Cómo diseñar y utilizar dispositivos de elevación por debajo del gancho según las normas ASME
Yurii Shumak
Los dispositivos de elevación por debajo del gancho son herramientas que sujetan una carga a un polipasto, una grúa u otro equipo de elevación. Pueden tener varias formas, como ganchos, abrazaderas, imanes, eslingas y vigas, y se utilizan para elevar, mover y posicionar cargas de diferentes formas, tamaños y pesos.
Sin embargo, diseñar y utilizar dispositivos de elevación por debajo del gancho no es una tarea sencilla. Hay muchos factores a tener en cuenta, como las características de la carga, los componentes del dispositivo de elevación, las condiciones ambientales y los requisitos de seguridad. Por eso es importante seguir las normas ASME que proporcionan orientación y las mejores prácticas para los dispositivos de elevación por debajo del gancho.
En este artículo, presentaremos dos normas ASME que son relevantes para los dispositivos de elevación por debajo del gancho: ASME BTH-1 y ASME B30.20. Le explicaremos qué son, qué cubren y cómo pueden ayudarle a diseñar y utilizar dispositivos de elevación por debajo del gancho de forma más eficaz y segura.
¿Qué es ASME BTH-1?
ASME BTH-1 es una norma que proporciona criterios mínimos de diseño estructural, mecánico y eléctrico para dispositivos de elevación por debajo del gancho. Se aplica al diseño o modificación de cualquier dispositivo que se utilice para sujetar una carga a un polipasto, como los dispositivos de elevación estructurales y mecánicos, los dispositivos de elevación por vacío, los imanes de elevación de proximidad operados, los imanes de elevación operados a distancia o las pinzas para chatarra y manipulación de materiales.
ASME BTH-1 no sustituye a ASME B30.20, que es otra norma que aborda los requisitos de seguridad de los dispositivos de elevación por debajo del gancho. ASME BTH-1 sólo cubre los aspectos de diseño, mientras que ASME B30.20 cubre el marcado, la construcción, la instalación, la inspección, las pruebas, el mantenimiento y el funcionamiento de los dispositivos de elevación por debajo del gancho.
ASME BTH-1 exige que los dispositivos de elevación sean diseñados por, o bajo la supervisión directa de, una persona cualificada. También especifica la carga nominal, la geometría de la carga, la categoría de diseño y la clase de servicio que deben tenerse en cuenta durante el proceso de diseño. Proporciona fórmulas y métodos para calcular las tensiones admisibles, los materiales, los diseños y procedimientos de soldadura y otros criterios de diseño.
La última edición de ASME BTH-1 se publicó en 2023 e incluye algunos cambios respecto a la edición anterior, como:
- Aclaración de los requisitos para establecer la carga nominal de un aparato elevador mediante cálculo
- Incorporación de la norma ASME B30.30-2019 a los requisitos para cuerdas
- Requisitos adicionales para el diseño y la aplicación de aparatos elevadores por vacío
- Incorporación de la norma ASME B30.1-2020 a los requisitos de potencia de fluidos
- Requisitos adicionales añadidos para abordar los accesorios de elevación y los bloques de carga
- Parámetros de diseño de fatiga actualizados
Clasificaciones de elevadores de ASME BTH-1
Uno de los aspectos importantes de ASME BTH-1 son las clasificaciones de los elevadores, que se utilizan para determinar los criterios de diseño y los factores de seguridad de los dispositivos de elevación. ASME BTH-1 define cuatro tipos de clasificaciones de los elevadores: categoría de diseño, clase de servicio, factor de geometría de la carga y carga nominal.
- La categoría de diseño es una clasificación basada en la probabilidad de fallo del dispositivo de elevación. Va de la A a la E, siendo la A la más baja y la E la más alta. La categoría de diseño depende de las consecuencias del fallo, la fiabilidad requerida, la frecuencia de inspección y el control de calidad. Cuanto mayor sea la categoría de diseño, menor será la tensión admisible y mayor el factor de seguridad del dispositivo de elevación.
- La clase de servicio es una clasificación basada en el uso y la carga del dispositivo de elevación. Va de 0 a 4, siendo 0 la más baja y 4 la más alta. La clase de servicio depende del número de ciclos de carga, el espectro de carga, la duración de la carga y la frecuencia de la carga. Cuanto mayor sea la clase de servicio, menor será la tensión admisible y mayor el factor de seguridad del dispositivo de elevación.
- El factor de geometría de la carga es una clasificación basada en la forma y el tamaño de la carga. Se calcula dividiendo la dimensión máxima de la carga por la dimensión mínima de la carga. El factor de geometría de la carga afecta a la estabilidad y a la distribución de esfuerzos del dispositivo de elevación. Cuanto mayor sea el factor de geometría de la carga, mayor será la tensión admisible y menor el factor de seguridad del dispositivo de elevación.
- La carga nominal es la carga máxima que el dispositivo de elevación está diseñado para levantar. La establece el diseñador basándose en el peso de la carga, la geometría de la carga, el equilibrio de la carga, el control de la carga y los factores ambientales. La carga nominal no debe superar la capacidad del polipasto, grúa u otro equipo de elevación. La carga nominal debe estar claramente marcada en el dispositivo de elevación.
La siguiente tabla muestra los criterios de diseño y los factores de seguridad para diferentes clasificaciones de elevadores según ASME BTH-1-2023:
Pulse para ver la tabla
|
Categoría de diseño |
Clase de servicio |
Factor de geometría de la carga |
Tensión admisible |
Factor de seguridad |
|
A |
0 |
1 |
0,75 Fy |
1.33 |
|
A |
0 |
2 |
0,50 Fy |
2.00 |
|
A |
0 |
3 |
0,38 Fy |
2.63 |
|
A |
0 |
4 |
0,30 Fy |
3.33 |
|
A |
1 |
1 |
0,60 Fy |
1.67 |
|
A |
1 |
2 |
0,40 Fy |
2.50 |
|
A |
1 |
3 |
0,30 Fy |
3.33 |
|
A |
1 |
4 |
0,24 Fy |
4.17 |
|
A |
2 |
1 |
0,50 Fy |
2.00 |
|
A |
2 |
2 |
0,33 Fy |
3.00 |
|
A |
2 |
3 |
0,25 Fy |
4.00 |
|
A |
2 |
4 |
0,20 Fy |
5.00 |
|
A |
3 |
1 |
0,40 Fy |
2.50 |
|
A |
3 |
2 |
0,27 Fy |
3.70 |
|
A |
3 |
3 |
0,20 Fy |
5.00 |
|
A |
3 |
4 |
0,16 Fy |
6.25 |
|
A |
4 |
1 |
0,33 Fy |
3.00 |
|
A |
4 |
2 |
0,22 Fy |
4.55 |
|
A |
4 |
3 |
0,17 Fy |
5.88 |
|
A |
4 |
4 |
0,13 Fy |
7.69 |
|
B |
0 |
1 |
0,60 Fy |
1.67 |
|
B |
0 |
2 |
0,40 Fy |
2.50 |
|
B |
0 |
3 |
0,30 Fy |
3.33 |
|
B |
0 |
4 |
0,24 Fy |
4.17 |
|
B |
1 |
1 |
0,50 Fy |
2.00 |
|
B |
1 |
2 |
0,33 Fy |
3.00 |
|
B |
1 |
3 |
0,25 Fy |
4.00 |
|
B |
1 |
4 |
0,20 Fy |
5.00 |
|
B |
2 |
1 |
0,40 Fy |
2.50 |
|
B |
2 |
2 |
0,27 Fy |
3.70 |
|
B |
2 |
3 |
0,20 Fy |
5.00 |
|
B |
2 |
4 |
0,16 Fy |
6.25 |
|
B |
3 |
1 |
0,33 Fy |
3.00 |
|
B |
3 |
2 |
0,22 Fy |
4.55 |
|
B |
3 |
3 |
0,17 Fy |
5.88 |
|
B |
3 |
4 |
0,13 Fy |
7.69 |
|
B |
4 |
1 |
0,27 Fy |
3.70 |
|
B |
4 |
2 |
0,18 Fy |
5.56 |
|
B |
4 |
3 |
0,13 Fy |
7.69 |
|
B |
4 |
4 |
0,10 Fy |
10.00 |
|
C |
0 |
1 |
0,50 Fy |
2.00 |
|
C |
0 |
2 |
0,33 Fy |
3.00 |
|
C |
0 |
3 |
0,25 Fy |
4.00 |
|
C |
0 |
4 |
0,20 Fy |
5.00 |
|
C |
1 |
1 |
0,40 Fy |
2.50 |
|
C |
1 |
2 |
0,27 Fy |
3.70 |
|
C |
1 |
3 |
0,20 Fy |
5.00 |
|
C |
1 |
4 |
0,16 Fy |
6.25 |
|
C |
2 |
1 |
0,33 Fy |
3.00 |
|
C |
2 |
2 |
0,22 Fy |
4.55 |
|
C |
2 |
3 |
0,17 Fy |
5.88 |
|
C |
2 |
4 |
0,13 Fy |
7.69 |
|
C |
3 |
1 |
0,27 Fy |
3.70 |
|
C |
3 |
2 |
0,18 Fy |
5.56 |
|
C |
3 |
3 |
0,14 Fy |
7.14 |
|
C |
3 |
4 |
0,11 Fy |
9.09 |
|
C |
4 |
1 |
0,22 Fy |
4.55 |
|
C |
4 |
2 |
0,15 Fy |
6.67 |
|
C |
4 |
3 |
0,11 Fy |
9.09 |
|
C |
4 |
4 |
0,09 Fy |
11.11 |
|
D |
0 |
1 |
0,40 Fy |
2.50 |
|
D |
0 |
2 |
0,27 Fy |
3.70 |
|
D |
0 |
3 |
0,20 Fy |
5.00 |
|
D |
0 |
4 |
0,16 Fy |
6.25 |
|
D |
1 |
1 |
0,33 Fy |
3.00 |
|
D |
1 |
2 |
0,22 Fy |
4.55 |
|
D |
1 |
3 |
0,17 Fy |
5.88 |
|
D |
1 |
4 |
0,13 Fy |
7.69 |
|
D |
2 |
1 |
0,27 Fy |
3.70 |
|
D |
2 |
2 |
0,18 Fy |
5.56 |
|
D |
2 |
3 |
0,14 Fy |
7.14 |
|
D |
2 |
4 |
0,11 Fy |
9.09 |
|
D |
3 |
1 |
0,22 Fy |
4.55 |
|
D |
3 |
2 |
0,15 Fy |
6.67 |
|
D |
3 |
3 |
0,11 Fy |
9.09 |
|
D |
3 |
4 |
0,09 Fy |
11.11 |
|
D |
4 |
1 |
0,18 Fy |
5.56 |
|
D |
4 |
2 |
0,12 Fy |
8.33 |
|
D |
4 |
3 |
0,09 Fy |
11.11 |
|
D |
4 |
4 |
0,07 Fy |
14.29 |
|
E |
0 |
1 |
0,33 Fy |
3.00 |
|
E |
0 |
2 |
0,22 Fy |
4.55 |
|
E |
0 |
3 |
0,17 Fy |
5.88 |
|
E |
0 |
4 |
0,13 Fy |
7.69 |
|
E |
1 |
1 |
0,27 Fy |
3.70 |
|
E |
1 |
2 |
0,18 Fy |
5.56 |
|
E |
1 |
3 |
0,14 Fy |
7.14 |
|
E |
1 |
4 |
0,11 Fy |
9.09 |
|
E |
2 |
1 |
0,22 Fy |
4.55 |
|
E |
2 |
2 |
0,15 Fy |
6.67 |
|
E |
2 |
3 |
0,11 Fy |
9.09 |
|
E |
2 |
4 |
0,09 Fy |
11.11 |
|
E |
3 |
1 |
0,18 Fy |
5.56 |
|
E |
3 |
2 |
0,12 Fy |
8.33 |
|
E |
3 |
3 |
0,09 Fy |
11.11 |
|
E |
3 |
4 |
0,07 Fy |
14.29 |
|
E |
4 |
1 |
0,15 Fy |
6.67 |
|
E |
4 |
2 |
0,10 Fy |
10.00 |
|
E |
4 |
3 |
0,08 Fy |
12.50 |
|
E |
4 |
4 |
0,06 Fy |
16.67 |
donde Fy es el límite elástico mínimo especificado del material.
Ejemplo
Suponga que está diseñando un elevador para un componente de fabricación crítico (Categoría A). Para uso ocasional (Clase de servicio 0), se aplica un Factor de geometría de carga de 1. Su material tiene un límite elástico (Fy) de 50.000 psi.
Sus cálculos serían los siguientes:
- Esfuerzo admisible: 0,75 * 50.000 = 37.500 psi
- Factor de seguridad: 1.33
Esto significa que usted diseña el elevador de forma que la tensión máxima prevista que podría experimentar en servicio nunca supere los 37.500 psi, lo que le proporciona un factor de seguridad de 1,33 veces las cargas previstas.
¿Qué es ASME B30.20?
ASME B30.20 es una norma que establece los requisitos de seguridad para los dispositivos de elevación por debajo del gancho. Se aplica al marcado, la construcción, la instalación, la inspección, las pruebas, el mantenimiento y el funcionamiento de cualquier dispositivo que se utilice para sujetar una carga a un polipasto, como los dispositivos de elevación estructurales y mecánicos, los dispositivos de elevación por vacío, los imanes de elevación de proximidad operados, los imanes de elevación operados a distancia o las pinzas para chatarra y manipulación de materiales. También se aplica a las pinzas utilizadas para el posicionamiento y el anclaje.
ASME B30.20 forma parte de la serie ASME B30, que es una colección de normas que cubren diversos aspectos de teleféricos, grúas, torres de perforación, polipastos, ganchos, gatos y eslingas. ASME B30.20 pretende complementar a ASME BTH-1, que es otra norma que cubre los criterios de diseño de los dispositivos de elevación por debajo del gancho. ASME B30.20 se centra en los aspectos de seguridad, mientras que ASME BTH-1 se centra en los aspectos de diseño.
La norma ASME B30.20 exige que los dispositivos de elevación sean manejados por una persona cualificada.
También especifica los procedimientos de marcado, inspección, prueba y mantenimiento que deben seguirse para garantizar el funcionamiento seguro de los dispositivos de elevación. Proporciona directrices y precauciones para el uso y manejo adecuados de los dispositivos de elevación, como la capacidad de carga, el equilibrio de la carga, el control de la carga y los factores medioambientales.
La última edición de ASME B30.20 se publicó en 2021 e incluye algunos cambios respecto a la edición anterior, como:
- Revisiones de los requisitos de las pruebas de carga
- Aclaración de los requisitos de inspección frecuente y periódica
- Criterios para la retirada de servicio de un dispositivo de elevación si se dan ciertas condiciones que podrían dar lugar a un funcionamiento inseguro, como guardas o sujeciones sueltas o ausentes, indicios de daños por calor, corrosión excesiva o deformación, grietas o desgaste.
Requisitos de seguridad de ASME B30.20
Uno de los aspectos importantes de la norma ASME B30.20 son los requisitos de seguridad, que se utilizan para garantizar el rendimiento y el funcionamiento seguros de los dispositivos de elevación. ASME B30.20 define cuatro tipos de requisitos de seguridad: marcado, inspección, pruebas y mantenimiento.
- El marcado es el proceso de aplicar etiquetas de identificación e información al aparato elevador y sus componentes. El marcado debe incluir el nombre y la marca del fabricante, la carga nominal, el número de serie, el peso del aparato y cualquier otro dato o advertencia relevante. El marcado debe ser legible, duradero y visible para el operador y el inspector.
- La inspección es el proceso de examinar el aparato elevador y sus componentes para detectar cualquier defecto, daño o desgaste que pueda afectar a su funcionamiento o seguridad. La inspección debe ser realizada por una persona cualificada a intervalos regulares, dependiendo de la frecuencia y severidad del uso. La inspección debe seguir los procedimientos y criterios especificados por el fabricante y la norma. Los resultados de la inspección deben registrarse y notificarse a la autoridad responsable.
- Las pruebas son el proceso de verificación de la capacidad y funcionalidad del aparato elevador y sus componentes. Las pruebas deben ser realizadas por una persona cualificada antes del uso inicial, después de cualquier reparación o modificación y siempre que el inspector lo considere necesario. Las pruebas deben seguir los procedimientos y criterios especificados por el fabricante y la norma. Los resultados de las pruebas deben ser registrados y comunicados a la autoridad responsable.
- El mantenimiento es el proceso de reparación, ajuste, limpieza, lubricación y sustitución del dispositivo de elevación y sus componentes. El mantenimiento debe ser realizado por una persona cualificada, tal y como exigen los resultados de la inspección y las pruebas, las recomendaciones del fabricante y la norma. El mantenimiento debe seguir los procedimientos y criterios especificados por el fabricante y la norma. Los registros de mantenimiento deben conservarse y actualizarse.
¿Cómo puede ayudarle SDC Verifier a cumplir las normas ASME?
SDC Verifier es una empresa de software y consultoría que proporciona soluciones avanzadas de simulación y verificación de normas para la ingeniería estructural. Nuestro software, SDC Verifier, es una potente herramienta que puede ayudarle a diseñar y verificar según diversas normas.
Actualmente, en SDC Verifier, es posible realizar la comprobación de códigos según cinco normas ASME:
- ASME Sección VIII, División 2, 2010 – Diseño para comprobación de esfuerzos longitudinales. La sección 8 está dedicada a los recipientes a presión.
- ASME B31.8-2018 (Sistemas de tuberías de transporte y distribución de gas)
- ASME BTH-1 – Dispositivos de elevación por debajo del gancho (2017, 2020, 2023)
SDC Verifier puede ayudarle a ahorrar tiempo y dinero automatizando y agilizando el proceso de diseño y verificación. También puede beneficiarse de nuestros conocimientos y experiencia en ingeniería estructural y verificación de normas.
Póngase en contacto con el equipo de ingeniería de SDC Verifier y le ayudaremos a resolver su problema. Vea todos los servicios de consultoría de AEF que SDC Verifier puede proporcionarle.
Más información sobre los proyectos de ingeniería de AEF que el Departamento de Ingeniería de SDC Verifier realiza para nuestros clientes de distintos sectores.
Conclusión
Los dispositivos de elevación por debajo del gancho son herramientas esenciales para elevar, mover y posicionar cargas de diferentes formas, tamaños y pesos. Sin embargo, también plantean importantes retos y riesgos para los diseñadores y usuarios de estos dispositivos. Por eso es importante seguir las normas ASME que proporcionan orientación y las mejores prácticas para los dispositivos de elevación por debajo del gancho.
ASME BTH-1 y ASME B30.20 son dos normas que cubren los requisitos de diseño y seguridad de los dispositivos de elevación por debajo del gancho. Proporcionan criterios mínimos y recomendaciones para el diseño estructural, mecánico y eléctrico, así como el marcado, la construcción, la instalación, la inspección, las pruebas, el mantenimiento y el funcionamiento de los dispositivos de elevación por debajo del gancho.
