Diseño vehicular
De acuerdo a los ejemplos antes mostrados y a los tipos de mercancías
que se trasladan y debido a que la presente investigación se centra en la
relación del sobrepeso y las densidades de la carga que se transporta en las
configuraciones vehiculares del tipo caja seca (remolques y semirremolques),
solo se trabajará con carga sólida y la carga líquida se deja para posteriores
investigaciones; las cargas que se utilizan como ejemplo en este capítulo para
mostrar los efectos en el peso al momento de rediseñar las configuraciones
vehiculares en estudio, son: el azufre, la sal fina, el maíz y el café, estas
cargas son transportadas en costales de 50 kilogramos, ya que, por sus
características físicas y necesidades de entrega (del centro de distribución a
los consumidores finales) requieren un envasado que maximice las operaciones de
su manejo.
5.1. Factor de carga
Un factor de carga es la relación que existe entre la densidad de la
mercancía a transportar y la densidad critica de la configuración vehicular
utilizada para el traslado de la mercancía, esto significa que las mercancías
que cuentan con densidades iguales a las densidades criticas del vehículo que
las transporta y a su vez utilizan todo el volumen disponible de la unidad
serán trasladadas sin incurrir en sobrepeso. A medida que se cambia la
capacidad volumétrica de los remolques y semirremolques, también se modifican
las densidades críticas de las configuraciones vehiculares; el semirremolque de
tres ejes (S3) cuenta con un volumen total de 66.20 m3 y una
densidad crítica de 0.530 t/m3, y la configuración semirremolque de
dos ejes con remolque de cuatro ejes (S2-R4), tiene un volumen total de 132.40
m3 y una densidad crítica de 0.363 t/m3.
Para que un semirremolque de tres ejes no incurra en sobrepeso al
momento de utilizar el volumen total disponible, debe transportar mercancías
con densidades menores o iguales a su densidad crítica (0.530 t/m3); de igual forma
para la configuración del semirremolque con remolque (S2-R4), el cual debe
transportar carga con densidades menores o iguales a 0.363 t/m3, al momento de
utilizar todo el volumen disponible de las cajas.
Muy pocos tipos de carga tienen densidades menores y las densidades de
la mercancía en estudio varían de 0.56 t/m3 a 2.0 t/m3, lo que implica,
factores de carga mayores a la unidad, es decir, un exceso de carga se presenta
al utilizar todo el volumen disponible en las configuraciones vehiculares antes
mencionadas, lo que sugiere un rediseño de los remolques y semirremolques en
estudio; el diseño de estos vehículos de arrastre puede llevarse a cabo por
cortes en la caja en tres diferentes posiciones, los cuales serán mencionados
en el punto 5.3.
5.2. Estabilidad vehicular
El nivel de estabilidad de los vehículos, depende de las características
de diseño y operación de los mismos; El diseño de las cajas de los remolques y
semirremolques implica también el estudio de los tres diferentes tipos de corte
antes mencionados, estos cortes tienen relación directa con las fuerzas
inmersas en el movimiento vehicular (fuerza aerodinámica, fuerza por pendiente,
fuerza de resistencia al rodamiento y fuerza de inercia) y con tres
desplazamientos lineales en vehículos pesados: x, y, y z;
estos desplazamientos (oscilaciones) pueden ser claramente representados sobre
el plano vertical longitudinal, sobre el plano transversal y sobre el plano
horizontal; las oscilaciones de los cuerpos vehiculares están asociadas a la
estabilidad de la carga, y por ende, con la seguridad vial; entre las tres
posibles oscilaciones de los vehículos de carga, la oscilación lateral es la
más importantes, ya que, está relacionada con diversos accidentes,
particularmente del tipo volcadura; las posibles oscilaciones de las masas se
muestran gráficamente en la figura 5.1; estas oscilaciones se diferencian al
presentarse de un camión no articulado a un camión articulado (T3-S3) y la
diferencia se incrementa aun mas, cuando se trata de un camión doblemente
articulado (T3-S2-R4); sin embrago, estas oscilaciones siempre se presentan
independientemente del tipo de configuración vehicular y del tipo de carga que
se transporta.
Figura 5. 1. Diferentes tipos de oscilaciones de un tractocamión
semirremolque (T3-S3)
Fuente: Con base a publicación Técnica No. 220, Instituto Mexicano del
Transporte.
La figura anterior muestra las diferentes oscilaciones que se presentan
específicamente en el semirremolque, sin embargo, en los vehículos articulados
las oscilaciones se presentan en cada uno de los cuerpos que componen la
configuración vehicular; para la configuración T3-S3, existen tres oscilaciones
en el tractor (T) y tres oscilaciones en el semirremolque (S); en cuanto a los
vehículos doblemente articulados, las oscilaciones se presentan en los tres
cuerpos de la configuración (tractocamión-semirremolque-remolque), la figura
5.2 muestra las tres oscilaciones que se presentan en cada cuerpo de la
configuración T3-S2-R4.
Figura 5. 2. Tipos de oscilaciones en la configuración vehicular
T3-S2-R4
Fuente: Con base a publicación Técnica No. 220. Del IMT,
Es importante mencionar que las oscilaciones antes descritas estarán
presentes independientemente del número de ejes con que cuente el tractor, el
semirremolque o el remolque; el número de neumáticos si repercute de manera
directa a la estabilidad de los vehículos pesados, las figuras 5.3 y 5.4
muestran gráficamente la influencia que tiene la cantidad de neumáticos,
específicamente en la estabilidad lateral de los vehículos pesados.
Figura 5. 3. Oscilación lateral y tendencia a la volcadura de un
vehículo pesado
Fuente: Elaboración propia
Figura. 5. 4. Incremento del apoyo neumático de un vehículo pesado
Fuente: Elaboración propia
La figura 5.4, muestra la oscilación lateral de un vehículo pesado
considerando los anchos que integran las bases de los neumáticos como un factor
clave en la disminución de volcaduras de vehículos con exceso de peso y en la
disminución del daño al camino.
Se sabe que las perturbaciones provocadas por las llantas a las
oscilaciones de la caja del remolque o semirremolque se deben a fallas del
balance o falta de concentricidad y uniformidad del sistema que integra la
suspensión de los ejes con las llantas, un desbalance en las ruedas influirá
directamente a las oscilaciones laterales del carro de arrastre; la frecuencia
de excitación como resultado del desbalance de las ruedas depende de la
velocidad del vehículo y del diámetro de la rueda, esta frecuencia está dada
por la ecuación número 5.1.
……………………………………………………ecu. (5.1)
Donde:
V= velocidad del vehículo
r= radio del neumático
Al presentarse las perturbaciones en los elementos de la suspensión del
vehículo de arrastre, a cada extremo de cada eje se presenta entonces una
perturbación síncrona la cual puede ser disminuida al momento de integrar un
juego más de llantas o dos juegos en cada eje del remolque o semirremolque. La
figura 5.5 muestra las fuerzas centrifugas de los puntos pesados en los
extremos de los ejes, cuyo valor varía de acuerdo al número de neumáticos con
los que cuenta el eje.
Figura 5. 5. Fuerzas centrifugas por efecto de las perturbaciones en los
extremos de un eje
Fuente: Elaboración propia
El número de llantas, además de repartir las cargas en un punto mayor,
ayuda a disminuir las fuerzas centrifugas y con ello disminuye la frecuencia de
excitación (fdr) provocada por el desbalance de los neumáticos. La figura 5. 6 ilustra
el efecto del número de llantas en el eje a la fuerza de excitación de un
vehículo que se mueve a cierta velocidad utilizando un determinado diámetro de
la rueda.
Figura 5. 6. El efecto de contar con más llantas en los ejes vehiculares
Fuente: Elaboración propia
Las configuraciones vehiculares que utilizan menos de dos llantas en los
extremos de sus ejes experimentan una frecuencia de excitación mayor comparada
con la frecuencia de excitación de los ejes vehiculares que tienen más de dos
llantas en sus extremos.
La frecuencia de excitación varía desde un mínimo de 4.4 Hz, incrementándose
a medida que se incrementa la velocidad; el numero de llantas repercute y
modifica de manera significativa la formula antes descrita, ya que, cuando
ocurre un desbalance en un neumático, la excitación que repercute a la
oscilación lateral por este neumático puede ser disminuida por el otro que
integra el extremo del eje; así, cuando son utilizados dos neumáticos en cada
extremo del eje, y solo un neumático de un extremo se encuentra desbalanceado,
la fuerza (frecuencia) de excitación será la mitad de la fuerza que se
experimenta cuando se tienen los cuatro neumáticos con fallas de balance, es
decir, la frecuencia de excitación es disminuida por el neumático que no tiene
problemas de balance (ver figura 5.6).
Para la Figura 5.6, la frecuencia de excitación varía de acuerdo al
número de ruedas con fallas de balance en cada extremo del eje vehicular, para
este caso la fuerza de excitación está dada por dos fuerzas centrifugas en un
extremo del eje, entre las dos fuerzas en el otro extremo del eje.
La figura 5.7 muestra las fallas de balance en tres neumáticos, cuyo eje
completo cuenta con cuatro llantas, en este caso, la frecuencia de excitación
varia un medio (1/2) de acuerdo a la frecuencia de excitación existente en un
eje con los cuatro neumáticos con fallas de balance (ver figura 5.6).
Figura 5. 7. Fallas de estabilidad en tres de las cuatro ruedas de un
eje vehicular
Fuente: Elaboración propia
Las fallas neumáticas pueden presentarse en la totalidad de las llantas
con que cuenta el eje, o solo en algunas de ellas, lo que indica una variación
en la frecuencia de excitación y que es experimentada por el sistema de
suspensión del vehículo; la figura 5.8 muestra la falla del balance en la rueda
interior del extremo del eje vehicular.
Figura 5. 8. Fallas de estabilidad en tres de las cuatro ruedas de un
eje vehicular (caso 2)
Fuente: Elaboración propia
Tomando en cuenta el análisis anterior, la formula de la frecuencia de
excitación (fdr) por neumáticos es directamente proporcional al número de llantas con
fallas de balance entre el menor número de neumáticos que existen en el extremo
del eje vehicular; matemáticamente la formula se expresa como se describe a
continuación.
……………………………………………ecu. (5.2)
Donde;
Nb= Número de neumáticos con fallas de balance
Ne= Número de neumáticos en el extremo del eje
La posición del neumático con fallas de balance puede estar en la parte
externa o interna del eje, sin embargo, la posición no repercute en el
resultado de la frecuencia de excitación antes mostrada.
Nótese que la participación del número de llantas en el eje repercute
notoriamente en el valor de la frecuencia de excitación; dicho valor se eleva
aun más cuando se poncha alguna llanta, ya que la razón del cociente aumenta a
números enteros, por ejemplo, cuando se tiene un eje con dos llantas en cada
extremo, las cuales tiene fallas de balance, y en cierto tiempo se pincha una
de sus ruedas, entonces se tiene un total de tres ruedas, por lo tanto, la
razón de la participación del número de llantas a la frecuencia de excitación
será de dos a uno (2/1), es decir, se duplica la frecuencia de excitación por
la pinchadura de una llanta (en el eje de cuatro ruedas) al viajar a cierta
velocidad y con cierto diámetro de rueda.; un factor que también influye en la frecuencia
de excitación del sistema de suspensión y a la oscilación lateral de los
vehículos es la rugosidad del pavimento por donde transitan los vehículos, la
rugosidad se presenta en cualquier tipo de carpeta de rodamiento y pueden ser
bajo, medio o alto, su valor depende de la simetría de las pistas de rodadura;
la rugosidad provoca la vibración del vehículo tanto de manera vertical como de
oscilación lateral. La perturbación de la oscilación lateral se debe a la
diferencia en el nivel del piso por donde circulan las bandas de rodadura de
las llantas; entre más pequeñas y continuas sean las irregularidades del
terreno mayor frecuencia de oscilación y por tanto, mayor riesgo de sufrir
volcadura de la unidad.
5.3. Las dimensiones vehiculares y la oscilación
lateral
El grado de la oscilación lateral de los vehículos pesados también está
relacionado con las dimensiones volumétricas de los remolques y semirremolques
tipo caja seca, por ello, se recomienda el análisis de la densidad de la carga
contra la capacidad volumétrica vehicular; en dicho análisis debe conocerse el
factor de carga vehicular, cuyos valores no deben ser mayores a la unidad, ya
que, como se ha mencionado, el vehículo cargado y completamente lleno
experimentaría exceso de peso, lo cual, se traduce en mayores fuerzas que el
motor está obligado a vencer, mayor grado de oscilación lateral, mayor riesgo
de sufrir volcadura y mayor daño al camino.
5.3.1. El peralte y la altura vehicular
Sobre una curva nivelada la fuerza central debe ser suministrada por la
fuerza de fricción entre el vehículo y la superficie de rodamiento, sin
embargo, si el camino esta peraltado a un angulo , como lo muestra la figura
5.9, la fuerza normal N, cuenta con una componente horizontal Nsen, apuntando
hacia el centro de la trayectoria de la curva; suponiendo que solo esta
componente proporciona la fuerza central, entonces, el ángulo de peralte que
resulte sera uno para el cual no se requiera fuerza de friccción, esto es, una
configuración vehicular que se mueve a la velocidad para la cual se proyecto el
ángulo de peralte no sufrirá patinaje o volcadura.
Figura 5. 9. Fuerzas en una curva peraltada
Fuente: Elaboración propia
Tomando en consideración la ecuación de la aceleración de una particula
con trayectoria circular r, con velocidad uniforme v, se tiene:
…………………………………………………………ecu. (5.3)
Aplicando la segunda ley de Newton, se encuentra que la fuerza radial
es:
………………………………………….……ecu. (5.4)
Para este caso la fuerza radial es la fuerza normal multiplicada por el
seno de alfa (Nsen), luego entonces la ecuación 5.4 queda como sigue:
………………………………………….………ecu. (5.5)
Como el vehículo no se mueve en dirección vertical, significa que esta
en equilibrio, es decir:
………………………………………….…..……ecu. (5.6)
Dividiendo la ecuación 5.5 y 5.6, se obtiene:
, eliminando terminos semejantes, queda:
……………..…………………………….…..……ecu. (5.7)
Las ecuaciones anteriores muestran la importancia de tomar en cuenta el
radio de curvatura y la velocidad de proyecto para el ángulo de peralte en
curvas, el problema es aun mayor cuando la carretera cuenta con tránsito mixto
(vehículos ligeros y pesados).
Como lo muestra la ecuación 5.7, al momento de peraltar una curva no se
toma en cuenta el peso de vehículo, pero si debe tomarse en cuenta la altura de
la caja de los vehículos de carga, ya que, esta repercute en la oscilación
lateral y por ende, en los accidentes del tipo volcadura, la figura 5.10,
muestra la incidencia del ángulo de peralte de las curvas y la altura del carro
de arrastre en la oscilación lateral.
Figura 5. 10. Punto de equilibrio de un vehículo de carga
Fuente: Elaboración propia
El punto de equilibrio reparte las areas de carga en dos puntos
diferentes con la vertical, es decir, cuando el punto de equilibrio sale del
lado donde nace el ángulo de peralte habra mayor posibilidad de volcadura, la
figura 5.11 muestra el desfase del punto de equilibrio por aumento de la altura
de remolques o semirremolques tipo caja seca.
Figura 5. 11. Desfase negativo del punto de equilibrio de la carga
Fuente: Elaboración propia
El desfase del punto de equilibrio puede ser positivo o negativo, es
decir, que un desfase positivo es aquel en el cual la posibilidad de volcadura
disminuye; a continuación se muestra graficamente el punto de equilibrio
positivo de carros de arrastre del autotransporte.
Figura 5. 12. Desfase positivo del punto de equilibrio de la carga
Fuente: Elaboración propia
Considerando que las dimensiones vehiculares no pueden ser aumentadas
por cuestiones de seguridad y considerando el Reglamento de Pesos, Dimensiones
y Capacidades del Autotransporte, se analiza la posibilidad de la disminución
del volumen total de los remolques y semirremolques, para ello, es necesario el
análisis de los tres posibles cortes mencionados anteriormente, este análisis
se realiza conforme a la posibilidad de disminuir la oscilación lateral, el
sobrepeso y la fuerza aerodinámica de arrastre cuyo valor aumenta a medida que
se incrementa la velocidad y el área frontal del vehículo; el área frontal de
las configuraciones vehiculares articuladas y doblemente articuladas (T3-S3 y
T3-S2-R4) son de 9.136 m2 y cuentan con un coeficiente
aerodinámico de arrastre 0.630.
·
Corte lateral
El corte lateral es la disminución del volumen de la caja del remolque o
semirremolque por un uno de sus lados, dicho corte ayuda a minimizar el área
frontal del vehículo y por ende la fuerza aerodinámica de arrastre también se
minimiza; un corte del tipo lateral disminuye la estabilidad de la caja por el
corte de su base, la figura 5.13 muestra el corte lateral de la caja de los
vehículos de arrastre.
Figura 5. 13. Representación grafica del corte lateral de la caja de un
vehículo de arrastre
Fuente: Elaboración propia
·
Corte frontal
Un corte frontal no disminuye el área frontal del vehículo de arrastre,
lo que significa que la fuerza aerodinámica de arrastre tampoco disminuye y la
oscilación lateral no tiene ningún tipo de cambio ya que solo se minimiza el largo
de la caja del carro. La figura 5.14 muestra el corte frontal de los remolques
en estudio.
Figura 5. 14. Representación grafica del corte frontal de la caja de un
vehículo de arrastre
Fuente: Elaboración propia
·
Corte transversal
El corte transversal es la mejor opción en cuanto a la disminución del
volumen vehicular para las configuraciones T3-S3 y T3-S2-R4, ya que, al
disminuir la altura de la caja, disminuye la oscilación lateral
significativamente y reduce el área frontal, lo que significa que la fuerza
aerodinámica de arrastre también se reduce y los beneficios que tiene este tipo
de corte son mayores a cualquier otro tipo de corte sugerido anteriormente; el
corte transversal se muestra en la figura 5.15.
Figura 5. 15. Representación grafica del corte transversal de la caja de
un vehículo de arrastre
Fuente: Elaboración propia
Un corte transversal se refleja en ahorros de combustible debido a la
disminución de la resistencia al movimiento por efecto del área frontal, además
que este corte ayuda al monitoreo de unidades en movimiento, ya que, las
unidades con menores volumenes y que transportan carga utilizando todo el
espacio disponible en el carro de arrastre con densidades menores o iguales a
la densidad critica del vehículo, no incurren en sobrepeso, por lo que no es
necesario parar la unidad en áreas de pesaje, esto a su vez, ayuda a disminuir
el tiempo en el manejo y en el transporte de la mercancía.
El grado de oscilación de los vehículos pesados depende de las
irregularidades del terreno, de la frecuencia de excitación y de la altura de
la caja; la frecuencia de excitación es el resultado de las fallas del balance
en los neumáticos y de la rugosidad de la vialidad, y los accidentes del tipo
volcadura depende en gran medida de la altura de la caja y de las demás
variables ya mencionadas.
5.4. El acomodo de la carga
Otro de los aspectos importantes en el estudio de la oscilación lateral
de los vehículos de carga es el acomodo de la mercancía; el problema del
acomodo es mayor cuando la mercancía a transportar no utiliza todo el volumen
disponible en el vehículo de arrastre.
Figura 5. 16. Primer forma incorrecta del acomodo de la carga
Fuente: Elaboración propia
Figura 5. 17. Segunda forma incorrecta del acomodo de la carga
Fuente: Elaboración propia
Figura 5. 18. Tercera forma incorrecta del acomodo de la carga
Fuente: Elaboración propia
Figura 5. 19. Forma correcta del acomodo de la carga
Fuente: Elaboración propia
La figuras 5.16, 5.17 y 5.18 muestran los diferentes acomodos
incorrectos de la carga, estos acomodos son recomendables para remolques tipo
patineta, donde los costales deben ir amarrados a la base del remolque o
semirremolque; la figura 5.19 muestra el acomodo de la mercancía de manera
correcta.
5.5. La influencia de la estiba en el peso del
vehículo
De los cuatro tipos de carga analizados (azufre, sal fina, maíz y café),
solo el café representaría un factor de carga igual a la unidad, utilizando
para su traslado la configuración vehicular T3-S3, siempre y cuando se ocupe
todo el volumen disponible en la caja del semirremolque, esto significa que las
densidades de cargas sólidas superiores a la densidad del café (0.56 t/m3), que requieran
utilizar la configuración vehicular antes mencionada al ocupar el volumen total
disponible, incurrirán en sobrepeso mientras que las densidades inferiores a la
densidad del café, no tendrán problemas de exceso de carga aun cuando se
utilice todo el volumen disponible en este vehículo. En cuanto al vehículo
doblemente articulado (T3-S2-R4), se tiene que, ninguno de los cuatro tipos de
carga en estudio representaría un factor igual a la unidad con las condiciones
de carga completa. La tabla 5.1 muestra los cuatro tipos de carga en estudio
con sus respectivas densidades.
Densidades
Volumétricas por tipo de carga
|
|
Producto
|
Densidad
(t/m3)
|
Azufre
solido
|
2.00
|
Sal
fina
|
1.20
|
Maíz
|
0.76
|
Café
|
0.56
|
Tabla 5.1 Densidades de la carga en estudio
Fuente: Elaboración propia
En cuanto a la estiba utilizada para el traslado de costales de 50 Kg.
Existirán espacios disponibles en la caja del remolque o semirremolque, cuyo
porcentaje varía de acuerdo a la eficiencia del acomodo de los bultos; estos
porcentajes de espacios no utilizados al ser estibados de la forma más
conveniente (estiba de 15 piezas) se representan en la figura número 5.20.
Figura 5. 20. Vista lateral de la estiba de costales de 50 Kg.
Fuente: Elaboración propia
Tomando en cuenta costales de maíz, la figura 5.20 muestra una parte del
cargamento de maíz de 50 kilogramos, dicho cargamento utiliza todo el volumen
disponible en el remolque o semirremolque conforme a la configuración vehicular
que se trate; los fabricantes y transportistas de las cargas recomiendan una
estiba máxima de 15 piezas para seguridad del producto, independiente de ello,
la estiba muestra (ver figura 5.21) espacios no utilizados del volumen total
disponible de los remolques y semirremolques (tipo caja seca); estos espacios
no utilizados pueden ser fácilmente calculados como se muestra en la figura
5.21.
Figura 5. 21. Espacios no utilizados en la estiba de los costales de
maíz con capacidades de 50 Kg.
Fuente: Elaboración propia
Los espacios no utilizados y que son formados por la estiba de los costales
de maíz, forman un área triangular con el eje vertical del vehículo de
arrastre, por lo que este volumen puede ser calculado con la sumatoria de las
diferentes áreas de los triángulos y las dimensiones de la caja del vehículo.
Considerando que el área de un triangulo rectángulo se calcula como el producto
de su base por su altura entre 2, se tiene que el área formada por dos
triángulos rectángulos encontrados, es el doble del área de un triangulo
rectángulo y que a su vez, es el área de un cuadrado; la figura 5.22 muestra el
área formada por estas zonas no aprovechadas por la estiba de la mercancía en
costales de 50 kilogramos.
Figura 5. 22. Figura geométrica formada por la estiba de pares de
costales de 50 kilogramos
Fuente: Elaboración propia
El área total no aprovechada por la estiba de la mercancía es
directamente proporcional al número de columnas que forman las estibas, y al
número de costales que integran dicha columna, considerando el análisis para un
costal, se tiene que, un costal acomodado por su cara longitudinal forma cuatro
triángulos rectángulos, medidos desde la base formada por el cuerpo del costal
hasta la línea imaginaria de su superficie, y considerando que dos triángulos
rectángulos forman un cuadrado, se obtiene el valor del área (cm2) no aprovechada
por la presencia del i-esimo costal; esta definición se indica a continuación.
…..……………………………..…ecu. (5.8)
Donde:
= Área no aprovechada por el i-esimo costal que integra la columna de
estiba
= i-esimo costal estibado en una columna
Tomando en cuenta que ½ representa el área de un triangulo rectángulo y
dicha área está definida por , se tiene que la fórmula del área no aprovechada
por estiba de los costales de 50 kilogramos, es:
………………………………….ecu. (5.9)
Simplificando se obtiene:
….…………………..…………ecu. (5.10)
La ecuación 5.9 expresa el valor de las áreas no aprovechadas por el
envasado del maíz en costales de 50 kilogramos, cabe mencionar, que el número
de columnas se cuantifica únicamente por la cara frontal de la caja del carro
de arrastre utilizado, ya que, las columnas frontales representan el número
total de formación en el volumen disponible del vehículo, la figura 5.23,
explica gráficamente el seguimiento del conteo de las columnas estibadas para
conocer el volumen no aprovechado en los embarques en costales de 50 Kg.
Figura 5. 23. Cantidad de columnas frontales en estiba ocupando costales
con capacidad de 50 Kg.
Fuente: Elaboración propia
Una vez definida la cantidad de columnas que representan la estiba
frontal de los costales, es necesario conocer el área que representa toda la
zona frontal del cargamento; la ecuación 5.9, indica el área no aprovechada por
una columna de estiba desde los ángulos formados por el plano horizontal de la
caja (remolque y/o semirremolque), hasta las líneas verticales imaginarias,
formadas por la orilla del costal (ver Figura 5.24).
Figura 5. 24. Área formada y no aprovechada por una columna de estiba
Fuente: Elaboración propia
Para conocer toda el área de la zona frontal de la caja, se utiliza la
ecuación 5.10, cuyo valor debe ser multiplicado por el número total de las
columnas (en este caso 4) que tienen el mismo número de costales y de la misma
capacidad, esto es:
………………………….ecu. (5.11)
Donde:
CZF= Numero de columnas en la zona frontal
Hasta el momento conocemos el área no utilizada y que es formada por la
estiba de costales en la zona frontal de la caja del vehículo de arrastre, sin
embargo, para tener una aproximación de la cantidad de toneladas o fracción de
tonelada que representa un cargamento de costales ocupando todo el volumen
disponible en carros de arrastre, es necesario conocer el volumen ocupado pero
no utilizado por el cargamento antes descrito, para ello, se utiliza el largo
total de la caja (remolque o semirremolque); cuyo valor multiplicado por el
área, nos da el volumen total no aprovechado por este tipo de cargamento, la
fórmula del volumen, queda de la siguiente manera:
…………………….ecu. (5.12)
Donde:
LRS= Largo total del remolque o semirremolque
A la ecuación 5.12 indica un volumen parcial, ya que, solo toma en
cuenta la cara frontal de la formación de las estiba, pero, a lo largo de la
caja del remolque o semirremolque existen también áreas no aprovechadas por la
estiba de los costales; esto quiere decir, que para contar con el volumen total
no aprovechado por un embarque de costales, se debe sumar a la ecuación 5.11 el
volumen que se encuentra en medio del embarque, la ecuación queda de la
siguiente forma.
Simplificando queda:
…….ecu. (5.13)
Donde:
VT=Volumen total disponible
XT= Número de costales estibados
LRS= Largo total del remolque o semirremolque
CZF= Numero de columnas en la zona frontal
ARS= Ancho total del remolque o semirremolque
CZL= Número de columnas en la zona lateral
La figura 5.25 muestra las zonas no ocupadas a lo largo del remolque o
semirremolque por la estiba de los costales y cuya área y volumen se
describieron anteriormente (Ver ecuación 5.12).
Figura 5. 25. Área formada y no aprovechada por varias columnas de
estiba
Fuente: Elaboración propia
Se debe mencionar que el área formada por los costales no depende del
material contenido sino del nivel de eficiencia en la estiba de la mercancía y
de la cantidad de bultos apilados en las columnas, además, el volumen no
ocupado por la estiba de costales no es un valor representativo, pues son áreas
muy pequeñas, cuyos valores se encuentran en pequeñas fracciones de toneladas.
5.6. Dimensiones vehiculares óptimas
Una vez que se ha propuesto el corte transversal como la mejor opción
para el diseño de los remolques y semirremolques tipo caja seca, y se han
indicado las formas del acomodo de la carga, así como, el volumen disponible
que se tendrá al momento de la estiba de la mercancía, el siguiente punto es
encontrar la dimensión optima de las cajas secas para el autotransporte federal
de carga de acuerdo a las densidades de la carga.
Tomando en cuenta la carga útil de las configuraciones, como una
constante y la relación de la densidad vehicular como una variable, el nuevo
volumen del vehículo, para cada configuración se calcula como se explica a
continuación.
La densidad vehicular promedio es la relación que existe de la carga
útil del vehículo entre su volumen, y se calcula de la siguiente forma:
…………………………….ecu. (5.14)
La densidad vehicular promedio también puede calcularse con la densidad
de la carga y el factor de la carga, cuya expresión queda como se explica a
continuación.
………..……….ecu. (5.15)
Despejando el volumen vehicular de la ecuación 4.9, se tiene:
……………………………ecu. (5.16)
Sustituyendo la densidad vehicular de la ecuación 5.15 a la ecuación
5.16, se tiene que el volumen vehicular es:
……….…….ecu. (5.17)
Tomando en cuenta que se busca un volumen vehicular óptimo, se cuenta
con un factor de carga igual a la unidad (1), por lo que la ecuación 5.17, se
minimiza a:
……………..ecu. (5.18)
La ecuación 5.18, muestra que para cada tipo de carga, habrá un diseño
óptimo del volumen vehicular.
5.6.1. Dimensiones optimas para el T3-S3
La carga útil para el vehículo articulado de seis ejes es de 35.10
toneladas, y los volúmenes para cada tipo de carga quedan como lo muestra la
tabla número 5.2.
Volumen
optimo del camión articulado de seis ejes (T3-S3)
|
||
Producto
|
Densidad
(t/m3)
|
Volumen
optimo (m3)
|
Azufre
solido
|
2.0
|
17.6
|
Sal
fina
|
1.20
|
29.3
|
Maíz
|
0.76
|
46.2
|
Café
|
0.56
|
62.7
|
Tabla 5.2 Volumenes óptimos para el vehículo T3-S3
Fuente: Elaboración propia
5.6.2. Dimensiones optimas para el T3-S2-R4
El diseño óptimo para el camión doblemente articulado de acuerdo a los
cuatro tipos de mercancía analizadas se enlista en seguida.
Volumen
optimo del camión doblemente articulado de nueve ejes (T3-S2-R4)
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Producto
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Densidad
(t/m3)
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Volumen
optimo (m3)
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Azufre
solido
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2.0
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24.0
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Sal
fina
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1.20
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40.0
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Maíz
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0.76
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63.2
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Café
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0.56
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85.7
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Fuente: Elaboración propia
Las cargas con densidades elevadas como el azufre, deben ser
transportadas en vehículos de menores dimensiones volumétricas o en menores
cantidades, de lo contrario estos cargamentos incurrirán en sobrepeso aun
cuando se cuente con un buen acomodo de la carga o una excelente estiba.
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