trabajo final de mecanica y resistencia

RESISTENCIA DE MATERIALES

“SEGURIDAD INDUSTRIAL”El uso de ARNES en trabajo de altura.

DOCENTE ASESOR:JUAN CARLOS DURAND

INTEGRANTES:

SOLÓRZANO TORRES, DARMA

VILLARREAL CAJAHUANCA, JOSSUE

DAVILA MENESES, EDUARDO

Universidad Privada del Norte (UPN-LIMA), Escuela de Ingeniería Industrial

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INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se quiere demostrar el panorama global de la carrera y en

la aplicación de la misma en cuanto a una Fábrica Industrial en donde la

Seguridad debería primar, tan igual que las otras obligaciones. El presente

planteamiento nos servirá como modelo para nuestra finalidad a proyectar en el

presente.

La importancia del curso Mecánica y Resistencia de Materiales, dentro del

contexto de ingeniería industrial es evidente dada la importancia que tiene

dentro de la formación del ingeniero, ya que está dentro de su vida profesional,

deberá tomar decisiones y solucionar problemas con gran seguridad y adoptar

una serie de medidas para el mejoramiento constante en la calidad de producto.

En este proyecto se basa en la Seguridad Industrial del personal que labora en la

industria el cual priorizaremos al “Arnés”, debido a que se han reportado

diferentes accidentes laborales. Es aquí donde aplicaremos unas series de

funciones mediante cálculos matemáticos contables y otros.

El objetivo es plantear a todo a la importancia que se tiene en la empresa el uso

de las herramientas de las matemáticas así como en la vida diaria, que en los

temas a tratar lo vamos a explicar a continuación.

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GENERALIDADES DEL TEMA ELEGIDO.

La seguridad industrial es un área multidisciplinaria que se encarga de minimizar los riesgos en la industria .Parte del supuesto de toda actividad industrial tiene peligros inherentes que necesitan una correcta gestión.Los principales riesgos en la industria están vinculados a los accidentes que pueden tener un importante impacto.La seguridad industrial, por lo tanto, requiere de la protección de los trabajadores (con las vestimentas necesarias) y su monitoreo médico, la implementación de controles técnicos y la formación vinculada al control de riesgos.En concreto podemos establecer que a la hora de hablar de la seguridad industrial se hace necesario especificar que la misma se desarrolla de manera específica para poder prevenir las posibles situaciones y riesgos que se den en ámbitos donde se trabaja.Cabe destacar que la seguridad industrial siempre es relativa ya que es imposible garantizar que nunca se producirá ningún tipo de accidente .De todas formas, su misión principal es trabajar para prevenir los siniestros.Por todo ello es importante establecer que adquiere especial relevancia lo que se denomina como prevención de riesgos laborales. Se trata de un servicio y una serie de actuaciones que lo que intentan es dotar a los trabajadores de los conocimientos y habilidades necesarias para poder acometer tareas que puedan no solo evitar que sufran determinados peligros, accidentes y enfermedades en su puesto de trabajo sino también que estén capacitados para poder hacer frente a todos aquellos en el caso que aparezcan.Un aspecto muy importante de la seguridad industrial es el uso de de estadísticas que le permite advertir en que sectores suelen producirse los accidentes para extremar las precauciones.

Equipos de Protección Personal (EPP)

Cuando hablamos de seguridad Industrial o laboral como se define en estos últimos años, la tendencia es pensar en equipos de protección personal y vigilancia, ya que si el personal de seguridad nos observa sin el equipo nos sanciona y como es común los empresarios siempre piensan que los equipos son muy costosos y por ende hay que usarlos así sea a la fuerza y como están pagando un asesor de seguridad este debe encargarse de darle palo a los trabajadores para que se coloquen a juro el equipo asignado.Toda esta introducción me llega a la mente como una fotografía, no hay lugar de trabajo donde haya llegado que no se vea al personal de seguridad como el policía que tiene que

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obligar a los trabajadores a cumplir la norma y el empleador que exige que el policía sancione al infractor, valga la redundancia.Para determinar si en un área de trabajo se debe implementar el uso de un equipo de protección personal (E.P.P), debemos considerar los siguientes puntos:Análisis de las actividades que se realizan en el lugar de trabajo, factores ambientales que lo rodean, equipos, máquinas, sustancias o herramientas que se utilizarán para la ejecución de las tareas.Factores de riesgos presentes en el área de trabajo (vibraciones, iluminación, temperatura, riesgos mecánicos, químicos, biológicos, otros).

Requisitos de un E.P.P. Proporcionar máximo confort y su peso debe ser el mínimo compatible con la

eficiencia en la protección. No debe restringir los movimientos del trabajador. Debe ser durable y de ser posible el mantenimiento debe hacerse en la empresa. Debe ser construido de acuerdo con las normas de construcción. Debe tener una apariencia atractiva.

Clasificación de los E.P.P. Protección a la Cabeza (cráneo). Protección de Ojos y Cara. Protección a los Oídos. Protección de las Vías Respiratorias. Protección de Manos y Brazos. Protección de Pies y Piernas. Cinturones de Seguridad para trabajo en Altura. Ropa de Trabajo. Ropa Protectora.

Ventajas. Rapidez de su implementación. Gran disponibilidad de modelos en el mercado para diferentes usos Fácil visualización de sus usos. Costo bajo, comparado con otros sistemas de control. Fáciles de usar.

Desventajas. Crean una falsa sensación de seguridad Hay una falta de conocimiento técnico generalizada para su adquisición Necesitan un mantenimiento riguroso y periódico En el largo plazo presentan un coso elevada debido a las necesidades,

mantenimientos y reposiciones. Requieren un esfuerzo adicional de supervisión.

Consideraciones generales

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Para que los elementos de protección personal resulten eficaces se deberá considerar lo siguiente:

Entrega del protector a cada usuario. La responsabilidad de la empresa es proporcionar los EPP adecuados, la del

trabajador es usarlos. El único EPP que sirve es aquel que es seleccionado técnicamente y que el trabajador usa durante toda la exposición de riesgo.

Capacitación respecto al riesgo que se está protegiendo Responsabilidad de la línea de supervisión en el uso correcto y permanente de

los EPP. Es fundamental la participación de los supervisores en el control del buen uso y

mantenimiento de los EPP. El supervisor debe dar el ejemplo utilizándolos cuando realice trabajos de riesgo.

DESARROLLO Y METODOLOGIA DEL TEMA ELEGIDO.

En este capítulo vamos a exponer las leyes físicas aplicables al movimiento de caída de una persona y las fuerzas que actúan sobre la misma durante las fases de aceleración, deceleración y suspensión estática. Estos principios básicos y fundamentales nos facilitarán la comprensión de los efectos que producen, sobre el cuerpo humano, las fuerzas generadas en la caída al producirse su detención y suspensión por un elemento prensor que forma parte de un EPP anti caída.

Todos, alguna vez, hemos experimentado los resultados de una caída fortuita mientras nos desplazamos por una superficie plana: torceduras de ligamentos o tendones, huesos dislocados o rotos, moratones, etc. Ocasionalmente daños internos más o menos severos. Las caídas desde una altura afortunadamente son menos frecuentes, pero mucho más peligrosas puesto que pueden causar daños irreversibles e incluso la muerte.

¿QUÉ SUCEDE CUANDO CAEMOS DESDE UNA ALTURA?

Para contestar a esta pregunta consideremos la siguiente situación hipotética: Nos encontramos trabajando a 1.80 m. del suelo, sobre una máquina sin barandillas de protección y, puesto que estamos a poca altura, no utilizamos un EPP anticaídas. Mientras apretamos un tornillo en el borde, resbalamos y perdiendo el equilibrio, caemos al vacío. Por una fracción de segundo experimentamos la sensación de caída libre (movimiento), nuestro cuerpo gana velocidad debido a la fuerza de la gravedad y nos precipitamos aceleradamente contra el suelo. No es lo mismo que un salto sobre el agua o desde un muro; la diferencia, en este caso, es que la caída no es intencionada, es incontrolada sin coordinación de movimientos. La trayectoria que describe el cuerpo es impredecible y depende de la componente horizontal de velocidad que exista al inicio de la caída. Si hubiera objetos en el trayecto, impactaríamos contra ellos y transcurre solo medio segundo hasta que impactamos contra el suelo. No hay tiempo para reaccionar y la energía acumulada durante la caída debe liberarse y ser absorbida. El suelo, por su rigidez, no absorbe energía, será el cuerpo, deformándose, quien la liberará a expensas de graves daños.

Cambiemos solo un factor en la hipotética situación. Ahora llevamos un EPP anticaídas, compuesto de elemento prensor del cuerpo, elemento de amarre, absorbedor de energía y conexión a un anclaje debidamente elegido y posicionado. El elemento de amarre está

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conectado a la pieza D que tiene el arnés en el dorsal. Como antes, estamos apretando el tornillo en el borde de la máquina y resbalamos perdiendo el equilibrio, cayendo al vacío, pero esta vez a los 50 centímetros de caída se activa el amortiguador iniciando el frenado del cuerpo a través del arnés. Solo ha transcurrido 1/3 de segundo y la energía acumulada es menor y se aplica al cuerpo en los lugares adecuados en que se ha colocado el arnés. La piqueta en D de la espalda reparte y aplica las fuerzas de frenado sobre los huesos y músculos del trasero. Durante esta fase se llega a la parada completa y el amortiguador absorbe la energía de caída transmitiéndola al cuerpo a un nivel considerado generalmente tolerable.

En la posición de parada el arnés nos mantiene en suspensión, hasta que podemos autoliberarnos o recibir ayuda. Durante este tiempo la masa corporal es soportada por el sistema anticaída y no ha sufrido ningún traumatismo.

A pesar que los resultados en ambas hipótesis son completamente diferentes, los principios se rigen por las mismas leyes naturales, por ello vamos a describir estos principios fundamentales que anteriormente hemos señalado.

Movimiento

Cuando un cuerpo cambia de posición, se mueve. En general, cuando se mueve sus puntos describen diferentes trayectorias. Podemos fácilmente intuir que cuando un cuerpo humano se mueve, la descripción completa de las trayectorias de las diferentes partes del cuerpo es muy compleja. La ley de la naturaleza que rige el movimiento del cuerpo es la primera Ley de Newton.

Velocidad

Es simplemente la relación entre la distancia recorrida y el tiempo invertido. Se dice que un cuerpo se mueve a velocidad uniforme cuando a tiempos iguales el recorrido es el mismo.

La velocidad no basta para describir el movimiento de un cuerpo, para ello deben especificarse velocidad dirección. La unidad de medida comúnmente empleada es el metro por segundo (m/s).

Aceleración y Deceleración

El caso más simple para describirlas sería el cambio de la magnitud velocidad de un cuerpo en movimiento. Si este cambio es positivo hay aceleración, si es negativo hay deceleración.

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Movimiento: Es un cambio continuo de la posición de un

cuerpo. Primera Ley de Newton: Un cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta a menos que le apliquen fuerzas para modificar su estado.

Velocidad de un cuerpo es la distancia alcanzada por unidad

de tiempo.Velocidad media de un cuerpo es la distancia total recorrida dividido por el tiempo empleado

Aceleración o deceleración es la variación de velocidad por

unidad de tiempo.


Para que un cuerpo se acelere debe actuar una fuerza sobre el mismo. En el caso de una caída, esta fuerza es la gravedad (g). Tomamos en nuestro caso un valor g=10 m/s 2 .

Materia, Inercia, Masa y Fuerza

Todos los objetivos físicos están com-puestos de materia, constituida de átomos y moléculas, la cual los hace tangibles. Si aplicamos una determinada fuerza a una bola de billar y a una de bolos, la primera alcanza mayor velocidad que la segunda. Todos los objetos tienen una propiedad que determina su res-puesta a una fuerza que origina su movimiento, denominada inercia, la cual cuantitativamente se expresa en términos de masa.

Decimos que un cuerpo es másico, para expresar que tiene mucha masa o bien mucha inercia. Una manera de determinar la masa de un objeto es pesarlo y dividir este valor por la gravedad.

Una forma de describir la fuerza, sin usar las matemáticas, es asociarla a la aceleración que se comunica a un objeto por un determinado esfuerzo muscular. Si queremos imprimir mayor aceleración debemos aplicar mayor esfuerzo muscular. Así pues, podemos relacionar la fuerza necesaria para imprimir una aceleración a un cuerpo con su masa. En otras palabras, fuerza es igual a la masa por la aceleración y recordemos que la aceleración es el incremento de la velocidad por unidad de tiempo.

Gravedad y Peso

Cuando estamos de pié, sentados o tumbados, notamos que la fuerza de la gravedad actúa sobre nuestro cuerpo. Esta fuerza se denomina peso. El origen de esta fuerza es la presencia de la enorme masa de nuestro planeta Tierra. Experimental-mente se conoce que dos objetos, de masas determinadas, se atraen mutuamente en virtud de su masa. Cuando uno de ellos es la Tierra, esta fuerza de atracción es la fuerza de la gravedad (g). No debemos confundir este tipo de fuerza con la que aplicamos directamente sobre un objeto (bola billar

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Masa es el valor de la energía de un cuerpo manifestada por la aceleración que adquiere al apli-carle una fuerza determinada. La

unidad de medida es el Kg. Fuerza sobre un cuerpo es el producto de su masa por la aceleración que adquiere. La unidad es el Newton (N). Equivalencias : 1Kg <> 10N

Gravedad es la atracción que experimentan los cuerpos hacia el centro de la Tierra por efecto

de su masa. Tiene las dimensiones de una aceleración

y su valor es g = 10 m/s 2 Peso es la fuerza gravitatoria que actúa sobre un cuerpo y su valor es el producto de su masa por la gravedad.


o bolo), sino que es unafuerza que actúa a distancia. No hay contacto directo con el cuerpo, es como la fuerza de atracción de un imán sobre un cuerpo metálico.

Trabajo y Energía

Si movemos un objeto a una determinada distancia por la acción de una fuerza, decimos que hemos efectuado un trabajo. Un ejemplo muy simple de ello es el trabajo requerido para levantar un objeto venciendo la fuerza de la gravedad que es igual a su peso. Así pues si lo levantamos a una altura H, el trabajo será H veces su peso.

Siguiendo el ejemplo anterior hemos realizado un trabajo para situar el cuerpo a una altura H sobre el suelo. Decimos que el cuerpo tiene una energía potencial, capaz de restituir el trabajo realizado si permitimos que retorne a su posición original.

Cuando soltamos el cuerpo, en esta posición elevada, la velocidad que adquiere se incrementa desde cero (punto en reposo) a un determinado valor, función de la altura H. Durante la caída decimos que el cuerpo adquiere energía cinética, que es función de su masa y velocidad. La altura sobre el suelo va disminuyendo mientras que se incrementa la velocidad.

En otro aspecto decimos que la energía potencial disminuye conforme aumenta su energía cinética. Cuando el cuerpo alcanza el suelo la energía potencial es nula; toda se ha convertido en energía cinética.

Un ejemplo numérico nos clarificará los conceptos:

Sea la altura H = 1.8 m y su peso 800 N la energía potencial del cuerpo a esta altura será Ep = 1440 J. Cuando el cuerpo llega al suelo (H y Ep son cero), pero su velocidad es de 6 m/s, siendo una energía cinética Ec = Ep = 1440 J.

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Trabajo es el producto de la fuerza aplicada a un cuerpo por el espacio recorrido en el desplazamiento.La unidad es el julio (J ). Equivalencias: 1 J <> 1 Nm Energía potencial es la capacidad de efectuar un trabajo. En el caso de una altura Ep = m .H Energía cinética es la propiedad de un cuerpo y es función de su masa y velocidad. Su valor es Ec = ½ m . v 2


Sin embargo, al impactar contra el suelo, instantáneamente se para, su velocidad es nula y la energía cinética desaparece. ¿A dónde va esta energía?. Se consume en deformación instantánea del cuerpo.

Si se trata de un cuerpo humano, se originan lesiones y daños graves en su organismo.

Factor de caída

El término factor de caída es uno de los más utilizados al hablar de EPP para trabajo en altura. En ocasiones, de forma errónea, se utiliza dicho término cuando se trabaja con un absorbedor o un retráctil, puesto que lo correcto es emplearlo cuando se produce una caída y se detiene con un tipo de cuerda específica que puede absorber energía, gracias a que actúa de manera parecida a un muelle, se estira y frena la caída de manera dinámica.

Cuanta más cantidad de cuerda colabore en la detención de la caída, mayor capacidad de amortiguación tendrá, ya que se dispondrá de un “muelle más largo” para parar la caída.

El factor de caída es un número adimensional que se calcula dividiendo la distancia de caída entre la longitud de cuerda que para la caída.

Factor de caída= Altura de la caída/ longitud de la cuerda que para la caída

El impacto que recibe un trabajador al caer (fuerza de choque) será más o menos grave dependiendo de la altura de la caída, de la masa del usuario y de la cantidad de cuerda que colabora en su parada.

Dos trabajadores del mismo peso sobre una misma plataforma anclados con cuerdas de distintas longitudes pueden estar expuestos a caídas de igual altura. Para ello, la cuerda de mayor longitud estará anclada en un punto más alto que la menor, de manera que ambas dejarán la misma “comba”. Si se produce la caída, la fuerza de choque sería distinta en cada caso, ya que la longitud de cuerda que para la caída es distinta. Será menos grave la caída del trabajador detenida por la cuerda más larga, ya que la misma caída es absorbida por mayor longitud de cuerda, consiguiendo un factor de caída menor. Por lo tanto, con caídas de igual longitud producirá menor fuerza de choque la que tenga un factor de caída menor.

En el caso de tres trabajadores del mismo peso sobre una misma plataforma con una cuerda de igual medida, la fuerza de choque será mayor o menor dependiendo de la altura a la que ésta esté enganchada. Si está anclada en un punto superior a la cabeza, la distancia de la caída es menor (y la fuerza de choque) que si estuviera anclada a la altura

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de la cintura o los pies, porque la caída es menor y la cuerda que la detiene es de la misma longitud en los tres casos.

El valor del factor de caída varía desde cero hasta cualquier valor, aunque lo habitual es que no sea mayor de 2.

Factor 2:En este caso, la altura de la caída es el doble de la longitud de la cuerda que la detiene. Sería el caso en el que, por ejemplo, el trabajador dispone de una cuerda de 1 m que se une al arnés y la fija en un punto de anclaje 1 m por debajo.Si se produce una caída será de 2 m y la longitud de cuerda de 1 m por lo tanto el factor de caída es 2. Una caída de 2m con este factor de caída genera una fuerza de choque mayor que una caída de 2 m con un factor de caída menor. Una caída de factor 2 es muy grave, puede generar una fuerza de choque muy alta incluso con distancias de caída relativamente pequeñas. Las cuerdas para trabajo no están diseñadas normalmente para ser compatibles con este tipo de caídas.

Factor 1: Es una situación en la que el trabajador dispone de una cuerda que se coloca en el arnés y la ancla a la misma altura que la tiene en el arnés, por lo que la distancia de la caída es igual a la longitud de la cuerda.

Suponiendo que la cuerda es, por ejemplo, de 1 m, la altura de la caída será de 1 m, por lo tanto el factor de caída será 1, con una fuerza de choque mucho menor que en el caso anterior.

Factor 0: Si el trabajador tiene la cuerda anclada por encima de él de manera que no le permite la caída, la altura de la caída será 0 y sea cual sea la longitud de la cuerda el factor de caída será 0.

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Si se comparan dos caídas iguales (de la misma distancia y con la misma masa) con distinto factor de caída (0, 1 o 2) producen fuerzas de choque distintas. Cuanto menor es el factor de caída menor será la fuerza de choque, ya que la misma caída será detenida por más cuerda.

Por ello, se debe procurar el menor factor de caída posible y elegir un punto de anclaje alto, siempre que sea técnicamente viable, esté bien diseñado y no existan otras

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circunstancias que no aconsejen utilizarlo como pueden ser movimiento de máquinas cerca del punto, etc. Por ejemplo, en ocasiones, se coloca un perfil vertical recibido al suelo para elevar el punto de anclaje y, sin embargo, esta situación puede generar un efecto palanca en la base del perfil.

Por otro lado, además de escoger un punto de anclaje alto, se debe prestar atención a la longitud del sistema de conexión. Eligiendo un mismo punto de anclaje, si el elemento de conexión es excesivamente largo la caída será mayor que si se utiliza un elemento más corto (aun cuando el factor de caída se pueda mantener, algo que ocurre cuando éste es 1 y se alarga o se acorta el sistema de conexión). Por lo tanto, el elemento de unión debe ser lo más corto posible siempre que permita desarrollar el trabajo.

Ejercicios aplicados en las siguientes situaciones:

A. Caída sin Arnés.

Un hombre de 60KG cae de una altura de 6mts.

Velocidad final antes del impacto.

V=√2. g . hV =√2. 10 . 6

V=√120 V=10.95 m / s

Energía Cinética :

Ec=12

m2

Ec=12

(60 )(10.95)23597 JOULE=3597 N

Fuerza de Impacto:

= 35970N

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Resultado:

Genera lesiones y daños graves en su organismo.

B. Caída con arnés y cuerda de 3mts.

FACTOR CAIDA= ALTURA DE LA CAIDALONGITUD DECURDAD EFICAZ

FACTOR CAIDA=63=2

FUERZA DEL IMPACTO = m . g . fc= 60 . 10 . 2= 1200 N

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Causa lesiones graves.

C. Caida con arnes amortiguador

La fuerza que ejerce sobre el trabajador es:

F=mg+mg √ 1+2 E .S . Fm.g

Donde:F = Fuerza de choque.m = Masa del escalador.g = Aceleración de la gravedad.E = Módulo de Young de la cuerda (elasticidad).S = Sección de la cuerda.f = Factor de caídaK = características de la cuerda (Módulo de Young X sección de la cuerda)

valor de K en función de la fuerza de choque máxima de la cuerda :

F = 7,0kN -> K = 13700F = 7,5kN -> K = 16000F = 8,0kN -> K = 18500F = 8,5kN -> K = 21200F = 9,0kN -> K = 24100 F = 9,5kN -> K = 27100F = 10,0kN -> K = 30300

el amortiguador reduce un 80% de la fuerza.

Fuerza de impacto = 3597N – 2877N Fuerza de impacto =720N

CONCLUSIONES: Como conclusión podemos afirmar que el factor de caída no determina por sí solo la severidad de una caída, si podemos comprender la intensidad de la fuerza de choque. También son fundamentales otros 2 parámetros: la masa del cuerpo y la capacidad de absorción del sistema. No olvidemos que una caída de factor 2 sobre un elemento de amarre con absorbedor de energía normalizado bajo UNE-EN 355 produce una fuerza de choque inferior a 6kN (+- 600 kg) con una masa de 100 kg, mientras que la misma caída con un elemento de amarre de dyneema.

Este trabajo sirve para concientizar en el uso del arnés como medio de protección

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“Ningún trabajo es tan urgente que se deba hacer sin seguridad…”

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