Fuerza sobre la bolsa de aire ejercida por la carga (FCARGO) - Ejemplos prácticos

La máxima fuerza que una carga rígida puede ejercer sobre una bolsa de aire está determinada por factores como la masa y las dimensiones de la carga, la resistencia al deslizamiento sobre la superficie y las aceleraciones relacionadas. 

Ver post: Bolsas de aire para la estiba de la carga.

Este cálculo se realiza utilizando las siguientes expresiones matemáticas:

Código de prácticas OMI/OIT/CEPE-Naciones Unidas sobre la arrumazón de las unidades de transporte

(Código CTU) Enero de 2014

Ejemplo práctico 1

Para proporcionar un ejemplo práctico basado en las fórmulas dadas, imaginemos una situación en la que tenemos una carga rígida que se desliza sobre una superficie. Vamos a calcular la fuerza máxima con la cual la carga puede golpear una bolsa de aire.

Supongamos que:

• Masa de la carga (m): 2 toneladas (t)

• Aceleración horizontal (cx,y): 0.5 g

• Aceleración vertical (cz): 0.2 g

• Factor de fricción (μ): 0.2

• Anchura del bulto (bp): 1.5 metros (m)

• Altura del bulto (hp): 0.8 metros (m)

• Aceleración debida a la gravedad (g): 9.8 m/s²

Ahora, podemos usar la fórmula de deslizamiento para calcular la fuerza máxima (FCARGO) ejercida sobre la bolsa de aire:

FCARGO=m⋅g⋅(cx,y−μ⋅0.75⋅cz)

Sustituimos los valores dados:

FCARGO=2t⋅9.8m/s2⋅(0.5−0.2⋅0.75⋅0.2)

Calculamos:

FCARGO=2t⋅9.8m/s2⋅(0.5−0.03)

FCARGO=2t⋅9.8m/s2⋅0.47

FCARGO=9.176kN

Por lo tanto, en este ejemplo, la fuerza máxima con la cual la carga puede golpear la bolsa de aire sería aproximadamente 9.176 kN.

La unidad de medida para el dato "9.176 kN" es kilonewtons (kN). El kilonewton es una unidad de fuerza en el sistema internacional de unidades y es equivalente a mil newtons. Por lo tanto, 9.176 kN significa 9,176 kilonewtons, o lo que es lo mismo, 9,176,000 newtons.

El dato relacionado con el 'deslizamiento' es la aceleración horizontal (cx,y), mientras que el dato asociado con la 'inclinación' es la aceleración vertical (cz).

• La aceleración horizontal (cx,y): Este valor (0.5 g) representa la aceleración en la dirección lateral de la carga, indicando cómo se desplaza horizontalmente sobre la superficie. En el contexto de la fórmula de deslizamiento, este término contribuye a calcular la fuerza ejercida sobre la bolsa de aire.
• La aceleración vertical (cz): Este valor (0.2 g) representa la aceleración en la dirección vertical de la carga, indicando cómo se eleva o desciende. En la fórmula de deslizamiento, este término también se utiliza para calcular la fuerza, pero en el contexto de la fórmula de inclinación, también se tiene en cuenta para determinar la fuerza ejercida en situaciones de inclinación lateral.

Por lo tanto, en este escenario, cx,y está asociado con el deslizamiento horizontal, mientras que cz está asociado tanto con el deslizamiento vertical como con la inclinación lateral de la carga. Ambos son factores importantes que contribuyen a calcular la fuerza máxima ejercida sobre la bolsa de aire.

Es solo un ejemplo básico hipotético, y los valores reales dependerían de las condiciones específicas de la situación.

Ejemplo práctico 2

Consideremos la carga de 30 palés en un semirremolque y calculemos la fuerza máxima que podría golpear una bolsa de aire utilizando las fórmulas dadas. Supongamos valores ficticios para ilustrar el cálculo:

Supongamos que:

• Masa de la carga total (m): 15 toneladas (t) para los 30 palés.

• Aceleración horizontal (cx,y): 0.6 g (indicando una aceleración lateral significativa).

• Aceleración vertical (cz): 0.2 g (indicando una cierta aceleración hacia arriba o hacia abajo).

• Factor de fricción (μ): 0.3 (representando la fricción entre la carga y la superficie del semirremolque).

• Anchura del palé (bp): 1.2 metros (m).

• Longitud del palé (hp): 1.0 metro (m).

• Aceleración debida a la gravedad (g): 9.8 m/s².

Ahora, podemos usar la fórmula de deslizamiento para calcular la fuerza máxima (FCARGO) ejercida sobre la bolsa de aire:

FCARGO=m⋅g⋅(cx,y−μ⋅0.75⋅cz)

Sustituimos los valores dados:

FCARGO=15t⋅9.8m/s2⋅(0.6−0.3⋅0.75⋅0.2)

Calculamos:

FCARGO=15t⋅9.8m/s2⋅(0.6−0.045)

FCARGO=15t⋅9.8m/s2⋅0.555

FCARGO=82.11kN

Por lo tanto, en este ejemplo hipotético, la fuerza máxima con la cual la carga podría golpear la bolsa de aire sería aproximadamente 82.11 kN. 

Recuerda que estos valores son ficticios y deberías utilizar datos específicos y reales para una situación dada.

Ejemplo práctico 3

Hagamos un ejercicio práctico utilizando las fórmulas de deslizamiento e inclinación. Supongamos una situación hipotética con los siguientes valores:

• Masa de la carga (m): 8 toneladas (t).

• Aceleración horizontal (cx,y): 0.8 g.

• Aceleración vertical (cz): 0.3 g.

• Factor de fricción (μ): 0.25.

• Anchura del bulto (bp): 1.2 metros (m).

• Altura del bulto (hp): 0.6 metros (m).

• Aceleración debida a la gravedad (g): 9.8 m/s².

Primero, calculemos la fuerza de deslizamiento utilizando la fórmula correspondiente:

FCARGODeslizamiento=m⋅g⋅(cx,y−μ⋅0.75⋅cz)

Sustituimos los valores:

FCARGODeslizamiento=8t⋅9.8m/s2⋅(0.8−0.25⋅0.75⋅0.3)

FCARGODeslizamiento=8t⋅9.8m/s2⋅(0.8−0.05625)

FCARGODeslizamiento=8t⋅9.8m/s2⋅0.74375

FCARGODeslizamiento≈58.27kN

Ahora, calculemos la fuerza de inclinación con la fórmula correspondiente:

FCARGOInclinacioˊn=m⋅g⋅(cx,y−hpbp⋅cz)

Sustituimos los valores:

FCARGOInclinación=8t⋅9.8m/s2⋅(0.8−0.61.2⋅0.3)

FCARGOInclinación=8t⋅9.8m/s2⋅(0.8−2⋅0.3)

FCARGOInclinación=8t⋅9.8m/s2⋅0.2

FCARGOInclinación≈15.68kN

En este ejercicio práctico, hemos calculado la fuerza de deslizamiento y la fuerza de inclinación para una carga hipotética. 

Ejemplo práctico 4

Vamos a realizar un ejercicio práctico considerando un camión de tres ejes que carga 15 palés con diferentes dimensiones y pesos. Supongamos los siguientes valores ficticios:

1. Masa total de la carga (m): 10 toneladas (t).

2. Aceleración horizontal (cx,y): 0.6 g.

3. Aceleración vertical (cz): 0.2 g.

4. Factor de fricción (μ): 0.3.

5. Achura del palé (bp): 1.5 metros (m).

6. Altura del palé (hp): 1.0 metro (m).

7. Aceleración debida a la gravedad (g): 9.8 m/s².

Ahora, apliquemos las fórmulas para calcular las fuerzas de deslizamiento e inclinación:

Fuerza de Deslizamiento:

FCARGODeslizamiento=m⋅g⋅(cx,y−μ⋅0.75⋅cz)

Sustituimos los valores:

FCARGODeslizamiento=10t⋅9.8m/s2⋅(0.6−0.3⋅0.75⋅0.2)

FCARGODeslizamiento=10t⋅9.8m/s2⋅(0.6−0.045)

FCARGODeslizamiento=10t⋅9.8m/s2⋅0.555

FCARGODeslizamiento≈54.36kN

Fuerza de Inclinación:

FCARGOInclinación=m⋅g⋅(cx,y−hpbp⋅cz)

FCARGOInclinación=10t⋅9.8m/s2⋅(0.6−1.01.5⋅0.2)

FCARGOInclinación=10t⋅9.8m/s2⋅(0.6−1.5⋅0.2)

FCARGOInclinación=10t⋅9.8m/s2⋅0.3

FCARGOInclinación≈29.4kN

Félix Sánchez
Docente en logística y transporte
Asignatura: SEGURIDAD EN EL TRANSPORTE DE MERCANCÍAS
Grado en Gestión logística.