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Plataformas elevadoras móviles de personal (PEMPs): La guía definitiva para el cumplimiento técnico de la norma EN 280

/ 31 Jul 2024 / por: Yurii Shumak

Grúas y equipos de elevación

Verificación de normas

Esta completa guía está diseñada para desmitificar las complejidades técnicas de la norma EN 280 tanto para ingenieros como para empresarios. Tanto si es usted un ingeniero encargado de diseñar estructuras robustas para PEMPs como si es el propietario de una empresa que busca comprender las implicaciones de esta norma para la seguridad, este recurso le dotará de los conocimientos necesarios para tomar decisiones con conocimiento de causa.

¿Qué es la norma EN 280?

La norma EN 280 es la norma europea que establece los requisitos de seguridad definitivos para las plataformas elevadoras móviles de personal (PEMP). Estas versátiles máquinas, utilizadas en sectores como la construcción, el mantenimiento y el ocio, elevan al personal a posiciones de trabajo. La norma EN 280 abarca una amplia gama de PEMPs, desde plataformas elevadoras de tijera y de brazo hasta plataformas montadas en vehículos y autopropulsadas. El ámbito de aplicación de la norma abarca cálculos de diseño, criterios de estabilidad, construcción, características de seguridad, exámenes y ensayos, garantizando un enfoque holístico de la seguridad de las PEMPs.

Imperativos legales y empresariales

El cumplimiento de la norma EN 280 no es una mera recomendación; es una obligación legal para fabricantes, propietarios y operadores en Europa. El incumplimiento puede acarrear graves consecuencias, entre ellas:

• Sanciones legales: Multas, acciones legales y posibles cargos penales.
• Pérdidas financieras: Aumento de las primas de seguros, tiempo de inactividad de los equipos y retrasos en los proyectos.
• Daños a la reputación: Pérdida de confianza de clientes, socios y el público en general, lo que puede reducir las oportunidades de negocio.

Por el contrario, adherirse a la norma EN 280 ofrece multitud de ventajas:

• Seguridad: Reducción del riesgo de accidentes, lesiones y muertes.
• Mitigación de riesgos: Minimización de la exposición a la responsabilidad y de las complicaciones legales.
• Eficiencia operativa: Mejora de la productividad, reducción del tiempo de inactividad y aumento de la vida útil de los equipos.
• Ventaja competitiva: Compromiso demostrado con la seguridad, que atrae a más clientes y proyectos.

Modelización y simulación

La fase inicial del análisis de ingeniería implica la creación de modelos globales. Estos modelos simplificados, a menudo construidos utilizando elementos de viga, sirven como representación fundacional de la estructura.

Aunque no captan toda la complejidad de la máquina, los modelos globales son fundamentales para identificar los puntos críticos de carga, definir las condiciones de funcionamiento y comprender la distribución global de la carga.

Los modelos globales suelen crearse utilizando elementos de viga que se aproximan a la forma real y a la distribución de masas de la estructura de la PEMP. Para garantizar la integridad estructural en diversas condiciones operativas, se emplean cálculos estructurales estáticos para simular el comportamiento de la PEMP en varias posiciones operativas para definir los peores escenarios.

Figura: Modelo global de la PEMP con siete posiciones operativas resaltadas

Estas posiciones se seleccionan cuidadosamente para identificar los escenarios en los que la PEMP está sometida a los mayores esfuerzos y cargas.

Modelado detallado

Tras obtener una visión inicial a partir de un modelo global simplificado, construido normalmente con elementos de viga, los ingenieros emplean el análisis de elementos finitos (AEF ) para crear una representación más matizada de la estructura. Este modelo detallado de AEF comprende una red de elementos más pequeños e interconectados, lo que permite un examen muy localizado de las tensiones, deformaciones y deformaciones dentro de la PEMP en diversas condiciones de carga.

Figura 2: Modelo detallado de AEF de una PEMP con tres partes de la pluma (parte 1, parte 2, parte 3) resaltadas

En el caso de las PEMP, los modelos detallados suelen centrarse en las secciones y conexiones de la pluma, ya que están sometidas a importantes fuerzas de flexión y compresión. Como muestra la figura 2, la pluma se divide en tres partes distintas (Parte 1, Parte 2 y Parte 3), cada una de las cuales puede analizarse por separado mediante AEF para comprender su comportamiento estructural específico. Las cargas derivadas del modelo global para cada posición operativa se transfieren entonces a estos modelos detallados para evaluar la distribución de las tensiones y garantizar la integridad estructural en diversas condiciones.

Aplicando varios escenarios de carga, incluidos los derivados de la norma EN 280, los ingenieros pueden evaluar la respuesta estructural con un alto grado de precisión.

Los peores escenarios

Un aspecto crucial de la ingeniería de las PEMPs implica la identificación y modelización de los peores escenarios operativos. Estos escenarios abarcan combinaciones de cargas máximas, ángulos extremos y condiciones de funcionamiento desfavorables.

Cálculos de carga

La norma EN 280 proporciona un marco para evaluar las diversas fuerzas que actúan sobre una PEMP durante su funcionamiento, garantizando que pueda soportar dichas cargas sin comprometer su integridad estructural.

Cargas individuales

La evaluación comienza analizando las cargas individuales, cada una de las cuales representa una fuerza, presión, aceleración o desplazamiento específicos que actúan sobre la PEMP:

• Carga nominal. Es la carga máxima prevista diseñada para soportar, incluyendo el peso de los ocupantes, las herramientas y los materiales de la plataforma. Las cargas de la barrera de cubos también se tienen en cuenta para las PEMPs con esta característica.

Figura 3: Representación de las cargas de la barrera de cangilones en una PEMP

Como se muestra en la figura X, estas cargas suelen incluir una carga distribuida aplicada horizontalmente a los raíles superior e inferior de la barrera (0,8 kN/m en este ejemplo), así como cargas puntuales aplicadas en el centro de estos raíles (1 kN en el raíl superior y 0,7 kN en el inferior). Estas cargas simulan las fuerzas que experimentaría la barrera durante su funcionamiento, como por ejemplo por el peso de las herramientas o materiales colocados en la cuchara o por un impacto accidental.

• Cargas de viento. Las fuerzas del viento pueden afectar significativamente a la estabilidad de las PEMPs. Las normas EN 280 e ISO 4302 proporcionan directrices para calcular las cargas del viento basadas en la presión del viento, los factores de forma (que tienen en cuenta las propiedades aerodinámicas de la PEMP) y el área proyectada de la máquina.

La norma EN 280 exige que las PEMPs destinadas a uso exterior estén diseñadas para soportar una presión del viento de 100 N/m^2, equivalente a una velocidad del viento de 12,5 m/s (Escala Beaufort 6). Esta carga de viento estándar se aplica horizontalmente al centro del área de la PEMP y sus ocupantes, simulando el peor escenario posible.

Para tener en cuenta las diferentes formas y tamaños de los componentes de las PEMPs, la norma EN 280 introduce factores de forma. Estos factores ajustan la carga de viento en función de la geometría de la superficie expuesta, garantizando una evaluación más precisa de las fuerzas del viento. Por ejemplo, las secciones en L, U, T e I tienen un factor de forma de 1,6, mientras que las secciones circulares tienen factores que oscilan entre 0,8 y 1,2, dependiendo de su tamaño.

• Fuerza manual. Los operadores ejercen fuerza sobre los mandos de la PEMP y esta fuerza debe tenerse en cuenta. La norma EN 280 especifica un valor de 400 N para la fuerza manual.
• Cargas dinámicas. Las PEMPs experimentan cargas dinámicas debidas a la aceleración y desaceleración durante el desplazamiento.

La norma EN 280 tiene en cuenta las cargas dinámicas causadas por la aceleración, la desaceleración y el giro aplicando un factor de 0,1 a las fuerzas creadas por las masas estructurales y la carga nominal. Este factor se aplica en la dirección de movimiento que crea el mayor momento de vuelco, asegurando que la PEMP permanezca estable durante su funcionamiento.

La tabla siguiente ilustra un ejemplo de cómo se calculan las cargas dinámicas para una PEMP:

Tabla: Ejemplo de cálculo de carga dinámica para los componentes de una PEMP

En este ejemplo, la carga dinámica en las direcciones X e Y para la cuchara y el plumín es igual a sus masas respectivas multiplicadas por la aceleración debida a la gravedad (9,81 m/s²). Sin embargo, la carga dinámica en la dirección Z para la pluma es sólo la mitad de su masa multiplicada por la aceleración debida a la gravedad, lo que refleja el hecho de que la pluma experimenta menos aceleración vertical en comparación con otros componentes.

• Inclinación. La capacidad de la PEMP para inclinarse debido a las irregularidades del terreno o a las acciones del operador es un factor crítico.

La norma EN 280 aborda esta cuestión exigiendo que los cálculos de estabilidad se realicen sobre la inclinación máxima permitida del chasis definida por el fabricante, más 0,5 grados adicionales por imprecisión en la configuración.

Los estabilizadores desempeñan un papel crucial en el mantenimiento de la estabilidad en terrenos irregulares. La norma EN 280 exige que las PEMPs equipadas con estabilizadores sean capaces de nivelar el chasis o la estructura extensible dentro de la inclinación máxima permitida.

Combinaciones de carga

Las PEMPs rara vez experimentan un solo tipo de carga a la vez. Por ello, los ingenieros crean combinaciones de carga que simulan diversos escenarios operativos y de pruebas. Estas combinaciones consideran la aplicación simultánea de múltiples cargas, como la carga nominal combinada con la carga del viento y las cargas dinámicas.

Combinaciones y factores de carga según EN 280

Para evaluar la integridad estructural y la estabilidad de la PEMP en condiciones de uso realistas, la norma EN 280 prescribe combinaciones y factores de carga específicos. Estas combinaciones consideran la aplicación simultánea de múltiples cargas, como la carga nominal, los pesos muertos, la fuerza manual y las cargas del viento. Los factores se aplican a cada tipo de carga para tener en cuenta su distinta importancia y su variabilidad potencial.

Como se ilustra en la tabla anterior, cada condición de trabajo requiere una combinación única de cargas y factores. Por ejemplo, durante la elevación y el descenso (condición 1), la carga nominal y los pesos muertos se consideran con un factor de 1,0, mientras que las cargas del viento se consideran en ambas direcciones horizontales con un factor de 0,1.

EN 13001 Factores de carga

Para garantizar la seguridad, la norma EN 13001 introduce factores de seguridad parciales. Estos factores se aplican a cada carga individual para tener en cuenta las incertidumbres en la estimación de la carga y las propiedades del material.

Las cargas factorizadas resultantes se utilizan en los cálculos estructurales para determinar si el diseño de la PEMP cumple los niveles de seguridad requeridos. Por ejemplo, un factor de carga típico para la carga nominal podría ser 1,35, lo que significa que el diseño debe soportar el 135% de la carga nominal prevista.

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Análisis de estabilidad

La estabilidad es primordial en el funcionamiento de las PEMPs, ya que el riesgo de vuelco supone un peligro importante para los operadores y las personas cercanas. La norma EN 280 exige un riguroso análisis de estabilidad para garantizar que las PEMPs permanezcan seguras en diversas condiciones.

Puestos de apoyo

La estabilidad de una PEMP varía significativamente según la configuración de sus patas. Cuando las cuatro patas están completamente extendidas (posición ancha), la máquina puede girar normalmente 360° completos. Sin embargo, en la configuración «ancha/estrecha», la rotación suele estar limitada debido a la base de apoyo asimétrica.

Diagrama de estabilidad para una PEMP en posición de apoyo ancha/estrecha, ilustrando los límites operativos, los ángulos de estabilidad iguales y los puntos de inflexión.

La figura anterior demuestra cómo se restringe el área operativa en la posición «ancha/estrecha» en comparación con la posición «ancha» completa. El diagrama también indica el ángulo crítico de «estabilidad igual», en el que el momento de vuelco es igual en ambas direcciones, hacia delante y hacia atrás. Sobrepasar este ángulo en cualquier dirección aumenta el riesgo de vuelco. El «punto de vuelco» indica el ángulo máximo antes de que la PEMP se vuelva inestable y vuelque.

Cálculos del momento de vuelco

Un concepto fundamental en el análisis de estabilidad es el momento de vuelco. Se trata del momento (fuerza multiplicada por la distancia) que tiende a provocar el vuelco de la PEMP. Los ingenieros calculan los momentos de vuelco para diversas combinaciones de carga y posiciones operativas. Comparando estos momentos con el momento de resistencia de la PEMP (proporcionado por su peso y la configuración de las patas), determinan el margen de estabilidad.

La norma EN 280 establece factores de seguridad mínimos para los momentos de vuelco, asegurando que la resistencia de la PEMP al vuelco supere los momentos aplicados por un margen sustancial.

Consideraciones sobre la velocidad

El movimiento de las PEMPs introduce fuerzas dinámicas que pueden afectar a la estabilidad. La norma EN 280 reconoce este hecho y establece límites a las velocidades permitidas, especialmente durante los giros. Los movimientos bruscos o las velocidades excesivas pueden desplazar el centro de gravedad de la PEMP, provocando potencialmente inestabilidad.

Los ingenieros tienen en cuenta las cargas dinámicas resultantes de la aceleración y desaceleración al calcular los momentos de vuelco. También evalúan el sistema de control de la PEMP, asegurándose de que puede gestionar suavemente los movimientos y evitar cambios bruscos que puedan comprometer la estabilidad.

Diseño estructural y verificación

Para abordar las complejidades del diseño estructural y la verificación, la norma EN 280 hace referencia a la norma EN 13001-3, que proporciona directrices detalladas para el diseño de estructuras de acero.

Propiedades del material

La elección de los grados de acero para los componentes de las PEMPs es fundamental. A menudo se utilizan calidades comunes como S235, S275 y S355, cada una con distintos límites elásticos y resistencias últimas a la tracción. ‘

Los ingenieros seleccionan meticulosamente los materiales en función de sus propiedades mecánicas (límite elástico, resistencia última, alargamiento) y de los requisitos específicos de carga de cada componente.

A continuación, estas propiedades de los materiales se introducen en modelos de elementos finitos para simular con precisión el comportamiento estructural de la PEMP.

Prueba de resistencia estática

Cada unión soldada, conexión atornillada, perno y otro componente crítico se somete a una rigurosa verificación para confirmar su resistencia estática. Esto implica analizar las tensiones bajo diversas combinaciones de carga, asegurando que permanecen por debajo de los límites permitidos.

El análisis de elementos finitos (AEF ) es indispensable en este proceso, ya que permite a los ingenieros visualizar las distribuciones de tensiones con gran precisión e identificar los posibles puntos débiles de la estructura.

Análisis de fatiga

Las PEMPs experimentan cargas cíclicas durante su funcionamiento que conducen a la fatiga. El análisis de fatiga evalúa el daño acumulativo causado por estas cargas repetidas.

Las simulaciones de elementos finitos pueden predecir con exactitud las concentraciones de tensión y las zonas propensas al fallo por fatiga. Al conocer la vida a fatiga de los componentes críticos, los ingenieros pueden recomendar intervalos de mantenimiento adecuados y modificaciones de diseño para prolongar la vida útil de la PEMP.

Análisis de pandeo

Los miembros estructurales esbeltos y los cilindros hidráulicos son susceptibles de pandeo bajo cargas de compresión. El análisis de pandeo, a menudo realizado mediante AEF, determina la carga crítica a la que estos componentes se pandearían y fallarían. Los ingenieros incorporan los factores de seguridad adecuados para garantizar que el diseño de la PEMP pueda resistir el pandeo incluso en condiciones extremas. Las simulaciones por AEF son especialmente valiosas en el análisis de pandeo, ya que pueden modelar geometrías complejas y escenarios de carga con gran precisión.

Pruebas y validación

La culminación del proceso de diseño de una PEMP implica pruebas y validaciones rigurosas para garantizar que los cálculos teóricos y las simulaciones se corresponden con el rendimiento en el mundo real.

Cargas de prueba

Las pruebas abarcan diversos escenarios, cada uno de ellos diseñado para someter a la PEMP a esfuerzos y evaluar su integridad estructural en diferentes condiciones:

1. Prueba de sobrecarga. Esta prueba somete a la PEMP a cargas superiores a su capacidad nominal (normalmente el 125%) para evaluar su capacidad de soportar sobrecargas inesperadas sin fallar.
2. Prueba de estabilidad. La prueba de estabilidad verifica que la PEMP permanece estable bajo diversas combinaciones de carga, incluidas las que simulan fuerzas del viento y terrenos irregulares. Esta prueba suele consistir en inclinar la PEMP hasta un ángulo predeterminado y asegurarse de que no vuelca.
3. Prueba funcional. Esta prueba exhaustiva evalúa la funcionalidad general, incluidos sus sistemas de control, dispositivos de seguridad y procedimientos de emergencia. Confirma que la PEMP funciona según lo previsto y que todos los mecanismos de seguridad funcionan correctamente.

Cumplimiento de las normas

Las pruebas sirven como último punto de comprobación para asegurar el cumplimiento de las normas EN 280 por parte de las PEMPs. Salva la distancia entre el diseño teórico y el funcionamiento en el mundo real, proporcionando pruebas concretas de que la PEMP es segura y fiable.

Lista de comprobación para ingenieros y operarios:

Para asegurarse de que se realizan todas las pruebas e inspecciones necesarias, los ingenieros y operarios pueden utilizar la siguiente lista de comprobación:

Conclusión

Siguiendo estas directrices y aprovechando el análisis de elementos finitos, los ingenieros pueden diseñar PEMPs que no sólo cumplan los requisitos normativos, sino que también destaquen por su rendimiento, durabilidad y seguridad.

Los empresarios, por su parte, deben reconocer que el cumplimiento de la norma EN 280 no es sólo una obligación legal, sino una inversión estratégica.

Adoptando esta norma y fomentando una cultura de seguridad, el sector de las PEMPs puede seguir alcanzando nuevas cotas al tiempo que salvaguarda su activo más valioso: su personal.

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