pretende tener un archivo digital de todas las piezas que permiten el izado del cable

y la rotación de la grúa. Y que este reproduzca sus conexiones y movimientos a simple, doble o triple

velocidad.

16

Figura 1. La Grúa de piedra y el muelle de Maura en 1920 [1]

Figura 2. La Grúa de piedra y el muelle de Maura en 2018 [16]

17

2 ESTUDIO DE LA GRÚA DE PIEDRA

2.1 Contexto histórico

En el tránsito del S. XIX al S. XX Santander experimenta cambios importantes en su orientación

económica. Inicia un nuevo rumbo como consecuencia de la crisis del comercio colonial, del

desarrollo de las actividades industriales y del impulso de los negocios relacionados con el ocio.

A la interrelación de estos factores y el crecimiento demográfico se añaden los problemas

urbanísticos y las propuestas para dirigir y ordenar el desarrollo de la ciudad.

2.1.1 Colapso del puerto colonial y auge del tráfico minero

A partir de 1860 y especialmente desde 1880, comenzaron a manifestarse signos de declive en el

comercio colonial.

Gracias a una serie de medidas promovidas por la administración borbónica, esta actividad convirtió

al Puerto de Santander en uno de los centros comerciales marítimos de primer orden nacional e

internacional desde mediados del S. XVIII y durante todo el S.XIX. Se constituyó en eje fundamental

del transporte de las harinas de Castilla hacia las colonias españolas en América. Simultáneamente,

era centro receptor y distribuidor de los productos coloniales, tanto para la Península Ibérica como

para los países del norte de Europa.

La ruina de la línea de ferrocarril con Alar del Rey en 1874 y la pérdida de las colonias americanas en

1898 suponen la liquidación definitiva del modelo sobre el que se había sustentado la actividad

portuaria.

A pesar de estas circunstancias, este periodo de tiempo tuvo una gran relevancia en la adaptación

del Puerto a las exigencias de los nuevos tiempos.

Santander encontró rápidamente relevo al comercio colonial en el tráfico de minerales. En efecto,

desde finales de los años 80 del S. XIX y hasta comienzo de los años 20 de S. XX, el Puerto vivió una

etapa caracterizada por el protagonismo de este tipo de tráfico que, surgido de la pujante actividad

minera que se desarrollaba en el entorno de la bahía, repercutirá de forma significativa en las cifras

de tráfico portuario.

18

Figura 3. Muelles del puerto de Santander [2]

2.1.2 Explosión del Cabo Machichaco

El 3 de noviembre de 1893, las autoridades locales recibieron la noticia de que se había declarado

un incendio a bordo del barco de vapor Cabo Machichaco que estaba atracado en el muelle saliente

número 2 de Maliaño.

Fue adquirido por la Compañía Ybarra para el servicio de cabotaje entre Bilbao y Sevilla, con escala

primera en el puerto de Santander. Entre otras mercancías, como harina y material siderúrgico, el

barco transportaba varios garrafones de ácido sulfúrico en cubierta y algo más de 51 toneladas de

dinamita, de la cual no se había dado parte o fue omitida por las autoridades portuarias. Según el

reglamento del puerto de Santander, cualquier barco que transportase dinamita debía realizar sus

operaciones de carga y descarga en el fondeadero de la Magdalena o al final de los muelles de

Maliaño.

El incendio se produjo cuando una de las bombonas de vidrio, llena de ácido sulfúrico, explotó en

cubierta y no tardó en propagarse a la proa. Se intentó apagar con los medios disponibles del barco,

de los bomberos y los del gánguil de la Junta del Puerto. La mayoría de las autoridades locales y

técnicos se involucraron en el incendio para tratar de sofocarlo. El fuego atrajo también a multitud

de curiosos ajenos a lo que había en la bodega.

A las cuatro de la tarde, con el incendio todavía presente, se supo el contenido de la embarcación. A

pesar de ello, el público no fue retirado de la zona por las autoridades.

19

Una hora después, las dos bodegas de proa estallaron. La onda expansiva se propagó por toda la

bahía. Algunos edificios cercanos se derrumbaron y cientos de fragmentos de hierro salieron

disparados a varios kilómetros de distancia.

El resultado de la explosión fue de 590 muertos y 525 heridos, algunas fuentes citan unos 2.000

heridos de diversa consideración. Estas cifras son aún más desgarradoras si se considera que a finales

del siglo XIX había censadas en Santander unos 50.000 habitantes.

Fallecieron la mayor parte de las autoridades civiles y militares de Santander, incluido el gobernador

civil Somoza, además de bomberos, trabajadores y curiosos que se habían acercado para observar

cómo ardía el barco.

El barco pasó a formar parte de la historia de Santander y de España como la mayor tragedia de

carácter civil ocurrida en el siglo XIX.

Además del evidente desastre

humano, las infraestructuras

cercanas al lugar de la explosión

se vieron dañadas por la onda

expansiva. Alrededor de sesenta

edificios quedaron destruidos.

El fuego quemó numerosas

viviendas y alumbró durante

toda la noche la búsqueda de

restos humanos.

Figura 4. Fotografía del incendio del barco de vapor Cabo Machichaco [13]

Durante los meses siguientes, se intentó recuperar la dinamita hundida en la bahía, volviendo a

protagonizar otra tragedia. El 21 de marzo de 1894 se produjo una explosión como consecuencia de

estas labores y murieron quince operarios.

En definitiva, Santander tuvo que recuperarse de un desastre sin precedentes. Como se apunta en

el epígrafe anterior, la provincia venía sufriendo una crisis desde 1875 con la prohibición de las

exportaciones de trigo y harina al extranjero, agudizada por la quiebra del comercio con las colonias

americanas. Sumado a esto, el desastre del Cabo Machichaco ocurrió en un momento delicado para

la ciudad.

A pesar de ello, la recuperación económica y social fue progresiva. En 1898 surgió el Monte de

Piedad, y el Banco Mercantil (1907), además de compañías navieras, como es el caso de Navegación

Montañesa.

20

2.1.3 Comienzo de la industrialización

Santander se incorpora a la sociedad

industrial desde el impulso de la

actividad comercial, vinculada al puerto

y a las modernas comunicaciones.

Se invierten los capitales repatriados de

las colonias generando una serie de

fábricas en el municipio santanderino.

Ya pueden observarse los primeros

esbozos de la trama industrial.

Figura 5. Estación de ferrocarril de la Costa de Santander [2]

Se produce un incremento y diversificación de la sociedad. El nivel de la población obrera era bajo,

con escaso poder adquisitivo y altas cifras de analfabetismo. A causa de ello, las agrupaciones

obreras se vieron obligadas a organizarse en sus reivindicaciones, sobre todo a partir del desarrollo

industrial. La sociedad reclama un proyecto de ordenación para la periferia inmediata, que genere

suelo para edificar, que regule la altura de la edificación de acuerdo con las necesidades de

salubridad y que resuelva con miras de futuro el viario, en su trazado y anchura, respondiendo a su

vez a las necesidades de la industria existente.

Desaparecidos el tráfico harinero, los correos coloniales, el trasiego de soldados a ultramar y la flota

de vela son los grandes vapores de pasaje, de altas bordas e imponentes chimeneas, los barcos de

mineral y el gran cabotaje europeo quienes continuarán dando vida al renovado Viejo Puerto.

A finales del siglo XIX el puerto de

Santander tenía un importante tráfico de

mercancías y la actividad en los muelles

era frenética, con barcos cargando y

descargando, trenes y carros

transportando mercancías, etc.

Sin embargo, debido a la poca capacidad

de carga de las grúas del puerto (las más

potentes sólo podían cargar hasta 8

toneladas) los barcos con cargas muy

pesadas tenían que ir a otros puertos

cercanos, como el de Bilbao.

Figura 6. La Grúa de piedra descargando una locomotora [6]

21

2.2 Proyecto de una Grúa de vapor de 30 toneladas

En 1892 el material de uso en el puerto según la Nueva Guía de Santander y la Montaña era el

siguiente:

“Una grúa Priestman de 12 caballos y ocho toneladas de fuerza montada sobre vía, dos grúas

excavadoras montadas sobre flotadores, una auxiliar de dos toneladas para extracción de piedra y

lodo y otra de cuatro para el mismo fin. Había, además, una gabarra con una grúa de una tonelada y

media.”

Se comprende entonces la repercusión y necesidad de instalar una nueva “Grúa Titán”, nombre

usado en el argot portuario para denominar a la grúa más potente, la que podía mover más peso.

Figura 7. Movimiento de mercancías alrededor de la Grúa de Piedra [7]

22

2.2.1 Concurso de adquisición y pliego de condiciones

La Junta de obras del Puerto de Santander publica el 3 de Julio de 1896 en el Boletín oficial de la

provincia de Santander y 13 días después en la Gaceta de Madrid el concurso público para la

adjudicación de las obras de construcción, suministro y montaje de una grúa de vapor de 30

toneladas de potencia, para el servicio del Puerto de Santander.

La grúa se situará en el muelle del embarcadero o muelle de la Monja, número 2 de la línea de

encauzamiento de la costa Norte de la bahía.

El documento contiene el pliego de condiciones facultativas y económicas que habían de cumplir los

licitadores al presentar sus propuestas.

Figura 8. Fotografía del Pliego de condiciones original [6]

Consta de 17 artículos que se detallan a continuación:

1º. La grúa estará aislada o simplemente apoyada sobre un macizo de fábrica con superficie

aprovechable para el montaje de la plataforma de 6,5 por 6,5 m. No se admitirá al concurso

proyectos que empotren hierros en la fábrica a más de un metro de profundidad.

2º. Tendrá una potencia de 30 toneladas y se probará a 40. El radio de acción será de 11 m. y

la altura del pescante mayor o igual que 12 m. sobre la plataforma de instalación. Girará en

sentido directo e inverso sobre la corona de rodillos. El cable tendrá longitud suficiente para

elevar bultos desde una cota de 23 m. bajo la polea del pescante.

23

3º. Tendrá un motor de vapor instalado sobre la plataforma con todos los accesorios.

4º. El guindaste tendrá los juegos de engranaje necesarios para elevar las cargas con tres

velocidades diferentes para cargas de 30, 20 y 10 toneladas respectivamente. La velocidad

mínima, es decir, la correspondiente a 30 t no será inferior a 1 m/min. El giro se verificará

también con dos velocidades distintas, siendo la más pequeña mayor o igual que 0,25

vueltas/min. Los constructores están autorizados para mejorar estas condiciones.

5º. El aparato de suspensión estará formado por un juego de poleas de acero apoyadas sobre

cojinetes de bronce en la parte superior del pescante y otro juego volante de poleas para

varios ramales. El cable será de alambre de acero fundido de la mejor calidad y mayor

resistencia existente. Se dispondrá el aparato con manómetro indicador de los pesos que

excedan de cuatro toneladas. El tambor tendrá dimensión suficiente para que se arrolle el

cable sin que se superpongan dos vueltas. La sección del cable, el gancho de suspensión y

los ejes y armaduras de las poleas, estarán calculados como si el cable hubiera de levantar

60 toneladas de peso. Las casas concurrentes podrán incluir reformas o mejoras en la

seguridad del aparato de suspensión.

6º. Los frenos estarán dispuestos de modo que aseguren contra todo peligro de escape o de

descenso rápido y que pueda detenerse el movimiento en cualquier instante sin peligro

para el manejo y conservación de la máquina.

7º. El cajón para el contrapeso se instalará sobre la plataforma giratoria de modo que la grúa

guarde estabilidad, esté cargada o descargada. El constructor sólo fabricará el cajón,

quedando a cargo de la Junta del Puerto la adquisición del lingote necesario para el

contrapeso.

8º. Se harán las pruebas de verificación después de que esté la grúa completamente instalada.

Serán de potencia, de velocidad y del movimiento de giro sobre la plataforma, estando la

grúa cargada y descargada, entendiéndose que el peso podrá detenerse en cualquier

momento de la carrera, lo mismo al izar que al arriar.

La grúa se probará con una carga de 40 toneladas, pero el cable podrá probarse aparte con

arreglo a lo dispuesto en el artículo 5º.

Estas pruebas se ejecutarán por cuenta y riesgo de la casa constructora, la cual exhibirá

además un certificado de haber hecho pruebas análogas en sus talleres, con resultado

satisfactorio.

24

9º. La casa constructora de la grúa queda encargada del montaje sobre la plataforma de

fábrica, cuya construcción ejecutará la Junta de Obras del Puerto. A los 30 días de realizar

la adjudicación, la casa constructora entregará al Ingeniero-Director de las Obras del Puerto

un plano acotado en escala 1:10 dibujando detalladamente la forma y disposición de las

dos últimas hiladas de fábrica que sirven de coronación al macizo y de inmediato apoyo a

la grúa. La Junta de Obras del Puerto construirá estas dos hiladas y la casa constructora,

antes de proceder al montaje, expedirá un certificado de que las dos hiladas se han

construido con arreglo al proyecto. O en caso contrario, observará las reparaciones que

deban ejecutarse. Si alguno de los mampuestos o sillares no debiera colocarse hasta

después de haber colocado alguno de los hierros que sujeten la placa inferior de la grúa,

podrá extenderse el certificado, como en cualquier otro caso ahora no previsto, después de

haber empezado el montaje, pero siempre antes de proceder a las pruebas de la grúa.

10º. Instalada la grúa y hechas las pruebas, se levantará acta de recepción provisional, quedando

la casa constructora obligada a reparar por su cuenta cualquier desperfecto que ocurriese

por vicio notorio del material durante los seis primeros meses de uso, contados desde la

fecha del acta. Y a reparar las piezas de la grúa que no reuniesen las condiciones de solidez

o de aplicación necesarias al objeto que estén destinadas. Todos los gastos de personal y

material de estas operaciones serán abonados por la casa constructora. Si durante los seis

meses primeros funcionase la grúa con regularidad, se recibirá definitivamente,

levantándose acta final.

11º. Las propuestas que se presenten vendrán acompañadas de los planos detallados y cálculos

justificativos de las principales piezas de la máquina. Se expresarán detenidamente los

coeficientes de resistencia de los materiales, muy especialmente cuanto se refiere a la

elasticidad, alargamiento y rotura del alambre y el cable. Al proyecto se acompañará, para

conocimiento de la Administración, un cálculo de estabilidad, demostrando que, en todas

las hipótesis de carga y descarga, la resultante de los esfuerzos pasa por el tercio central del

macizo de fábrica sobre el que ha de instalarse la grúa. La aprobación y aceptación del

proyecto no exime de responsabilidad al constructor en caso de accidente debido a error o

defecto de construcción.

La propuesta expresará la cantidad en moneda española por la que se compromete el

proponente a construir la grúa y dejarla montada en el muelle de la Monja, según las

condiciones transcritas. Se entienden incluidos en aquella cantidad todos los gastos por

fletes, seguro, descarga, derechos de Aduana, montaje, pruebas y cuanto sea necesario

para dejar la grúa completamente instalada en disposición de recibirla y entregarla al

servicio público. Si en el intervalo de tiempo que medie entre la adjudicación y la

introducción de los materiales sufriesen alteración los derechos de Aduana deberá tenerse

en cuenta para hacer al contratista el abono o la baja correspondiente.

25

12º. En el precio de la grúa se incluirá el coste de la máquina de vapor, depósitos de agua y

carbón, caseta del maquinista, cable, caja para el contrapeso, llaves de tuerca y

cualesquiera otros accesorios que deba llevar la grúa, excepto el lingote del contrapeso.

13º. Todos los materiales que entren en la construcción de la grúa serán de la mejor calidad que

se emplean en construcciones análogas y su mano de obra será los más perfecta posible.

14º. Los proponentes podrán adoptar en los planos y condiciones que presenten, las

prescripciones de detalle que crean más convenientes para los órganos diversos de las

máquinas siempre que cumplan o mejoren a juicio de la Administración las condiciones

consignadas en este pliego.

15º. Se abonará el 50% del importe de la proposición a la llegada de la grúa al Puerto de

Santander, después que sea el material reconocido y aceptado por el Ingeniero de las Obras

del Puerto; el 40% al hacer la recepción provisional, y el 10% restante al terminar el plazo

de garantía; a no ser que la grúa no pudiera recibirse definitivamente, por defectos de

construcción, a los seis meses de instalada, y en este caso no se entregará aquel remanente

hasta que la casa constructora efectúe las reparaciones necesarias.

16º. Para tomar parte del concurso se depositará una fianza de 750 pesetas en la Caja general

de Depósitos o en la Sucursal de Santander.

17º. La Administración, en vista de las propuestas que se presenten, tendrá completa libertad

de elegir la que le parezca o desecharlas todas si así lo creyese conveniente a los intereses

que representa.

26

2.2.2 Informe de las licitaciones presentadas al concurso

El 17 de septiembre de 1896 se redacta el informe de la Junta de obras del Puerto de Santander con

las licitaciones que han sido presentadas al concurso. Lo firma el ingeniero director D. Jesús Grinda.

Según consta en el acta notarial se presentaron al concurso cinco proposiciones. De ellas, fue

desechada la nº5 firmada por Don A. Carlos Wünsch en representación de la casa Fried Krupp

Grusonsverte. La Junta estimó que se separaba esencialmente de las condiciones del concurso ya

que sólo se comprometía a entregar la grúa en el Puerto de Santander sin tomar cuenta del montaje

ni de los derechos de aduana, contra lo dispuesto en los artículos n.º 8 y 11 del pliego de condiciones.

Para obviar esta dificultad, el representante de la casa Krupp completó la proposición con otra

adicional comprometiéndose a hacer el montaje y abonar por su cuenta los gastos a que se refieren

dichos artículos. Los servicios serían importados por las casas Krupp y el Sr Wünsch. Entonces,

resultarían dos contratistas en vez de uno; sería sumamente difícil deslindar responsabilidades si

llegara el caso y por tanto la Junta debía desechar esta proposición que por otra parte no se ajustaba

al plazo de tiempo exigido en el pliego de condiciones, ni acompañaba planos de detalle.

Descartada esta proposición, el informe hace referencia a las otras cuatro que según expresan se

comprometen a construir la grúa con sujeción estricta al pliego de condiciones. Se describen y

aportan argumentos que permiten atisbar los mejores y peores candidatos.

A continuación, se muestra la tabla original del documento que resume las proposiciones

presentadas.

Figura 9. Tabla original que resume las licitaciones presentadas a concurso [6]

27

Se observa que la proposición n.º 3 es la más económica no sólo en el precio de la grúa sino también

en el importe del lingote para el contrapeso que, con arreglo al art. n.º 7 del pliego de condiciones,

ha de adquirirlo la Junta por su cuenta. Además, el peso de esta grúa es de 48 toneladas y esto explica

en parte la diferencia de precio con las demás, puesto que la que menos pesa 60.

Como resumen de lo expuesto en el informe se deduce:

1. Que la proposición n.º 5 de los Sres. Krupp no fue aceptada al concurso.

2. Que las proposiciones n.º 1 y n.º 4, no se adaptan al pliego de condiciones porque no

presentan los planos de detalle que exige el art. n.º 11 y porque deben considerarse como

grúa de pivote a pesar de apoyarlas también sobre placas circulares y rodillos de antifricción.

Además, la n.º 4 no se ajusta al modelo de concurso y las dos están también muy por encima

del presupuesto aprobado, 71000 pesetas.

3. Que, de las dos proposiciones restantes, la n.º 2 tampoco presenta planos de detalle y

exceden también del presupuesto aprobado.

4. Que la única proposición que cabe dentro de aquel es la del Sr. Sheldon y Gerdtren que

importa 500 pts. menos que el presupuesto y 18500 pts. menos que la proposición más

económica de las restantes. Es la que mejor se adapta a las complejas exigencias técnicas,

económicas y legales del pliego de condiciones y del presupuesto aprobado.

Se fijan en ella con detenimiento para señalar algunos defectos y exigir su corrección al proponente

para la adjudicación definitiva.

Finalmente, la Junta propone que se acepte la licitación n.º 3 o sea la de los Sres. Sheldon y Gerdtren

haciendo la adjudicación provisional con las condiciones siguientes:

1. Que se reduzca en 75 cm la longitud de la parte del armazón móvil en que se apoya la caldera

ya que excede del semiancho del apoyo de fábrica y al giro tropezaría con los cascos de los

buques.

2. Que se disponga del mismo bastidor de modo que pueda aumentarse el contrapeso de 25

a 30 toneladas para que la parte móvil de la grúa sea estable por sí sola con la carga de

prueba.

3. Que se pregunte al proponente el aumento de precio por la modificación necesaria para

manejar a mano pesos de entre 5 y 10 toneladas y que se proponga a la superioridad la

aceptación de esta mejora.

Una vez solventados todos los requisitos, la Junta de Obras del Puerto de Santander adjudica

definitivamente la obra a los Sres. Sheldon y Gerdtren. Invierte 70.500 pesetas en la adquisición de

la “Grúa de Piedra”, o 74.820 si se cuenta el aparato de engranajes para elevar a mano cargas de

entre 5 y 10 toneladas que se incorporó fuera de las bases del concurso.

28

2.2.3 Descripción técnica de la grúa

Los detalles que se presentan a continuación están sacados de la memoria original del proyecto de

los Sres. Sheldon y Gerdtren una vez recibida la adjudicación por parte de la Junta del puerto de

Santander.

• La grúa tendrá una potencia máxima de 30 toneladas con radio de acción de 11 metros.

• Será apoyada sobre un macizo de fábrica de sillería o de hormigón. Este tiene una superficie

útil para el montaje de 6,477 m2 y una profundidad de 1 m. Por encima del macizo habrá un

anillo circular de sillería o de hormigón de una altura de 0,60 como se muestra en el plano

de la figura 10. En esta obra de fábrica se recibirán cuatro vigas de acero de sección H de

355 mm por 152 mm y de 5,486 m de largo. Para ensamblar estas vigas habrá una gran pieza

maciza de fundición, a la cual se unirán las vigas por medio de ocho pernos de sujeción de

50 mm de diámetro. Esta pieza de fundición será taladrada para recibir el eje central de

sujeción.

Figura 10. Alzado general y relaciones de los engranajes de las ruedas [6]

29

• Encima del macizo de fábrica va sujeta una viga circular de acero de sección II. Esta viga será

construida de acero de las siguientes dimensiones: los nervios de 10 mm de grueso, los

ángulos de 102 por 102 mm, por 13mm de grueso y a ella será sujeta la corona de rodillos,

acepillada. La corona será de acero, achaflanada y será de 152 mm de ancho por 38 mm de

grueso en el centro. Por encima de esta corona habrá 32 rodillos de acero que serán

torneados con exactitud a la misma inclinación que el chaflán de la corona. Estos rodillos

serán de 305 mm de diámetro al centro y retenidas en su posición por medio de 16 barras

radiales de 35 mm de diámetro. Estas barras van a una pieza giratoria que está taladrada

para girar sobre una superficie torneada de la pieza central de fundación.

• Unida a la placa superior de la viga circular habrá una cremallera circular de hierro fundido

para el movimiento rotatorio. Esta cremallera tendrá 228 dientes espaciados a 76 mm entre

centros.

• Por encima de los rodillos de acero giran dos vigas segmentales de la misma sección que la

viga circular de fundación. En la parte inferior de estas vigas segmentales va remachada una

vía de rodillos de acero, acepillada, de la misma inclinación, ancho y grueso que la corona

de rodillos inferior.

• Por encima de las vigas segmentales está colocado el cuerpo principal y giratorio de la grúa.

Este cuerpo se compone de dos vigas de acero, laterales compuestas. Los nervios son de

planchas de acero de 13 mm de grueso y los ángulos superiores e inferiores de 102 mm por

102 mm por 16mm de grueso.

Por entre estas dos vigas se fijan las vigas necesarias de hierro fundido para llevar las

máquinas y los movimientos. Además, una pieza maciza de hierro fundido en el centro para

recibir el eje central de acero. Este eje será de 191 mm de diámetro y sirve para tener el

cuerpo superior de la grúa en su posición.

• Las máquinas de vapor están construidas con dos cilindros, cada uno de 229 mm de

diámetro por 305 mm de curso.

• El guindaste o aparato de elevar de simple, doble y triple velocidad, con la combinación de

ruedas y piñones, está dibujado en el plano de la figura 11.

El aparato giratorio también será de tres velocidades y el primer movimiento está actuado

por medio de conos dobles de fricción de manera que la grúa podrá girar en cualquier

dirección sin parar las máquinas.

Además, se podrá izar, bajar y girar a mano pesos que no excedan de 10 toneladas.

30

Figura 11. Alzado general de la maquinaria y corona de rodillos [6]

• La velocidad de elevación con las máquinas dando 150 rev/min y la velocidad giratoria serán

como sigue:

Carga [Toneladas] 30 20 10

Velocidad de elevación [m/min] 2 3 6

Velocidad giratoria [rev/min] 0.25 0.375 0.75

• El tambor para el cable será de construcción muy sólida, de fundición. Tendrá 940 mm de

diámetro y será acanalado en espiral, a izquierda y derecha, para recibir dos partes del cable,

cuyos extremos estarán atados a extremos opuestos del tambor.

De este modo se consigue que el esfuerzo del cable esté distribuido igualmente sobre los

dos cojinetes del tambor y la carga repartida más equitativamente. El cable se arrollará en

el tambor sin que se sobrepongan dos vueltas.

31

• Engranando en la cremallera principal del tambor de elevar habrá un piñón separado de

acero. A su eje está fijado un anillo de freno alrededor del cual pasará la llanta del freno.

Estará provisto de bloques de madera y será de proporciones tan amplias que la carga

máxima de 30 toneladas podrá estar parada en cualquier punto de su descenso sin causar

daño a ninguna parte de la máquina. De este modo, mientras se está arriando la carga todas

las demás partes de la maquinaria están desacopladas y fuera de acción y por consiguiente

a salvo de rotura.

• Todas las palancas para actuar los varios movimientos, es decir, las tres velocidades de izar

y girar, palanca de cambio de marcha de las máquinas y la palanca de pie para el freno,

estarán reunidas en una caja convenientemente situada a un lado de la plataforma, de

modo que el maquinista podrá manejar la grúa y tener una vista plena de la carga que esté

elevando.

• El cable de izar será construido en una sola pieza y será del mejor acero refinado flexible,

hecho por el mejor fabricante de esta especialidad. Será de 102 mm de circunferencia y

estará sujetado al tambor de la manera que arriba se detalla. El cable será guarnido cuatro

veces por las cuatro poleas de la cabeza de la pluma y por las dos roldanas de la polea

inferior. La doblez central del cable pasará por una polea igualadora especial que se

encuentra por encima de la polea inferior, de cuya manera se logra que la tensión del cable

esté dividida igualmente en todas sus seis partes.

• El cable será sometido a las pruebas siguientes y una garantía de que se han efectuado estas

pruebas será remitida al Sr. Ingeniero Director de las obras del Puerto.

N.º de cordones = 6

N.º de alambres en cada cordón = 37

Diámetro de cada alambre = 0,061 m

Resistencia de rotura de cada alambre = 273 Kg

N.º de torceduras que cada alambre soportará en 0,15 m de largo = 33

Número de torceduras por pie (0,30 m) de cordón = 2,25

La mecha o corazón de los cordones será de alambre y la del cable será de cáñamo.

El cable completo podrá soportar 1,2 torceduras por pieza de 0,30 m de largo.

Resistencia a la rotura del cable = 50 toneladas en cada parte o sea un total de 300

toneladas.

Las poleas de la cabeza de la pluma y las de la polea inferior son de 570 mm de

diámetro siendo las ranuras cuidadosamente torneadas para el diámetro del cable.

• En la polea inferior irá un indicador de pesos, según la cláusula n.º 5 del pliego de

condiciones, para indicar aproximadamente todos los pesos que excedan de cuatro

toneladas.

32

• La caldera será construida según el plano detallado de la figura 12 y será hecha del mejor

acero dulce “Martín Siemens” de una calidad escogida para calderas.

Las planchas que no han de ser forjadas tendrán una resistencia a tensión entre 27 y 31

toneladas y han de sufrir un alargamiento del 20% en una extensión de 200 mm. Las chapas

que han de forjarse sufrirán una fuerza en tensión que debe estar entre 25 y 29 toneladas

por pulgada cuadrada, con una elasticidad de 25% en un pedazo de 200 mm de largo.

Cada chapa de la caldera será probada suministrando un certificado de la prueba. Todos los

agujeros serán taladrados y toda junta calafateada cuidadosamente. La resistencia de la

caldera será probada, después de concluida, con presión hidráulica de 9.5 atmósferas. Irá

provista de todos los accesorios de costumbre, dos válvulas de seguridad y una bomba

independiente para la alimentación del agua. Tendrá un depósito de agua con arreglo para

calentar el agua de alimentación por medio del vapor de escape, carbonera amplia y juego

de hierros para fogonero.

Figura 12. Cortes y proyecciones horizontal y vertical de la caldera [6]

33

• La colocación de los contrapesos por debajo de la caldera se hará conforme al plano de la

figura 13.

Figura 13. Plano detalle del contrapeso de la grúa [6]

• La pluma será construida según el plano que aparece en la figura 14 y de proporciones

amplias para resistir los esfuerzos que ha de sufrir. Consta de dos vigas laterales. Los nervios

de estas vigas serán de 10 mm de grueso y los ángulos superiores e inferiores serán de 77

mm por 77 mm por 10 mm de grueso. Estas dos vigas laterales serán sólidamente

ensambladas por medio de tirantes trasversales hechos de acero de 115 mm de ancho por

51 mm de alto y 11 mm de grueso, y tirantes diagonales de ángulo (también de acero) 89

mm por 89 mm por 10 mm de grueso. Al pie de la pluma van dos zapatos macizos de hierro

fundido que están ajustados dentro de cajas de empuje unidos al cuerpo bastidor principal

de la grúa.

A la cabeza de la pluma, girando sobre un eje de acero de 12 mm de diámetro, habrá cuatro

poleas de acero para el cable. El eje trabajará en cojinetes de bronce. Las barras tirantes

serán de acero dulce de 152 mm por 35 mm y los ojales a cada extremo serán taladrados

para recibir los pasadores de la pluma.

34

Figura 14. Plano detalle del pescante de la grúa [6]

• Habrá una plataforma sobre el armazón principal con espacio amplio para efectuar los varios

trabajos, poder alimentar la caldera de carbón y dar fácil acceso a todas las partes de la

maquinaria para fabricarla.

Por encima de todo el cuerpo principal y la caldera, habrá una caseta de hierro galvanizado

acanalado con techo curvado, puertas de entrada y ventanilla.

• La grúa será montada completamente en los talleres de construcción y probada en vapor a

sus varios trabajos. Será desarmada, enviada a Santander y armada de nuevo. Todas las

pruebas estarán verificadas según el programa oficial señalado en el pliego de condiciones.

• Toda la viguería y ejes de acero serán del mejor acero dulce capaz de resistir una tensión

entre 27 y 31 toneladas por pulgada cuadrada, es decir, 4250 kg/cm2 como mínimo y 4875

kg/cm2 como máximo, con una elasticidad por lo menos del 20% en una extensión de 200

mm.

Todo hierro moldeable para piezas de forja y ejes será de la clase “doble mejor

Staffordshire” y capaz de resistir no menos de 3000 kg/cm2 ni más de 3462 kg/cm2, con una

elasticidad de 15% en un pedazo de 200 mm de largo.

Toda pieza de hierro fundido será hecha de lingote escogido cuidadosamente y

perfectamente limpio y libre de todo defecto.

35

• La mano de obra será de la más alta calidad posible; todas las ruedas han de estar

perfectamente ajustadas a sus ejes respectivos, los movimientos cuidadosamente ajustados

y todo en general acabado de la manera más esmerada posible y que se acostumbra en

construcciones de la mejor clase.

• Después de montada en los talleres, la grúa recibirá una mano de aceite cocido y después

de estar probada en vapor, dos manos de la mejor pintura al óleo. Toda parte pulida recibirá

una mano de albayalde y sebo y las partes expuestas a averiarse serán embaladas en fuertes

cajas de madera.

• La grúa será probada a 40 toneladas. El cable, las poleas, sus ejes y armaduras serán

probadas a 60 toneladas según lo estipulado en el pliego de condiciones facultativas. La

fuerza total del cable será de 300 toneladas y ofrecemos hacerlo de una fuerza mayor sin

cobrar extra si así lo desea el Señor Ingeniero Director.

Queda estipulado que en todas condiciones de carga el centro de gravedad de las partes

giratorias de la grúa, carga y contrapesos, caerán dentro de la corona circular de rodillos,

según el plano de esfuerzos que se muestra en la figura 15.

Figura 15. Diagrama de los esfuerzos para las condiciones de carga [6]

36

3 METODOLOGÍA DE DISEÑO

A la hora de diseñar, es importante establecer un orden de trabajo en base al cual se sujetará la

propuesta de este proyecto, su viabilidad y su consecuente progresión.

En este capítulo se concretará la información para desarrollar la maquinaria y cómo abordarla, las

partes que se pretenden reproducir y la resolución de los problemas surgidos.

3.1 Memoria del Proyecto original

Gracias al archivo del Puerto de Santander se pudo acceder a toda la documentación de la Grúa de

Piedra que ha sobrevivido al tiempo. Fueron cedidas las copias de todos los documentos originales

existentes. Entre ellos, el más importante de cara al diseño, es la memoria original del Proyecto.

Como se desarrolló en el punto anterior, la memoria incluye una descripción técnica de la grúa junto

a siete planos que especifican las distintas partes de la máquina.

Los datos que contiene son cruciales para completar detalles sobre el funcionamiento de la máquina,

interacción y forma de las piezas. Por ello, ha sido necesario en todo momento compaginar los datos

de los planos con el contenido específico de cada parte.

En concreto para este Proyecto hubo que adentrarse en la estructura que da lugar a los dos

movimientos: El del giro de la máquina y el del izado y freno del cable. Todos ellos, con el sistema

original de acción a vapor.

3.1.1 Planos

De los siete planos que se adjuntan en la memoria tres serán de utilidad en este proyecto. Estos son

los planos de las Figuras 10, 11 y 16 que muestran respectivamente el alzado general con las

relaciones de los engranajes, el alzado general de la maquinaria y corona de rodillos y la planta de la

maquinaria y corona de rodillos.

A estos documentos hay que añadir el plano de la figura 17 que aúna las mismas vistas de las figuras

10 y 16. La principal diferencia es que las medidas de dicho plano son las originales en pies y pulgadas

aún sin convertir. Esto fue de utilidad a la hora de establecer los valores de relación de los engranajes

respetando asimismo la teoría que rige su movimiento.

A pesar de la gran calidad de los planos, resultó dificultosa la falta de medidas acotadas, teniendo

que estimarlas según las proporciones.

37

Figura 16. Planta de la maquinaria y corona de rodillos [6]

Figura 17. Alzado y planta de la máquina con medidas en pies y pulgadas [6]

38

3.2 Visita al interior de la Grúa de Piedra

La memoria y los planos del Proyecto aportan una gran cantidad de información, pero es bien cierto

también que existen partes de la máquina que no se aprecian ni se desarrollan con el detalle que se

precisa.

Por consiguiente, se planteó desde un principio una visita al interior de la grúa. Como puede

observarse en la figura 18, el acceso requiere una infraestructura para elevarse. Obviamente no se

permite la entrada al público y se desconocían las partes aún albergadas en su interior.

Figura 18. Imagen de La Grúa de Piedra después de su restauración [8]

Debido a su deterioro y a un incidente sucedido en el año 2016 en el que se desprendieron los

contrapesos de la máquina, se hizo más visible la necesidad de cuidar y mantener este símbolo de la

ciudad. Estuvo retirada durante muchos meses para su restauración. Este hecho mejoró

enormemente la imagen posterior que se tuvo de la grúa y su integración como hecho diferencial.

Gracias a una inestimable colaboración del Departamento de Mantenimiento del Puerto de

Santander, se tuvo acceso a los informes de rehabilitación estética de la grúa. Finalmente, dicha

cooperación culminó con una visita privilegiada al interior en compañía de su equipo. El acceso a la

máquina, junto con todo el material audiovisual recopilado, es uno de los puntos claves para su

comprensión.

39

Figura 19. Fotografía de la maquinaria interior [16]

De la visita y el material extraído es importante

destacar la magnitud de lo que se hallaba

dentro. Fue una auténtica revelación a la hora

de interpretar los planos mucho más

compresivamente. La máquina con su

consecución de engranajes aparecía

prácticamente en la totalidad. Conforme el

análisis era más exhaustivo, se observaron

ciertas lagunas en piezas de los mecanismos de

movimiento principales.

Añadido al deterioro del tiempo y los

recambios de piezas que se hicieran, en 1927

las máquinas de vapor que accionaban la grúa

fueron sustituidas por motores eléctricos. Esto

implica que existen ciertas partes de la

máquina sustituidas y/o eliminadas de las que

no se dispone más información que la citada en

los planos originales.

Figura 20. Detalle de dos de las velocidades [16]

40

3.3 Teoría de engranajes

El sistema mecánico que produce los movimientos de izado/arriado y giro de la grúa consiste en un

conjunto variado de ruedas que se modifica según la velocidad que se requiera. En el plano de la

figura 10 aparece una tabla que recoge algunos de los parámetros imprescindibles para su

modelado. No obstante, existen otros que no se especifican en ningún documento.

A partir de los planos y las fotografías realizadas en el interior de la máquina se asumen hipótesis

sobre el tipo de engranajes que se tienen en cada caso obteniendo así las relaciones geométricas

que faltan.

Por ello, es imprescindible abordar la teoría de engranajes que sustenta su funcionamiento.

3.3.1 Funcionamiento y clasificación de engranajes

Se denomina "Par de Engranajes, Ruedas Dentadas o Engrane" al acoplamiento que permite

transmitir potencia mecánica entre dos ejes mediante el contacto directo entre cuerpos sólidos

unidos rígidamente a ellos. El movimiento circular se transfiere con una relación de velocidades

angulares constante ya que de lo contrario aparecen vibraciones que acortan drásticamente la vida

útil de la transmisión. Se conoce como Relación de Transmisión “μ” al cociente entre la velocidad

angular de salida ω2 (velocidad de la rueda conducida) y la de entrada ω1 (velocidad de la rueda

conductora): μ = ω2 /ω1.

Observando la figura 21 se comprueba que, en general, cuando una superficie empuja a otra, el

punto de contacto "C" es donde las superficies son tangentes entre sí. A su vez, las fuerzas de acción-

reacción están dirigidas a lo largo de la normal común. Dicha recta recibe el nombre de línea de

acción y cortará a la línea de centros O1O2 en un punto “P” llamado punto primitivo.

La Ley General de Engrane dice así: "Para que la relación de transmisión entre dos perfiles se

mantenga constante, es necesario y suficiente que la normal a los perfiles en el punto de contacto

pase en todo instante por un punto fijo de la línea de centros."

Los perfiles que cumplen esta condición son perfiles conjugados. El lugar geométrico del punto que

coincide en cada instante con el punto de contacto entre ambos perfiles se denomina línea de

engrane. El ángulo α que forman la normal a los perfiles en el punto de contacto y la perpendicular

a la línea de centros recibe el nombre de ángulo de presión. “α” determina la dirección en la que

tiene lugar la transmisión de esfuerzos. Si el ángulo varía, la dirección de transmisión de esfuerzos

también, lo que desde el punto de vista dinámico puede resultar muy perjudicial. Lo ideal es poder

obtener una línea de engrane recta para que así el ángulo de presión se mantenga constante.

41

Figura 21. Ley general de engrane [12]

En un par de engranajes la rueda más grande se llama corona y las más pequeña piñón. Poseen dos

partes diferenciadas: el núcleo (limitado por la superficie, generalmente de revolución, del axoide) y

los dientes (integrados en el axoide). Dependiendo de si sus ejes son paralelos, se cortan o se cruzan

se distinguen tres familias: Cilíndricos, Cónicos o Hiperbólicos.

Partiendo del tipo de axoide que caracteriza el movimiento y considerando la disposición de los

dientes se puede establecer su clasificación. En concreto en este proyecto se trabaja con los tipos de

engranajes siguientes:

• Engranaje cilíndrico de dientes rectos exteriores. Transmite el movimiento de rotación entre

dos ejes paralelos separados una distancia "d”. Al engranar exteriormente, el movimiento

de rotación de la rueda conductora se transfiere en sentido contrario a la rueda conducida.

• Engranaje cilíndrico recto piñón-cremallera. Engrane cilíndrico recto con una de las

circunferencias de radio infinito. La rotación produce traslación.

• Engranaje cónico recto. Efectúa la transmisión de movimiento entre ejes que se cortan en

un mismo plano, en este caso con ángulo recto.

42

Figura 22. Engranaje cilíndrico recto exterior [14]

Figura 23. Engranaje cilíndrico piñón-cremallera [14]

Figura 24. Engranaje cónico recto [14]

43

3.3.2 Perfiles de envolvente

El perfil conjugado que se emplea en la mayor parte de engranes y en el que se basan los engranajes

de la máquina es el perfil de envolvente.

La evolvente es una curva tal que el lugar geométrico de los centros de curvatura de todos sus puntos

forma una circunferencia. La circunferencia sobre la que se desarrolla se denomina circunferencia

base o evoluta.

Entre las propiedades de los perfiles de evolvente se encuentran:

1- La línea de engrane es una recta.

En el caso de los perfiles de evolvente la línea de engrane es la tangente común a las

circunferencias base de ambos perfiles. La normal a los perfiles de evolvente, que

coincide con la línea de engrane, da la dirección de transmisión de los esfuerzos. El

ángulo de presión es constante, lo que resulta beneficioso desde el punto de vista

dinámico.

2- Engranan a cualquier distancia entre centros.

La relación de velocidades depende sólo de los radios de la circunferencia base y no de

la distancia entre centros.

3- Los perfiles de evolvente son fáciles de generar

Figura 25. Propiedades 1 y 2 de los perfiles de evolvente [12]

44

3.3.3 Nomenclatura y relaciones fundamentales

La nomenclatura empleada en el estudio de los engranajes cilíndrico-rectos es la siguiente.

• Diámetro de paso (Dp). Diámetro de la circunferencia que determina la relación de

transmisión.

• Diámetro exterior o de cabeza (De). Diámetro de la circunferencia de cabeza de los dientes.

• Diámetro interior o de pie (Di). Diámetro de la circunferencia del pie del diente.

• Paso circular (p). Distancia entre dos puntos homólogos de dos dientes consecutivos medida

sobre la circunferencia primitiva: 𝑝 =2πR

Z= 𝑣 + 𝑒

• N.º de dientes (Z). N.º de dientes que tiene el engranaje.

• Módulo (m). Cociente entre el diámetro primitivo y el N.º de dientes: 𝑚 =2R

Z=

p

π

• Adendo (a). Distancia radial entre el tope del diente y la circunferencia primitiva:

𝑎 = 𝑅𝑒 − 𝑅

• Dedendo (i). Distancia radial desde la circunferencia primitiva hasta la circunferencia de pie:

𝑖 = 𝑅 − 𝑅𝑝

• Vano (v). Anchura del espacio entre dientes sobre la circunferencia primitiva.

• Altura del diente (h). Distancia radial entre la circunferencia de adendo y la de dedendo:

ℎ𝑇 = 𝑎 + 𝑖

• Grueso del diente (e). Espesor del diente medido sobre la circunferencia primitiva.

• Holgura (c). Diferencia entre el dedendo de un diente y el adendo del que engrana con él:

𝑐 = 𝑖2 + 𝑎1

• Juego (j). Diferencia entre el hueco de un diente y el espesor del que engrana con él:

𝑗 = ℎ1 + 𝑒2

• Anchura de cara (b). Longitud del diente medida en dirección axial.

45

Figura 26. Nomenclatura de los engranajes cilíndrico-rectos [14]

En cuanto a los engranajes cónicos rectos existen conceptos análogos adaptados a la forma cónica

del diente.

Los conos primitivo y complementario son la referencia para definir la geometría del engranaje.

Como se muestra en la figura 27, el cono primitivo es aquel con generatriz G y vértice V. El cono

complementario comparte la misma base que el cono primitivo. Sus generatrices son

perpendiculares a las de este y su vértice es Vcr. El cono complementario delimita los dientes del

engranaje y sobre él se toman los diámetros de cabeza y pie correspondientes. Los conos primitivos

de ambas ruedas (Corona-piñón) poseen la misma generatriz G, siendo el ángulo del cono primitivo

de la corona δr y el del piñón δp

Figura 27. Conos primitivo y complementario [12]

46

Figura 28. Elementos característicos de un engranaje cónico [12]

Particularizando, los engranajes cónico-rectos que se diseñan son perpendiculares, es decir, sus ejes

forman un ángulo γ igual a 90°. La altura del diente “h”, el adendo “a” y el dedendo “d” se miden

sobre el cono complementario y se definen, además, mediante el valor del ángulo θa y θd.

3.3.4 Diseño de los dientes

A la hora de determinar los valores de diseño de cada engranaje hay que recabar la información

disponible, analizarla y tomar las decisiones pertinentes. Los datos que faltan deben ser completados

siguiendo el mismo razonamiento.

Además, hay que tener en cuenta que, en general, para que dos ruedas dentadas con perfil de

envolvente sean intercambiables entre sí deben de cumplir las siguientes condiciones.

Tener el mismo módulo o mismo paso circular.

Tener igual ángulo de presión de generación α.

Presentar adendo y dedendo normalizados.

Tener la anchura del hueco igual al grueso del diente.

Para el movimiento de rotación el engrane se genera por medio de un sistema piñón-cremallera

circular. El diseño de los dientes de la cremallera seguirá las mismas pautas que el resto de los

engranajes cilíndrico-rectos.

El proceso de determinación de datos se relata a continuación.

47

3.3.4.1 Datos de partida

En el plano de la figura 10 aparece en el margen derecho una tabla con cuatro parámetros

fundamentales para el diseño de los distintos tipos de engranajes. Estos datos son el número de

dientes “Z”, el paso “p”, el diámetro de paso Dp y el ancho de la cara “b”. Tal y como se desarrolla en

el capítulo anterior los tres primeros están relacionados, dos son linealmente independientes y por

tanto uno va a depender siempre de los otros dos.

Dado que uno de los parámetros es el número de dientes y por tanto ha de ser un valor entero, no

tiene sentido considerar la combinación en la que este sea linealmente dependiente. Por ello, se fija

dicho valor como dicta el plano quedando dos combinaciones posibles. Al analizarlas, se es

consciente de que el resultado obtenido no coincide en ninguno de los casos con su valor en la tabla.

Se recurre entonces a estudiar la tabla de la figura 17. En ella aparecen los mismos datos añadiendo

el diámetro del agujero. La principal diferencia es que los valores están medidos en las unidades

propias del fabricante, es decir, en pies y pulgadas. De nuevo sucede lo mismo y los valores que se

obtienen al aplicar las relaciones no coinciden con los dados.

Como era de esperar, se observa que el número de dientes (a excepción de la rueda W) es el mismo

en ambas tablas, pero al convertir a milímetros, el resto de valores discrepan en decimales. Parece

que los resultados de la figura 10 han sido redondeados con respecto a la conversión de los de la

figura 17.

Es cierto que tendría sentido redondear dos de ellos y calcular el tercero, pero en ningún caso

redondear los tres valores ya que de esa forma no cumplen las ecuaciones que los relacionan

estrictamente. Aun así, los valores de partida tampoco verificaban las relaciones exigidas con

ninguna de las combinaciones.

Teniendo en cuenta que es la casa de los Sres. Sheldon y Gerdtren la encargada de toda la fabricación

y montaje de la máquina, se toma la decisión de basar las medidas en las de la tabla de la figura 17

convirtiendo las unidades originales a milímetros.

Se fijan como datos de partida el número de dientes “Z”, el paso “p”, el ancho de la cara “b” y el

diámetro del agujero. Para que no existan discrepancias con la teoría de engranajes se aplican las

fórmulas y se recalcula el diámetro de paso Dp. Sus valores para cada rueda se muestran a

continuación.

48

N.º dientes (Z)

Paso (p) Anchura

(b) Diámetro agujero

Módulo (m) Diámetro de paso

(Dp)

A 12 44,45 165,1 82,55 14,14887 169,78649

B 102 44,45 152,4 101,6 14,14887 1443,18519

C 12 63,5 165,1 101,6 20,21267 242,55213

D 108 63,5 152,4 1041,4 20,21267 2182,96919

E 17 44,45 127 82,55 14,14887 240,53086

F 97 44,45 114,3 101,6 14,14887 1372,44082

G 29 44,45 114,3 82,55 14,14887 410,31735

H 85 44,45 101,6 101,6 14,14887 1202,65432

I 36 41,275 88,9 101,6 13,13824 472,97665

J 36 41,275 88,9 101,6 13,13824 472,97665

K 36 41,275 88,9 95,25 13,13824 472,97665

L 18 57,15 101,6 101,6 18,19141 327,44537

M 18 57,15 101,6 88,9 18,19141 327,44537

N 13 57,15 114,3 88,9 18,19141 236,48832

O 48 57,15 114,3 117,475 18,19141 873,18767

P 12 74,6125 177,8 117,475 23,74989 284,99875

Q 232 74,6125 152,4 0 23,74989 5509,9759

R 12 63,5 165,1 101,6 20,21267 242,55213

S 13 31,75 101,6 57,15 10,10633 131,38240

T 136 31,75 88,9 101,6 10,10633 1374,46208

U 12 41,275 88,9 63,5 13,13824 157,65888

V 40 41,275 88,9 63,5 13,13824 525,52962

W 28 44,45 120,65 63,5 14,14887 396,16848

X 93 44,45 114,3 120,65 14,14887 1315,84532

49

3.3.4.2 Recomendaciones

Para completar los valores de la geometría de los dientes que faltan se hace uso de algunas de las

recomendaciones que recoge la norma UNE 18016.

3.3.4.2.1 Engranaje cilí ndrico-recto

Se toma el ángulo de presión α igual 20° y bajo la hipótesis de dientes normales se establecen las

siguientes dimensiones con respecto al valor del módulo "m".

Adendo

(a)

Dedendo

(I)

Holgura

(c)

Espesor (e) Vano (v) Radio de

holgura (Rh)

Radio de

entalle (r)

𝒎 1.25 𝑚 0.25 𝑚 19

40π𝑚

21

40π𝑚 𝑅p ⋅ cos α 0.3 𝑚

3.3.4.2.2 Engranaje co nico-recto

Del mismo modo, se establecen las dimensiones para este tipo de engrane añadiendo las

expresiones y consideraciones que faltan. Se han representado los valores para la corona teniendo

en cuenta que las expresiones para el piñón son análogas.

Diámetro exterior o de cabeza (De) 𝑫𝒆 = 𝑫𝒑 + 𝟐, 𝟓 ⋅ 𝒄𝒐𝒔 𝜹𝒓

Diámetro interior o de pie (Di) Di = Dp − 2,5 ⋅ cos δr

Ángulo entre ejes (γ) γ = δr + δp = 90°

Ángulo del cono primitivo (δr) 𝑠ⅇ𝑛𝛿𝑟 =𝐷𝑝

2𝐺 ; tan 𝛿𝑟 =

𝐷𝑝

ⅆ𝑝

Ángulo de presión (α) 20°

Altura del diente (h) ℎ =9

4𝑚 = 𝑎 + ⅆ

Adendo (a) a = 𝑚

Dedendo (d) d = 1.25 𝑚

Generatriz (G) G =Dp

2 ⋅ sⅇn δr

50

4 HERRAMIENTAS CAD/CAM

En este apartado se introducirán los conceptos CAD y CAM esenciales hoy en día en el mundo

ingenieril. Se explicará la relación entre ambos y se tratará también el software CATIA V5 escogido

para realizar este proyecto.

4.1 Introducción al CAD/CAM

4.1.1 Evolución del CAD/CAM

Las siglas CAD/CAM provienen de su denominación en inglés, CAD (Computer Aided Design) y CAM

(Computer Aided Manufacturing), y hacen referencia al software informático que se emplea para

diseñar y fabricar productos.

Las herramientas CAD comenzaron siendo 2D basadas en entidades vectoriales. El desarrollo de

programas gráficos en 3D fue un paso crucial para superar los límites que imponían los dibujos en

2D. Se introducen sólidos y superficies que se modifican hasta obtener de forma detallada el

producto final.

Entre sus muchas ventajas, el uso de CAD añade flexibilidad al diseño. Permite que cambios que

antes requerían mucho tiempo y complejidad, se realicen rápidamente. Además, también facilita la

introducción de cambios o mejoras durante el proceso de modelado y ofrece una documentación

del producto uniforme.

Históricamente CAD comenzó como una ingeniería tecnológica computarizada, mientras CAM era

una tecnología semiautomática para el control de máquinas de forma numérica.

Ambas disciplinas se han ido mezclando gradualmente hasta conseguir una tecnología suma de las

dos. Hoy en día, los sistemas CAD/CAM son considerados una disciplina única identificable. El

software CAD usa tecnología informática para el diseño y documentación de este. CAM, por su parte,

utiliza los modelos y ensamblajes creados en CAD para generar rutas de herramientas que dirijan las

máquinas transformando los diseños en piezas físicas.

Las aplicaciones CAD/CAM pueden descomponerse en numerosas disciplinas que normalmente

abarcan el diseño gráfico, el manejo de bases de datos para el diseño y la fabricación, el control

numérico de máquinas de herramientas, robótica y visión computarizada. Suelen utilizarse para el

mecanizado de prototipos y piezas acabadas, en concreto, el mecanizado CNC (Computer Numerical

Control) o Control Numérico por Computadora. Este proceso permite a las fábricas producir piezas

con gran precisión y rapidez.

51

4.1.2 Historia del CAD/CAM

En 1957 el Dr. Patrick Hanratty concebía el primer software CAM llamado "PRONTO". Poco después,

a principios de los años 60, Iván Sutherland inventó en el laboratorio Lincoln (MIT) el primer sistema

grafico CAD llamado "Sketchpad”.

Durante los años 70, comenzó a migrar de la investigación hacia el uso comercial, aunque todavía el

software lo desarrollaban grupos internos de grandes fabricantes de automoción y aeroespaciales.

Será Dassault Aviation, empresa francesa de aviación, la que en 1975 desarrolle el primer programa

CAD/CAM llamado DRAPO.

En los años 80 el empleo del CAD/CAM se generaliza en las empresas industriales. Había comenzado

como un tema de investigación que fue floreciendo comercialmente con el avance de los

ordenadores para finalmente convertirse en una dura competencia entre diferentes firmas

comerciales.

A partir de los 90 la industria del CAD/CAM genera un volumen de mercado de miles de millones de

euros con empresas como la francesa "Dassault Systèmes" con su famoso software "CATIA" o las

estadounidenses "Parametric Technology" y "Autodesk" entre otras muchas.

4.2 CATIA V5

4.2.1 Historia de la herramienta

La compañía francesa Dassault Aviation desarrolló el concepto de diseño y fabricación de aeronaves

asistidas por ordenador con una filosofía novedosa: desde el principio, se fijó en la fabricación

industrial. Estas actividades se incluyeron en el programa DRAPO (Définition et réalisation d'avions

par ordinateur) que entró en el servicio industrial a finales de 1975. En 1978, el director general Jean

Cabrière, pidió el desarrollo de una herramienta tridimensional.

El Departamento de CAD desarrolló un nuevo programa de sistema DRAPO, el programa CATI

(Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive). Utilizado para el mecanizado de piezas

complejas, también fue diseñado para la fabricación de piezas de maqueta de túnel de viento a partir

de dibujos esquemáticos definidos por DRAPO. CATI hizo posible diseñar y mecanizar el primera ala

del túnel de viento en cuatro semanas, mientras que la construcción de dicho modelo requirió seis

meses.

En 1981, CATI pasó a llamarse CATIA (Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive Application).

Este programa de computadora hizo posible reducir los tiempos de ciclo, mejorar la calidad y

optimizar las eficiencias de producción. El 5 de junio de 1981 se creó una empresa responsable del

desarrollo y la comercialización de este programa informático: Dassault Systèmes.

52

El lanzamiento inicial de la Versión 5 (V5) llega en el año 1999, versión destinada al mercado de la

gestión de ciclo de vida de los productos (Figura 30). En el año 2000 se producirá un paso decisivo

con la firma del contrato con Airbus S.A para el despliegue de CATIA V5. Desde entonces hasta la

actualidad Dassault Systèmes ha seguido mejorando sus versiones de CATIA V5 y ampliando su gama

de productos.

Figura 29. Ingeniero trabajando con software CATIA [10]

Figura 30. Fotografía de CATIA V5 [9]

53

4.2.2 Módulos principales de trabajo

A lo largo del proyecto se trabajará con algunas de todas las unidades que dispone CATIA V5. A

continuación, se realiza una breve descripción de las mismas.

• Part Design [ ]: Módulo básico que permite crear sólidos 3D de gran precisión. Combina

el diseño basado en elementos y la flexibilidad de las operaciones booleanas, pudiendo

añadir especificaciones durante el desarrollo o una vez ya creado. El abanico de funciones

que proporciona es muy amplio y se encuentran agrupadas atendiendo a su modo de uso.

Algunas de ellas se detallan a continuación.

• CatPart: Es el término con el que se designa a la pieza realizada en el Part Design.

• Sketch [ ]: Herramienta básica de este módulo. Permite crear un boceto 2D con

la ayuda de múltiples opciones. Consta de todas las unidades necesarias para crear

geometrías y perfiles, así como las relaciones entre dichos elementos que más tarde

serán el punto de partida para crear sólidos y superficies.

• Mirror [ ]: Función que genera material simétrico en la pieza, a partir de la

geometría tridimensional creada, respecto un plano de simetría. En caso de estar

en un Sketch, se crea la geometría bidimensional respecto una línea de simetría

seleccionada.

• Pad [ ]: Es una de las herramientas fundamentales para crear material cuando

se modela un CatPart. Permite extruir un Sketch con distintas opciones para dar

como resultado un sólido.

• Pocket [ ]: Función opuesta a la anterior que permite a partir de un Sketch

generar un volumen por extrusión y eliminarlo del sólido. Tiene las mismas

opciones que la función Pad.

• Shaft [ ]: Se trata de una función muy útil para el diseño de piezas de revolución.

Permite generar sólidos rotando un Sketch alrededor de un eje. Pueden ponerse

límites a esta revolución, así como realizar piezas huecas de pequeño espesor.

• Pattern [ ]: Comando que permite crear entidades idénticas a partir de una

existente, para ello tan sólo hemos de indicar la posición de las piezas nuevas. CATIA

permite definir tres tipos de matrices: Rectangulares, Circulares y de usuario.

Multi-sections Solid [ ]: Permite crear un sólido o superficie a partir de

diferentes secciones generando y/o eliminando material intermedio de forma

automática para rellenar el espacio de la manera más adecuada.

54

• Wireframe and Surface Design [ ]: Módulo que hace posible crear modelos alámbricos

para posteriormente convertirlos en sólidos o superficies básicas. Es muy útil para modelar

superficies complejas.

• Assembly Design [ ]: Módulo que permite producir conjuntos ensamblando las piezas

creadas en Part Design. Para ello, se posiciona cada elemento y se establecen restricciones

entre los componentes. El módulo permite detectar colisiones y holguras y genera una tabla

de materiales que facilita el recuento de piezas. Es el paso previo a la creación de cualquier

mecanismo. Contiene múltiples opciones, de las cuales la principal se comenta a

continuación.

• Constraint: Se trata de un requisito que la pieza, conjunto o boceto debe cumplir

para restringirlo de alguna manera. Aparece también en el módulo Part Design

generalmente estableciendo condiciones puramente geométricas. En el módulo

Assembly Design adquiere una relevancia elevada ya que relaciona las piezas del

ensamblaje.

• DMU Kinematics [ ]: Módulo con el que se definen las limitaciones de movimiento entre

las piezas que conforman el conjunto dando lugar a un mecanismo. La unidad dispone de

una amplia variedad de uniones, juntas y articulaciones para simular el comportamiento

real. También permite generar restricciones automáticas a partir de las realizadas en el

ensamblaje y proporcionar un análisis de interferencias y distancias mínimas durante el

movimiento.

• Photo Studio [ ]: Módulo mediante el que se pueden realizar capturas, videos y retoques

visuales de los distintos Catpart o Product. Muy útil para generar formato vídeo de las

simulaciones creadas con el módulo DMU Kinematics sobre el mecanismo renderizado.

Tiene la posibilidad de añadir cámaras para capturar las perspectivas que se deseen.

55

4.2.3 Justificación de su elección para el proyecto

CATIA fue inicialmente desarrollado para la industria aeronáutica. Empresas tan importantes como

Dassault Aviation, Boeing, Airbus, o Pratt & Whitney, entre otras, desarrollaron sus proyectos con

este software. En los últimos años, se ha integrado en industrias como la del automóvil o la

construcción de edificios de gran complejidad, convirtiéndose en una de las herramientas más

utilizadas.

Uno de los motivos principales para su elección es lo asentado y expandido que se encuentra en la

industria aeroespacial. Como ya se mencionó, muchas de las grandes compañías de este sector

utilizan CATIA en sus desarrollos debido a sus grandes prestaciones.

CATIA V5 dispone de una gran variedad de módulos que se agrupan en talleres de trabajo. A lo largo

del tiempo ha ido evolucionando para ofertar en cada nueva versión más módulos y en consecuencia

ampliar el campo de aplicación del programa. Existen por tanto innumerables posibilidades de

diseño, construcción y ensamblaje. Su enorme potencial hace que dominarlo por completo se

convierta en una tarea extensa y complicada. Además, a lo largo de la carrera ha sido uno de los

softwares de trabajo y en concreto la asignatura de “Diseño Asistido por Ordenador” estaba

dedicada al aprendizaje de algunos de sus módulos principales.

En consecuencia, la idea de ahondar en el programa e incrementar habilidades es sin duda uno de

los objetivos más útiles e interesantes para llevar a cabo este proyecto.

56

5 MODELADO EN CATIA V5

En este capítulo se tratarán los aspectos más técnicos del proyecto que conciernen al diseño de toda

la maquinaria en CATIA V5, ensamblaje de cada una de sus partes y finalmente la reproducción de

sus movimientos.

Además, hay que recordar que, aunque se dispone de cuatro planos de alta calidad, estos no

incluyen un acotado suficiente por lo que es ineludible aproximar muchas medidas aplicando escala

sobre lo medido en los planos. A excepción de los engranajes, todos los datos originales han sido

respetados en la medida de lo posible buscando siempre la consistencia con el funcionamiento de la

máquina. Hay que tener en cuenta que para que la máquina funcione los engranajes han de estar a

la distancia que determinan sus radios de paso y por lo tanto esta información adicional ha de

tenerse en cuenta a la hora de diseñar las piezas y montarlas.

5.1.1 Diseño de las piezas

Para todo el proceso de diseño se hace uso del módulo Part Design. Como ya se explicó en el capítulo

anterior cada pieza se corresponderá con un CatPart. Es importante comentar que existen partes de

la máquina que por estar unidas rígidamente han sido diseñadas en el mismo Catpart, como si fuesen

una sola, con el propósito de facilitar el ensamblaje posterior reduciendo el número de piezas.

5.1.2 Sistema de fundación

5.1.2.1 Base

Es el macizo que soporta la grúa completa. Tiene forma de tronco de cono por lo que su modelado

es sencillo. Se parte de un sketch en el plano yz en el que se dibuja la mitad del corte del tronco de

cono. Después con la herramienta Shaft se conforma la pieza mediante revolución del Sketch sobre

el eje z.

Mediante la herramienta Apply Material se le atribuye el material “Dirty Wall” que posteriormente

se modifica para conseguir un efecto similar a la base que se conoce hoy en día.

57

Figura 31. Sketch para conformar la base por revolución alrededor del eje z [16]

Figura 32. Base de la Grúa con el material aplicado [16]

58

5.1.2.2 Viga circular inferior y cremallera

Las vigas circulares son en esencia superficies de revolución. Es cierto que en la realidad no se

fabrican de una sola pieza si no que se construyen en varios sectores y se remachan unas piezas con

otras. Gracias al plano de la figura 11 y la información de la memoria se conoce que son de sección

II. Por tanto, simplificaremos su modelado como superficie de revolución siguiendo el mismo

procedimiento que para realizar la base. Se dibuja la sección II en un Sketch en el plano yz con las

distancias al eje de revolución determinadas. Se aplica Shaft alrededor del eje z y se obtiene la pieza.

Figura 33. Sección de la viga circular inferior [16]

Dentro de la hendidura central superior de la viga existe un apoyo achaflanado para los rodillos.

Mediante un nuevo Sketch se dibuja su perímetro bien posicionado para que quede solidario. La

pieza que sustenta la cremallera, también sobre la parte superior de la viga, se realiza del mismo

modo en otro Sketch. De nuevo mediante la herramienta Shaft aplicada a cada Sketch se obtienen

ambas piezas por revolución sobre el eje z.

Se dibuja el perfil del diente en un Sketch perpendicular al de la pieza creada en el paso anterior. Los

datos para su diseño provienen de los fijados para el engranaje Q que se corresponde con la

cremallera. Aplicando un Pad se genera el diente a lo largo del alto de la pieza. Para obtener los 232

dientes se utiliza la herramienta Circular Pattern.

59

Figura 34. Viga circular inferior y apoyo achaflanado para los rodillos [16]

Figura 35. Detalle de la cremallera y diente sobre la viga circular [16]

60

Figura 36. Circular Pattern para generar todos los dientes de la cremallera [16]

Figura 37. Chapa circular inferior junto con el apoyo para rodillos y la cremallera [16]

61

5.1.2.3 Chapa circular superior

La chapa superior se modela igual que la inferior teniendo en cuenta que su sección II tal y como se

muestra en la figura 38 es algo distinta. Unida a la parte inferior de la chapa se encuentra el apoyo

superior para los rodillos. Ambos procesos son análogos a los descritos en el punto anterior.

Figura 38. Sección de la chapa circular superior [16]

Figura 39. Chapa circular superior [16]

62

5.1.2.4 Chapa hexagonal

Las chapas hexagonales son piezas observadas al analizar las fotografías. Existen tres y están unidas

a las vigas circulares. Su diseño es muy sencillo. Se dibuja el perímetro en un Sketch sobre el plano

xy y se extruye con la herramienta Pad dándole un grosor de 20 mm.

Figura 40. Imagen de la viga circular superior en la que se aprecian las chapas hexagonales [6]

Figura 41. Chapa circular hexagonal [16]

63

5.1.2.5 Soporte eje central

Se trata de la pieza que recibe al eje central de sujeción de la grúa y sobre la que gira la corona de

rodillos. Parte de su estructura puede modelarse como pieza de revolución alrededor del eje z luego

el proceso es análogo al de casos anteriores.

Una vez realizada la primera parte se crea en otro Sketch sobre el mismo plano la silueta de la pieza

que unirá la parte superior e inferior del soporte. Para generarla se hace uso de la herramienta Shaft

revolucionando 10° alrededor del eje vertical. Para crear las cuatro piezas de unión se realizan dos

Circular Pattern. Con el primero se obtiene el par de piezas separadas 30° y con el segundo se

reproducen las dos piezas simétricas a este par con un ángulo de 180°. Finalmente, se redondean los

perfiles inferiores de la pieza de unión usando la función Edge Fillet.

Figura 42. Detalle de la pieza de unión del soporte [16]

Figura 43. Soporte del eje central de la grúa [16

64

5.1.3 Corona de rodillos

Se trata de una de las piezas clave para dar lugar al movimiento de rotación de la grúa. Los datos

disponibles a priori eran escasos por lo que ha sido de gran importancia recomponer las partes de la

pieza desconocidas mediante las fotografías tomadas en el interior de la máquina.

Como veremos más adelante se trata de un subconjunto. Por ello, su modelado se divide en varias

partes que se explican en los apartados siguientes.

5.1.3.1 Estructura principal

Es el cuerpo de la corona. Originariamente consta de una pieza circular giratoria que está taladrada

para girar sobre el soporte del eje central. A ella se encuentran fijadas mediante tuercas 16 barras

que sitúan los rodillos en su posición.

Para facilitar su modelado, la estructura central creada tiene ya incorporadas las barras y se simula

su unión procurando que esta sea lo más semejante a la realidad.

Figura 44. Fotografía de la pieza central de la corona de rodillos [6]

Para crear la pieza central se comienza dibujando en un Sketch del plano xy las circunferencias

interior y exterior. Aplicando un Pad sobre dicho Sketch se obtiene un tubo de pequeño grosor.

El siguiente paso consiste en dibujar en un nuevo Sketch sobre la superficie de la pieza el hueco que

se quiere producir. Para crearlo se utiliza sobre este Sketch la herramienta Pocket.

65

Figura 45. Pieza central de la corona modelada [16]

Las divisiones, agujeros circulares y refuerzos que se observan a lo largo de la pieza central se

obtienen de la siguiente manera:

Las divisiones se obtienen dibujando en un Sketch sobre la superficie más profunda de la pieza un

rectángulo cuya línea media es radial a la superficie. Se utiliza el comando Pad para obtener una de

ellas y seguidamente con la herramienta Circular Pattern se produce el total de divisiones igualmente

espaciadas alrededor del eje z.

Los agujeros circulares y refuerzos siguen un proceso similar. En el caso del agujero se crea un nuevo

Sketch sobre el mismo plano anterior dibujando el círculo en su posición y aplicando la herramienta

Pocket. Para realizar los refuerzos se hará uso del comando Stiffener. Será necesario crear un plano

auxiliar perpendicular a la pared externa del hueco en su punto medio donde se dibujará el Sketch.

Para obtener los refuerzos y agujeros restantes alrededor de la pieza se aplicará un Circular Pattern

a cada uno de ellos.

El siguiente paso será crear la anilla interior que delimita parte de la posición de los rodillos. Se

produce de forma muy sencilla extruyendo mediante un Pad.

Por último, se generan las barras. Para ello es necesario crear otro plano auxiliar. Esta vez será

tangente a la pared externa del hueco y centrado en el punto medio entre división y refuerzo.

Mediante un MultiPad se genera por extrusión la barra y sus tuercas. Como detalle, se le añade a la

parte final de la barra una rosca ya que esta unión será más realista. La rosca se realiza barriendo un

triángulo con la herramienta Slot a lo largo de una hélice creada con el módulo Wireframe and

Surface Design. Aplicando Circular Pattern a cada proceso generado se obtienen las 16 barras.

66

Figura 46. Estructura principal de la corona de rodillos [16]

Figura 47. Detalle de la rosca en el final de la barra [16]

5.1.3.2 Pieza cierre corona

Se conforma como la anilla interior de la estructura principal teniendo en cuenta sus medidas.

5.1.3.3 Rodillo

Los rodillos son piezas achaflanadas para favorecer que el/los centro/s de gravedad de las partes

giratorias de la grúa, carga y contrapesos, caiga/n dentro de la corona circular de rodillos. Se modela

igual que la base al ser también un tronco de cono y se redondean los perfiles mediante la

herramienta Edge Fillet.

67

Figura 48. Rodillo [16]

5.1.3.4 Tuerca

Para fijar las barras a la pieza de cierre de la corona se realiza una tuerca a medida.

Se modela en primer lugar extruyendo un hexágono con la herramienta Pad y practicando sobre él

un agujero mediante Pocket. Para afinar la forma de sus cantos se utiliza el comando Grove. Esta

herramienta permite eliminar el material sobrante. Para ello, se dibuja en un Sketch perpendicular

una línea que interseca parte de la pieza con la inclinación deseada, en este caso formando 150° con

el eje vertical. Se aplica Grove 360° alrededor del eje de revolución y se repite el mismo proceso en

la otra cara de la pieza. El roscado es análogo al de la barra salvo que, esta vez, se realiza en la cara

interna. Su forma será también triangular.

Figura 49. Tuerca para el cierre de las barras [16]

68

5.1.4 Cuerpo principal

Se denomina así a la parte que contiene todo el sistema de piezas necesario para componer el

conjunto de engranajes que acciona los diversos movimientos. Se trata, por tanto, del corazón de la

grúa. Incluye además todas las piezas sobre las que se apoya la estructura y que se moverán

rígidamente con ella.

5.1.4.1 Viguería base de la maquinaria y soportes

Apoyada sobre la viga circular superior se encuentra la viguería que soporta toda la maquinaria y fija

su posición respecto al eje central de la grúa.

Componiéndola paso a paso se observa que su estructura principal la constituyen dos vigas laterales

de sección I. Cada viga longitudinal se diseña mediante dos Pad. En el primero se extruyen los ángulos

superiores e inferiores de la sección y en el segundo el nervio central. Repitiendo los pasos a la

distancia adecuada se generan sendas vigas.

Figura 50. Vigas longitudinales de sección I [16]

Entre estas vigas se fijan los refuerzos necesarios para cohesionar la pieza. Son sencillos de modelar

ya que se diseñan únicamente como nervios de grosor algo superior. Lo más importante reside en

situarlos a la distancia adecuada. Se dibujan en cuatro Sketch distintos sobre el plano lateral del

nervio de una de las vigas y se extruyen hasta la segunda mediante un Pad.

Además, las vigas se unen también mediante una pieza maciza que recibe al eje central. Su proceso

de construcción comienza de forma similar al de los refuerzos salvo que se extruye una sección algo

más elaborada. Una vez obtenida, se genera en la parte inferior y central la pieza cilíndrica mediante

otro Pad que se completa con un Pocket para crear el hueco que acogerá al eje. Para conseguir que

tenga el aspecto más fiel posible a la realidad se realizan diversos Pocket sobre la pieza para eliminar

el material sobrante quedando finalmente como se muestra en la figura 51.

69

La estructura culmina al obtener los refuerzos triangulares externos con la herramienta Pad aplicada

a cada Sketch en planos auxiliares paralelos al xz.

Por último, se añaden en este CatPart los soportes de los ejes de la máquina que van fijados a esta

pieza. Son dos y se encuentran situados sobre la pieza central.

El soporte más alto se crea combinando los comandos Pad, MultiPad y Rib sobre diferentes Sketch.

Por su parte, el soporte inferior se realiza mediante un MultiPad que permite obtener alturas y

dimensiones distintas en la pieza. Para redondear los bordes e integrar cada parte se hace uso de

Edge Fillet. Finalmente se llevan a cabo los agujeros que posicionan los ejes usando el comando

Pocket sobre los Sketch realizados en la zona de la pieza determinada para ello.

Figura 51. Detalle de la pieza central de la viguería [16]

Figura 52. Viguería base y soportes [16]

70

5.1.4.2 Plataforma y soportes

La virguería obtenida en el punto anterior sostiene una amplia plataforma donde se efectuaban los

trabajos y se alimentaba la caldera de carbón. A esta plataforma se ensamblan la mayor parte de

soportes por lo que serán incluidos con ella.

La plataforma se construye aplicando un Pad de 30 mm a un Sketch sobre el plano xy en el que se

encuentra su perímetro y dimensiones. Posee un agujero rectangular en la zona que acoge el

conjunto principal gracias al cual se tuvo visibilidad extra sobre el sistema de fundación. Además, en

ese espacio se posicionará la máquina sobre el eje central.

Adherido a los laterales de este hueco se encuentran dos soportes simétricos que guían los ejes

principales del sistema. Se modela primero uno de ellos mediante un MultiPad que hace posible

reflejar sus detalles de diseño. Para situar el Sketch se utiliza un plano auxiliar perpendicular a la

plataforma y se aproximan las dimensiones generales conforme a los datos de los planos. A la hora

de posicionar los centros de los ejes es vital respetar las medidas fijadas en los datos de partida,

puesto que como se adelantó al inicio de este capítulo, para que el sistema sea consistente y el

conjunto engrane de forma real, es necesario que entre centro y centro la distancia existente sea la

suma de los radios de paso de los engranajes que acogen. Una vez elaborado el primer soporte se

produce su simétrico mediante el comando Symmetry.

Figura 53. Plataforma y soportes principales [16]

Siguiendo la premisa fundamental que acaba de comentarse se modelan también los soportes que

faltan en la parte delantera de la plataforma. Dos de ellos son simétricos por lo que de forma análoga

se diseña uno y su simétrico aplicando Symmetry al anterior. El primero se realiza mediante dos Pad

para generar las distintas superficies y un Pocket sobre la parte superior que ubica el eje. Para

integrar las dos zonas se aplica la herramienta Edge Fillet que redondea los perfiles.

71

Los dos soportes que faltan se generan ambos mediante la extrusión de un Sketch sobre la superficie

de la plataforma con la herramienta MultiPad. De nuevo se aplica Pocket en la zona donde se soporta

el eje y se redondean los perfiles mediante Edge Fillet.

Por último, se realiza un Pocket rectangular en la parte delantera izquierda de la plataforma ya que

sobre esa zona se encuentra el engranaje T que por su disposición alcanza una profundidad mayor

que el resto y sobresale por debajo.

Figura 54. Plataforma y soportes completos [16]

5.1.4.3 Engranajes

El diseño de esta pieza se divide en dos fases atendiendo a su tipología: engranajes cilíndricos o

cónicos. Conforman un total de 23 piezas sin contar la cremallera. Se denominan con letras del

abecedario y además de distinguirlos, esta nomenclatura establece un orden de enlace y

funcionamiento.

5.1.4.3.1 Cilí ndricos

La ventaja de este tipo de engranajes es que debido a sus características la confección es posible

mediante diseño paramétrico. Esto significa que, una vez realizada la pieza modelo y establecidos

los parámetros que varían, se pueden obtener sistemáticamente los 14 engranajes introduciendo en

el sistema una tabla de valores con los parámetros de cada rueda.

Desarrollando el método paso a paso hay que dejar claro antes de empezar que no todos los

procesos pueden ser parametrizados cuando dependen de una fase anterior. Por ejemplo, en este

caso es posible obtener de forma paramétrica un diente en su posición respecto a la rueda y agujero

de esta, todo ello sobre el mismo Sketch. La reproducción del número de dientes y la extrusión de la

pieza con su ancho concreto deberán ser realizadas de forma concreta e individual.

72

Antes de comenzar a dibujar, en la pestaña Tools-Formula se definen los parámetros que se usarán

a continuación. Son creados dentro del filtro User parameters. Para establecerlos hay que escoger

el tipo de medida a la que se refieren, identificarlos con un nombre y darle un valor inicial. En este

caso, todos los parámetros serán del tipo Length. Es aconsejable dar como primer valor el de un

engranaje real que vayamos a diseñar ya que, en caso contrario, es posible que existan

inconsistencias a la hora de acotar.

El siguiente paso será dibujar en un Sketch el agujero junto con el diente y los diámetros de la rueda

fijos y auxiliares necesarios para definirlo. Todos los valores de las cotas que limitan el Sketch serán

parametrizados. Para ello, al generar la cota se hace clic con el botón derecho del ratón sobre el valor

numérico y se selecciona la opción Edit formula. Filtrando en User parameters se escoge el

parámetro al que se refiera y se acepta. Se repite el mismo proceso con cada una de las cotas

obteniendo en el árbol una nueva pestaña llamada Relations en la que se observan las relaciones

creadas.

Figura 55. Sketch modelo de los engranajes cilíndricos [16]

Como se explicó en el apartado 3.3.4.1 y 3.3.4.2 se toman los valores de los engranajes presentados

en la tabla y además dado que no se conocía ningún dato sobre los dientes salvo lo observable se

define su geometría bajo la hipótesis de dientes normales siguiendo la normativa. Todos los cálculos

pertinentes se realizan en documentos Excel ya que se encuentran relacionados.

Una vez obtenidos, se compilan en un Excel nuevo, por columnas y en el mismo orden en que fueron

definidos en CATIA, los nombres con los que se denomina a cada parámetro en el Sketch. En las filas

que siguen se colocan lo valores logrados para cada engranaje. Es importante que se introduzcan en

metros ya que el programa los convierte de esta unidad a milímetros.

73

Para incluir la tabla y generar todo el conjunto de ruedas se hace uso del comando Design Table que

permite crear una tabla de datos nueva o vincular una existente. Vinculando el archivo Excel y

asociando los parámetros de CATIA con los de la tabla de forma manual se establece la relación entre

ellos.

Una vez realizado, aparecerá en el árbol de procesos la pestaña Design Table. Haciendo doble clic

sobre ella se accede a la tabla de valores donde se puede seleccionar la fila de datos del engranaje

que se desee. Esta es la parte sistemática del proceso de modelado de cada rueda.

Figura 56. Sketch del engranaje A [16]

Figura 57. Sketch del engranaje F [16]

Una vez seleccionado en la tabla la rueda de trabajo, este Catpart se guardará con su letra y se

trabajará particularizando cada engranaje con su número de dientes, grosor y aspectos de diseño.

74

El primer paso será generar los dientes que faltan. Para ello, se selecciona el perfil del diente dentro

del Sketch y se acciona el comando Rotation Definition. Se puede decir que resulta análogo al

comando Circular Pattern pero aplicado a procesos en 2D. Otra diferencia es que el valor introducido

en Instance(s) no es el número total de dientes Z sino Z-1 ya que el diente inicial que se dibujó ha de

considerarse. Para que se repartan uniformemente se introduce en Angle el valor resultado de

360°/Z. Para completar el proceso se eliminan las partes de la circunferencia interior que sobran y

se aplica un Pad al Sketch con la anchura de la pieza.

Figura 58. Generación del número de dientes Z [16]

El engranaje se completa añadiendo los detalles de diseño. Estos no se conocen salvo por haber sido

observados detalladamente en las fotografías tomadas in situ. Se establecen las medidas según el

tipo de formato de manera que piezas con el mismo diseño cumplan las mismas pautas. Los tipos de

acabados se muestran en las figuras 59, 60, 61 y 62.

El más sencillo consiste en un MultiPad que genera el tope de la pieza. En los diseños más elaborados

se parte de un Sketch sobre la superficie de la rueda. Este dibujo se multiplica las veces necesarias

mediante la función Rotation Definition. Finalmente se realiza un MultiPocket para eliminar el

material sobrante y conformar las distintas profundidades. En el caso del engranaje X se sustituye

este comando por dos Pocket, uno para realizar los huecos y otro para los agujeros circulares que se

multiplican mediante la función Circular Pattern.

75

Figura 59. Engranaje A [16]

Figura 60. Engranaje B [16]

Figura 61. Engranaje D [16]

76

Figura 62. Engranaje X [16]

Figura 63. Detalle del Multi-Pocket sobre el engranaje B [16]

77

5.1.4.3.2 Co nicos

Los engranajes cónicos son algo más complicados de elaborar ya que no permiten una

parametrización tan sistemática. A su favor hay que decir que son numéricamente inferiores por lo

que resulta viable obtenerlos de manera más individualizada.

Aun así, se introducen parámetros en CATIA de la misma manera que se desarrolló en el punto

anterior. Inicialmente se tendrán dos Sketches modelo con los que obtener los engranajes cónicos

estándar. El primer Sketch define los diámetros relacionados con la posición de los dientes y la

proporción que seguirán. Se usa en todo momento como referencia. El segundo se encuentra

limitado por el anterior y define el cuerpo de la rueda. Los casos especiales se analizan

particularmente realizando las modificaciones necesarias sobre los Sketch y parámetros. Una vez

completados se genera el cuerpo revolucionando el segundo Sketch con la función Shaft.

Figura 64. Sketches de partida superpuestos [16]

Figura 65. Variante de los Sketches modelo superpuestos [16]

78

Para terminar, se modelan los dientes. Es importante destacar que en este tipo de ruedas no son

constantes, disminuyen proporcionalmente desde el diámetro mayor al menor del tronco de cono.

Para su construcción, se crea un plano auxiliar tangente al primer Sketch en su extremo más largo.

Sobre este plano se dibuja en un Sketch nuevo el perfil del diente y se fijan sus parámetros. Con el

módulo Wireframe and Surface Design se activa la función Translate que permite duplicar el Sketch

del diente y posicionarlo en el extremo menor. Como debe encajar a la perfección se calcula la

proporción entre las líneas que dan altura al primer Sketch y se obtiene así la escala de reducción

que debe tener el diente. Aplicando la función Scaling al diente trasladado es posible reducir dicho

Sketch con la escala calculada sin mostrar el original. Una vez obtenido, se aplica el comando Multi-

sections Solid que genera material entre dos secciones y en este caso da lugar al diente. Por último,

se aplica Circular Pattern a la operación anterior y se genera el número total de dientes.

Figura 66. Detalle del Skecth del diente [16]

Figura 67. Detalle del comando Multi-Sections Solid [16]

79

Figura 68. Engranaje I&J [16]

Figura 69. Engranaje V [16]

80

5.1.4.4 Tambor

El tambor para el cable tiene 940 milímetros de diámetro y está acanalado en espiral, a derecha e

izquierda, para recibir dos partes del cable. Además, se mueve rígidamente con el engranaje D por

lo que deberá tener una superficie sobre la que éste apoye.

Se diseña mediante las herramientas Pad y MultiPad para dar lugar a las distintas superficies

teniendo en cuenta que no es macizo por dentro. Para afinar su extremo izquierdo se crea un Sketch

en un plano perpendicular a la superficie y se genera material aplicando la función Shaft alrededor

de su eje vertical. Para integrar una pieza sobre otra se redondea el borde con la herramienta Edge

Fillet.

Se incluyen en ambos extremos unos agujeros como detalles de diseño observados en la pieza

original. Se dibujan en un Sketch sobre la superficie de uno de los extremos y se emplea la

herramienta Pocket profundizando hasta el otro.

Por último, el diseño del acanalado se produce en dos partes, con dos hélices distintas a izquierda y

derecha que deben ser simétricas respecto al centro del tambor. Las hélices se generan en el módulo

Wireframe and Surface Design. Se crean dos Sketches sobre planos auxiliares perpendiculares a cada

hélice en su punto inicial. Se dibuja en cada Sketch un círculo centrado en el punto inicial de la hélice

ya que el acanalado será circular. Con la herramienta Rib cada Sketch recorre la guía que da su hélice

generando el material.

Figura 70. Tambor [16]

81

5.1.4.5 Ejes

La grúa consta de 11 ejes distintos incluyendo el eje central. Para distinguirlos, se denominan con las

letras de los engranajes que sostienen. Se trata de una pieza muy sencilla de modelar. Se construyen

como un cilindro cualquiera aplicando el comando Pad. Lo único que hay que tener en cuenta son

las distintas longitudes y grosores.

Para facilitar el montaje, se han diseñado considerando si se trata de un eje horizontal o vertical a la

hora de escoger el plano sobre el que se dibuja el Sketch. Además, en algunos casos se han añadido

ciertos Pad extra para simular las superficies que limitan o ajustan algunas zonas.

Figura 71. Eje de los engranajes A, E y G [16]

Figura 72.. Eje de los engranajes S y V [16]

5.1.4.6 Carcasas para los ejes verticales

Estas piezas se diseñan de forma libre para dar solución al sostenimiento de los ejes verticales. Se

modelan al final porque algunas medidas dependen de su posición respecto a otras partes del cuerpo

principal.

Se realizan tres soportes. El más grande es el encargado de ligar el cuerpo principal con la cremallera

permitiendo el movimiento rotatorio de la grúa.

82

Poseen una zona con forma de tubo que envuelve al eje y en su superficie exterior una zona de

material que permite fijar la pieza donde se requiera. El modelado de ambas partes se realiza con la

herramienta Pad. En la primera zona se aplica sobre un Sketch con dos círculos concéntricos y en el

mismo plano en el que se generó su eje para facilitar el montaje posterior. La segunda, se lleva a

cabo en un Sketch perpendicular a la superficie con un extremo de la pieza abrazando el perímetro

exterior del tubo y el otro con las medidas y formas necesarias para adaptarse a la superficie a la que

se adhiera. Por último, se realiza un Pocket sobre esta parte de la pieza para respetar su sección.

Figura 73. Soporte del eje vertical OP [16]

Figura 74. Soporte del eje vertical KL [16

83

5.1.5 Cojinetes

Durante toda la fase de modelado, estudiar el funcionamiento de cada componente dentro del

mecanismo global es imprescindible. Marca la diferencia a la hora de completar los vacíos de

información y dar sentido al conjunto que se quiere reproducir. Y, aunque en algunos casos se ha

tenido que reducir el nivel de detalle, se ha intentado llegar a soluciones de compromiso para no

dejar atrás nada conceptualmente importante. Una muestra de ello sucede con el diseño de los

cojinetes.

Los cojinetes se definen como las piezas o conjunto de piezas en que se apoya y gira el eje de un

mecanismo. Toda la actividad de la grúa pasa por la rotación de sus ejes que, rígidamente unidos a

ruedas y piñones, va transmitiéndose. No se describen en ningún documento y, aunque puede

imaginarse como se integran en ciertos puntos de la máquina, no es suficiente para conformarlos ni

extrapolarlos a las distintas zonas. Esta circunstancia fomenta el diseño de un cojinete de bolas

estándar cuyas medidas, de libre decisión, se adaptarán a cada caso concreto. Además, los agujeros

de los soportes están todos diseñados contando con su presencia.

El cojinete se compone de cuatro piezas: bola, anillo interior, anillo exterior y jaula. La mayor

particularidad que tiene es que se modela dentro de un Product (Módulo Assembly Design) en el

que se integran progresivamente sus componentes como distintos Part y se van añadiendo los

parámetros sobre cada uno de ellos. Se incluyen en este punto y no en el siguiente ya que no se

aplica sobre los Part ninguna condición adicional propia de ensamblaje. Simplemente se modelan

como lo que son, un ente formado por un conjunto de piezas.

En primer lugar, se abre Assembly Desing y se denomina Cojinete al Product que vamos a crear.

Como se trata de un diseño paramétrico se activan las pestañas de CATIA necesarias para integrar y

mostrar los parámetros en este módulo. Todos ellos se reflejan en el árbol general, pero se irán

integrando como parámetros externos en las ramas de los Part a los que se asocien. Existen 13 tipos

de cojinetes incluyendo el eje central y la corona de rodillos. El proceso para definirlos y agregar la

tabla de valores es análogo al del apartado 5.1.4.3.1.

El procedimiento consiste en ir agregando los Part vinculados al Product Cojinete. El modelado se

realiza como el de un Catpart cualquiera. La ventaja es que las piezas se irán situando en su posición

dentro del conjunto y pueden servir como referencia para las siguientes.

5.1.5.1 Bola

Se dibuja en un Sketch un cuarto de circunferencia posicionado y parametrizado. Con la herramienta

Shaft se obtiene media esfera sobre la que se realiza un Mirror para completarla. Por último, se aplica

Circular Pattern para obtener el número total de bolas que tendrá el cojinete.

El número de bolas es parámetro del conjunto. A la hora de definirlo es importante especificar que

debe ser del tipo Integer.

84

5.1.5.2 Anillo interior

Es la parte de la pieza que va unida al eje y permite acomodar su movimiento al ser recogido por el

mecanismo de bolas. Se diseña en un Sketch paralelo al de la bola dibujando la sección del anillo.

Aplicando el comando Shaft se genera por revolución y se redondean sus aristas con Edge Fillet.

5.1.5.3 Anillo exterior

Es la parte externa de la pieza sobre la que se transmite el movimiento de las bolas y va unida al

agujero realizado en los soportes para consolidar los ejes. Se diseña igual que el anillo interior, salvo

que éste es externo y por tanto el dibujo de su Sketch será simétrico respecto al anterior.

5.1.5.4 Jaula

Se trata de una superficie definida entre los anillos para mantener la posición de las bolas a una

distancia constante y permitir su rotación. Se modela primero una placa circular usando la

herramienta Shaft sobre un Sketch paralelo a los anteriores. Se completa realizando un Pocket

circular para acoger a la bola y se multiplica con el mismo número de bolas que contenga mediante

la orden Circular Pattern.

Figura 75. Detalle del cojinete del eje IC sin anillo exterior [16]

85

Figura 76. Cojinete del eje IC completo [16]

5.2 Ensamblaje

Finalizado el diseño de cada componente, estos deben ensamblarse para lograr el producto final.

Este paso se efectúa con el módulo Assembly Design que permite montar las piezas creadas

previamente en un archivo denominado Product. Una prestación muy interesante es que pueden

enlazarse piezas del módulo Part Design y del propio Assembly design, es decir, permite el uso de

subconjuntos. Para llamarlas y asociarlas se utiliza la orden Existing Componet sobre el Product que

aparece en el árbol de trabajo. Cada componente aparece colocado respecto al sistema de

referencia del Product pero siendo fiel a sus referencias de modelado original. Por ello, se procuró

durante el diseño crear las piezas sobre los planos en lo que finalmente se iban a encontrar. No

obstante, es posible mover y rotar las piezas en el espacio con el comando Manipulation.

Dado que la cantidad de piezas es extensa, se optó por dividir la maquinaria completa en conjuntos

intermedios y realizar el proceso de ensamblaje de manera progresiva. Es una buena forma de evitar

confusiones derivadas del manejo de muchas piezas sobre un mismo producto.

5.2.1 Subconjuntos

Se especifican siguiendo el orden cronológico de obtención. A medida que se avance, se irán

generando ensamblajes más completos formados por varios subconjuntos que serán los que den

lugar al Product final de la grúa de piedra.

86

5.2.1.1 Corona de rodillos

Es uno de los subconjuntos más laboriosos de montar ya que contiene 16 rodillos y 16 tuercas. Estas

últimas, además, poseen un tamaño reducido con respecto a la corona que dificulta su ajuste.

Una vez llamadas, se colocarán en su posición utilizando dos Constraints. Primero se irán colocando

los rodillos en cada barra estableciendo coincidencia entre sus ejes con el comando Coincidence

Constraint. Para situarlos a la distancia adecuada se usa la orden Offset Constraint que permite

acotar la distancia entre planos de referencia de las piezas o de su propia superficie.

Figura 77. Montaje de los rodillos en la corona [16]

La chapa circular que cierra la corona se sitúa mediante los mismos comandos. Esta vez su eje

coincide con el del agujero de la estructura central y los planos de referencia de esta poseen un

Offset cero con respecto a la pieza de cierre. Finalmente se coloca cada tuerca operando de la misma

forma que con los rodillos.

Figura 78. Detalle del montaje de la corona de rodillos [16]

87

Figura 79. Corona de rodillos completa [16]

5.2.1.2 Viguería base y cojinetes

Las vigas longitudinales poseen tres soportes incluido el que fija el eje central. A todos ellos se les

deberá añadir su cojinete o cojinetes dependiendo de su longitud. En el caso del eje central el

soporte se completará con dos cojinetes en los extremos. En todos los casos se usan las Constraints

Coincidence y Offset para situarlos coincidentes a los ejes de los agujeros donde se hayan y

posicionarlos respecto a sus planos de referencia.

Figura 80. Detalle de los cojinetes situados en la viguería base [16]

88

5.2.1.3 Plataforma y cojinetes

Exactamente igual que en el apartado anterior se colocan los cojinetes en su posición. Como

comentario adicional, al tratarse de una pieza conformada como conjunto, solo se ha cambiado la

denominación del Product para especificar cada cojinete. Esto implica que los nombres de los Part

que lo conforman se mantienen iguales siempre. Ante esto, el programa reacciona a medida que

aparece más de un cojinete por existir piezas con nombres idénticos dentro del mismo conjunto. La

solución puede venir por cambiar el nombre manualmente o que el programa le asigne uno

automático. Para evitar confusiones se deja que sea el programa el que lo modifique.

Figura 81. Chapa base con cojinetes [16]

5.2.1.4 Soporte verticales y cojinetes

Análogamente a los apartados anteriores se colocan los cojinetes en los soportes verticales. El

soporte del eje OPX llevará tres cojinetes, dos en los extremos y uno en el centro. Los demás llevarán

uno situado en el centro del agujero.

Figura 82. Soporte KL con cojinete [16]

89

Figura 83. Soporte VW con cojinete [16]

Figura 84. Soporte OPX con cojinetes [16]

90

5.2.1.5 Cuerpo principal

Este es sin duda el subconjunto más extenso y laborioso. Aglutina el mayor número de piezas por

ser la parte de la grúa que contiene el sistema de engranajes transmisor de los movimientos.

El cuerpo principal comienza con el ensamble de las vigas longitudinales y la plataforma de la

máquina. Esto se realiza mediante las Constraints Coincidence, Offset y Contact. Con las dos primeras

se coloca la plataforma en la posición en la que debe situarse respecto a las vigas. Después se fijan

estableciendo Contact entre la superficie superior de las vigas y la inferior de la plataforma.

Figura 85. Base del cuerpo principal ensamblado [16]

Paralelamente al montaje se irá comprobando en pequeñas etapas que no existe ningún error. Para

ello, se utiliza la herramienta Clash que permite realizar distintos tipos de análisis que detectan como

interactúan los elementos. En este caso, se escogerá el análisis del tipo Contac + Clash y Between all

elements. En él se detecta la relación entre todas las piezas, si se encuentran en contacto o si hacen

Clash, lo que significa que interfieren una sobre otra y ha de corregirse. Los análisis que quieran

guardarse quedarán registrados en la pestaña Applications bajo el nombre Interference.

Figura 86. Detalle del comando de análisis Clash [16]

91

En la etapa siguiente se incorporan paso a paso las líneas de funcionamiento de la máquina con sus

ejes, engranajes y soportes necesarios. De nuevo los comandos usados serán los mencionados al

inicio.

Figura 87. Montaje de las primeras líneas de la máquina [16]

Figura 88. Parte trasera de la maquinaria ensamblada [16]

92

Figura 89. Parte delantera de la maquinaria ensamblada [16]

Figura 90. Cuerpo principal ensamblado [16]

93

5.2.1.6 Cuerpo principal y mecanismo de giro

En último lugar se crea un Product en el que se ensambla al cuerpo principal el mecanismo que

transmite el giro a la corona de rodillos. Está compuesto por el Eje OPX, los engranajes cilíndricos

que le dan nombre al eje y su soporte completo.

El porqué de este subconjunto lo explica la necesidad de afianzar las medidas del soporte OPX, en

principio aproximadas, teniendo en cuenta la unión que ha de tener con los engranajes del cuerpo

principal. Así, el sistema queda casi definido a la espera de acoplarlo al sistema de fundación.

Figura 91. Cuerpo principal y mecanismo de giro [16]

94

5.2.2 Maquinaria completa

El producto final se ensambla alrededor del sistema de fundación.Por ello, la pieza fijada sobre la

que se conformará la Grúa de piedra será su base. Para anclarla al origen se usa el comando Fix

Component.

Con la base fija se sitúan todas las piezas y subconjuntos que conforman el sistema de fundación

incluido el cojinete de la corona de rodillos. De nuevo se repite el uso de los comandos

fundamentales para ello: Coincidence Constraint, Offset Constraint y Contact Constraint.

Figura 92. Detalle del ensamblaje del sistema de fundación [16]

Aunque en este módulo no se simula el movimiento del mecanismo, se ha procurado respetar,

mediante las herramientas disponibles, que las piezas ensamblaran manteniendo su cinemática.

Para que una pieza se mueva solidaria con el movimiento de otra se usa la orden Offset Constraint.

Se aplica con valor cero entre los planos paralelos de referencia de ambas piezas que contengan su

eje de rotación.

Una forma de comprobar que las Constraits se adecúan bien a lo que se requiere es marcar la

pestaña “With respect to constraints” dentro de la orden Manipulation.

95

Figura 93. Parte del ensamblado del sistema de fundación [16]

Figura 94. Ensamblado completo del sistema de fundación de la grúa [16]

96

Constituido el sistema de fundación se añade y ajusta el subconjunto del cuerpo principal más el

mecanismo de giro que transmite los movimientos del cuerpo principal a las partes móviles del

sistema de fundación mediante la cremallera.

Figura 95. Maquinaria interna de la Grúa de Piedra [16]

Para obtener una imagen más realista de la grúa se asigna el mismo material a todas las piezas de la

maquinaria a excepción de la base, que ya lo tenía asignado. Con la herramienta Photo Studio Easy

Tools se obtiene una imagen de ella renderizada y situada en la bahía de Santander.

97

Figura 96. Maquinaria de la Grúa de Piedra renderizada [16]

Figura 97. Fotografía de la Grúa de Piedra original [8]

98

5.3 Simulación de movimientos

El último objetivo del presente proyecto es darle vida a la maquinaria. Para estudiar la cinemática se

utiliza el módulo DMU Kinematics. La unidad contiene variedad de articulaciones que imitan el

comportamiento real. También permite generar restricciones automáticas a partir de las Constraits

aplicadas en Assembly Design, opción que en este caso no conviene por falta de precisión.

Aunque tienen connotaciones distintas, los requisitos cinemáticos de este módulo, denominados

Joints, son algo similar a lo que suponían las Constraints en Assembly Design. Para que las

condiciones aplicadas puedan llegar a simularse, el sistema de piezas tiene que conformar un

mecanismo. Debido al desconocimiento previo, el ensamblaje original no respondía a esta premisa.

Para empezar, esta unidad no detecta las piezas dentro de un subconjunto si este ha sido creado

previamente y llamado a un producto más complejo.

Para que el conjunto sea considerado un mecanismo tiene que existir una pieza fija sobre la que las

demás se muevan. En este punto llega el segundo hándicap ya que existen varias piezas de distintos

Part ensambladas entre sí que soportan los movimientos. Al fijar una sola de ellas, los joints

asociados a las otras no se detectan dentro del mismo conjunto y en muchos casos no pueden llegar

ni a configurarse.

Es cierto que, tal y como ha sido concebida, es inviable simular su funcionamiento como un único

mecanismo, aunque lo sea. Por otro lado, tampoco tendría sentido haber modelado todos los

soportes sobre un mismo Part para poder conseguirlo.

Dado que la simulación no tiene ningún fin analítico y únicamente pretende reproducir de forma

visual el comportamiento, se obtiene la siguiente solución: generar los mecanismos individuales en

su orden de aparición. Esto resuelve el problema ya que el comando Simulation permite compilar

las simulaciones de varios mecanismos y reproducirlas simultáneamente. Entonces, una vez

gestados, se ajustarán sus pantallas de simulación para que conecten produciendo el movimiento.

Figura 98. Detalle del comando Simulation con varios mecanismos [16]

99

A la hora de elaborarlos, el primer paso será establecer su pieza fija con el comando Fixed Part. En la

barra Kinimetics Joints se encuentran todas las herramientas requeridas que se irán repitiendo y

adaptando según la situación.

• Revolute Joint [ ]: Herramienta que permite asignarle a la pieza un grado de libertad en

su giro con respecto a otra. Muy apropiado para simular la fuerza motriz que hace girar los

ejes.

• Rigid Joint [ ]: Restricción que establece el movimiento rígido de una pieza sobre otra.

Resulta muy útil para enlazar el movimiento de los engranajes con el de sus ejes.

• Gear Joint [ ]: Se trata del comando que permite transmitir el movimiento entre

engranajes sujetos a distintos ejes.

Para finalizar, a través de la unidad Photo Studio se obtienen en archivo de vídeo todas las

simulaciones que se quieran. En ellas, la máquina aparece mostrando su acabado. Este módulo

permite múltiples opciones de imagen, iluminación y posicionamiento de cámaras con las que

enfocar la máquina en el ángulo que se precise.

100

6 CONCLUSIONES

Al término de este proyecto, la perspectiva que se tiene cubre diferentes ámbitos. Todos ellos, sin

duda, con alto valor de enriquecimiento académico.

En el aspecto personal, ha sido un placer enfrentarse al último peldaño de la carrera desarrollando

un trabajo que tiene mucho que ver con su autora, tanto técnica como personalmente. Se ha visto

recompensado el esfuerzo al lograr todos los objetivos propuestos antes de saber si eran

completamente posibles. En el camino para lograrlo, se han desarrollado múltiples capacidades

relacionadas con cada fase: la investigación y búsqueda de información previa que, entre otras cosas,

dio lugar a una visita excepcional al interior de la Grúa de Piedra; la interpretación de todo el material

ingenieril de la época -extrapolando más información de la que parecía contener-, la toma de

decisiones importantes en la dirección de trabajo para solventar lagunas en la información que, sin

duda, potencian la sensación de ser ingenieros de nuestro propio proyecto. La mejora en el

conocimiento y habilidades, aun siendo sólo una pequeña parcela dentro de sus posibilidades, de un

programa trabajado en la carrera, han sido sin duda el mayor de los incentivos en este proyecto.

Desde el punto de vista técnico y teórico, se ha experimentado un crecimiento tangible de forma

progresiva. Ejemplos significativos de ello son los caminos usados para diseñar las piezas, mejorados

a medida que se fue avanzando en el manejo y, por supuesto, el alcance de información que

contenían los tres planos y memoria originales, con los que finalmente se ha conseguido entender y

modelar partes ya inexistentes.

En relación con lo anterior, ha sido un proceso muy iterativo en el que funcionamiento y diseño han

estado ligados continuamente. Al no disponer de planos con cada detalle era indispensable entender

el porqué de las piezas para poder esbozarlas y modelarlas en CATIA. Se ha ido desentrañando el

conjunto a base de hacerse preguntas, buscar soluciones e ir corrigiendo los defectos hasta obtener

un producto conforme a los movimientos de la máquina. Muchas de las cotas aparecían con una

estructura en desuso, cuyo significado se ha tenido que ir confirmando. Un hecho vital que marcó

un punto de inflexión fue el acceso a su interior. Las fotografías y vídeos obtenidos, analizados

numerosas veces, dotaron al plano de una imagen espacial que antes no tenía. A pesar de ello, como

ya se comentó, la máquina de vapor fue sustituida por motores eléctricos eliminando todas las

partes del sistema en las que intervienen los engranajes cónicos. Aunque al principio fue un reto con

resultado incierto, terminó siendo superado.

Además, se han tomado decisiones teóricas importantes que no se corresponden literalmente con

lo dicho en los planos. Esto ha sido así ya que, tras estudiarlo minuciosamente, no se conseguía

encontrar congruencia con la teoría que se maneja y se ha considerado que ésta debía ser respetada.

Por último, se quiere comentar la magnitud del programa CATIA. Ha sido gratificante fusionar lo

vanguard del Software con lo vintage del conjunto. En este pequeño viaje, en el que se ha trabajado

con cuatro de sus módulos, la autora no podía siquiera imaginar lo que podría llegar a realizar.

101

7 ESTUDIOS FUTUROS

En este último capítulo se aportan ideas y directrices que podrían realizarse en un futuro. Se

presentan tanto para completar este proyecto y mejorarlo como para ofrecer nuevas alternativas.

• Realizar el modelado de la Grúa de Piedra completo añadiendo el guindaste, la pluma, las

poleas, los contrapesos y la caseta que cubre la maquinaria. Añadirle también mejoras al

modelado de la maquinaria interna completándola con los sistemas que han sido

simplificados: palancas para accionar los engranajes, sistema de freno, caldera, etc.

• Realizar el estudio y consecuente modelado en CATIA V5 de la maquinaría interna de la Grúa

de Piedra modificada para accionarse mediante motores eléctricos.

• Realizar el estudio y consecuente modelado en CATIA V5 de la adaptación de la maquinaría

interna de la Grúa de Piedra a la tecnología actual.

• Incorporar un conjunto de planos actualizados y detallados que muestren la máquina con

las modificaciones realizadas hasta su último uso.

• Rehacer ciertas piezas o ensamblajes de manera que mejore su montaje y su simulación

posterior pueda realizarse como un único mecanismo.

• Estudiar minuciosamente las prestaciones de los análisis que tienen las unidades de CATIA

V5 con las que se ha trabajado.

• Desarrollar en profundidad un estudio en el que se plasme la evolución que han sufrido este

tipo de máquinas con ánimo de compararlo con la grúa adquirida por el Puerto de Santander

en 1986.

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8 BIBLIOGRAFÍA

[1] EL DIARIO MONTAÑÉS (14 de abril de 1996)

[2] AUTORIDAD PORTUARIA DE SANTANDER (1998). La memoria del territorio. Atlas histórico de

Santander y su Puerto.

[3] Ayer, hoy y mañana. La modernización del puerto de Santander 1985-2005.

[4] GIL DE ARRIBA C. (2002). Ciudad e imagen: un estudio geográfico sobre las representaciones

sociales del espacio urbano de Santander.

[5] QUINTANILLA, JM. (1982). Nueva guía de Santander y la Montaña.

[6] ARCHIVO DEL PUERTO DE SANTANDER. Publicación interna y archivos cedidos.

[7] EL TOMAVISTAS DE SANTANDER. <www.eltomavistasdesantander.com>

[8] ESCENAS DE SANTANDER. <escenasdesantander.blogspot.com>

[9] DASSAULT SYSTÈMES. <www.3ds.com>

[10] DASSAULT AVIATION. <www.dassault-aviation.com>

[11] DEL RÍO CIDONCHA M.G, MARTÍNEZ LOMAS M.E, MARTÍNEZ PALACIOS J., PÉREZ DÍAZ S. El libro

de Catia V5: Módulos Part Design, Wireframe and Surface ..., Volumen 5.

[12] PINTOR BOROBIA J.M. Apuntes de la asignatura: Teoría de máquinas de 3º de ingeniería

Industrial. Tema 8: Mecanismos de contacto directo: Engranajes.

[13] WIKIPEDIA. < es.wikipedia.org>

[14] GOOGLE IMÁGENES. <www.google.com>

[15] YOUTUBE. <www.youtube.com>

[16] MATERIAL PROPIO DE LA AUTORA