Diseño de tapa manhole

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS - ESPE

DISEÑO DE ELEMENTOS

PROYECTO DE DISEÑO DE ELEMENTOS MECÁNICOS 1. TEMA Diseño de una Junta Empernada Empernada (Tapa Manhole) Manhole) para el funcionamiento correcto de una caldera, en la cual la presión del agua es variable, mediante el uso adecuado de un empaque para evitar filtraciones. 2. OBJETIVOS 2.1. General Aplicar los conocimientos adquiridos en clase, clase, referente al Diseño de Elementos Mecánicos y a su vez, identificar parámetro y criterios de diseño, que posteriormente permitirán diseñar diseñar planos adecuado adecuado y acorde a los requerimientos establecidos establecidos por por el solicitante. 2.2. Específicos 

Diseñar un conjunto de elementos que puedan trabajar de forma unificada.

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Interpretar las definiciones y fórmulas aplicables a las técnicas del análisis mecánico para la seleccionar un elemento, en este caso el Nº pernos.

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Un manejo adecuado de formulas y especificaciones técnicas para los materiales que serán parte de este conjunto.

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Interpretar adecuadamente los resultados que posteriormente se realizaran.

3. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO La aplicación del diseño mecánico, hace necesaria el desarrollo de nuevas técnicas que permitan conocer el funcionamiento real de la industria, teniendo una idea concreta de confiabilidad durante todo el proceso. Con todos los conocimientos adquiridos, delimitaremos un marco de aplicación y ejecución, donde se pueda observar la realidad del problema. Partiendo del funcionamiento absoluto y elemental, analizaremos las diferentes preferencias y restricciones, para poderlas integrar en un modelo matemático que nos identifique la necesidad del diseño, y mediante la memoria de cálculo podámoslo interpretar en un futuro no inmediato. Consideraremos un análisis de mercado tanto en catálogos como en otros diseños predeterminados, para que nos ayuden a establecer el perno más adecuado que posea el máximo rendimiento, identificando los parámetros parámetros necesarios, de tal forma el costo sea el apropiado. Como futuros ingenieros este proyecto nos ayuda a establecer nuestro criterio y capacidad para para la toma de decisión ante una dificultad, dificultad, capacitándonos capacitándonos en el desenvolvimiento del campo industrial.

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4. MARCO TEÓRICO Los conceptos teóricos serán una recopilación de varias fuentes de conocimiento, que se a medida que se expanda el cálculo y el diseño, se especificará la fuente de donde fue extraído dicho conocimiento. Además de proporcionar de forma detallada la nomenclatura que se va a utilizar en la Memoria de Calculo. 5. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA En un proceso industrial, se requiere que la presión de un fluido no corrosivo este dentro del rango de 100 Psi a 140 Psi. La temperatura de trabajo del conjunto es de 150ºF. Para esto se tiene una caldera, la misma que para realizar inspecciones de mantenimiento cuenta con una abertura rectangular de 16 x 20 pulgadas, la tapa del manhole tiene 20 x 24 pulgadas, para evitar fugas del líquido entre la tapa se recomienda utilizar un empaque que debe seleccionar. Tanto el cuerpo de la caldera como la tapa del manhole son acero SA 572 grado 50 Acorde con el trabajo de la caldera se sugiere que se utilice un factor de seguridad entre 1.75 – 2.0 para fatiga. La forma y dimensiones de los elementos involucrados en este trabajo se muestran en la figura. Esquema del conjunto Medidas principales

Considerando que no se pueden realizar agujeros pasantes para sujetar la tapa al cuerpo de la caldera. Se requiere del estudiante que especifique y presente: 1. Dos soluciones de junta empernada: Pernos, tipo, número, medidas, grado, pretensión inicial y el torque de apriete (trabaje en unidades americanas). Seleccione la más apropiada para la aplicación Indicando las razones de orden técnico. 2. Las medidas del empaque que sugiere utilizar en este trabajo 3. El plano de conjunto, (de la solución más adecuada) indicando todos los elementos que son necesarios para que el conjunto funcione en forma eficiente.

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4. El plano de detalle de los elementos de la junta indicando los trabajos que se requieran realizar tanto en el cuerpo de la caldera como en la tapa del manhole. (de la solución escogida) 5. La memoria de cálculo de lo requerido en el numeral 3 Nota: los planos deben ser realizados con las normas de dibujo técnico y en un programa CAD, trabaje unidades del sistema americano. 6. PLANTAMIENTO Y RESOLUCION DEL PROBLEMA Como en la mayor parte de los problemas de diseño, hay demasiadas variables desconocidas parar resolver en una sola pasada las ecuaciones necesarias. Para varios parámetros deberán ser seleccionarse valores de prueba y utilizarse interacciones para encontrar una buena solución, hasta conseguir el valor del Factor de Seguridad a la Fatiga que es requerido para el funcionamiento del sistema, y que se ha indicado en el problema. Mediante este método se encontraran dos soluciones que cumplan con los factores de seguridad requeridos y que se detallaran a continuación. 6.1.- TABLA DE VARIABLES SÍMBOLO P F Sy Su Sp Se K C 

Tapr A L A D e Dnom K1 FS C T Emp T T min

VARIABLE Presión … Fuerza … Resistencia a la fluencia… Resistencia ultima a la tracción … Resistencia de prueba (tornillo) … Resistencia a la fatiga para vida infinita…. Constante de rigidez …

Constante de rigidez(Sujeción de placas) Esfuerzo … Torque de apriete rea …largo de… …ancho de… …distancia de… …espesor de… Diámetro nominal de… Constantes A dimensionales… Factor de Seguridad…

Caldera Placa de Manhole Empaque… Tornillo… Total… Mínimo…

UNIDADES AMERICANAS Psi Lbf psi Psi Psi Psi lbf/in lbf/in Psi lbf/in in2 In in In In In Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional

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max I E Alt med C Eq N AB Ag asen apli

Máximo… Inicial… Espesor… Alterno… Medio… Corregido… Equivalente…


Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional

Numero de pernos… Placas… Agarre… asentamiento aplicación

6.2.- MEMORIA DE CALCULOS ANEXO 01 6.3.- PROCESO DE FABRICACION 

En el Anexo 1, se describe el procedimiento que se debe utilizar para la fabricación de la Tapa Manhole

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7. RESULTADOS

8. PLANO DE MONTAJE, CONJUNTO Y DETALLE 

Revisar Anexos 02

9. CONCLUSIONES 

Dentro del diseño de la tapa de manhole se encontraron muchas variedades de soluciones; escogerlas implicó obtener un criterio de diseño óptimo para que dicho proyecto funcione adecuadamente.

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Al seleccionar pernos que sean fáciles de conseguir en el mercado, esto permite la disminución de los costos de montaje y tiempo aplicado en la búsqueda de los mismos.

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Una distribución adecuada de los pernos en la placa o Tapa Manhole, se debe realizar con unidades cerradas o medidas que permitan la fabricación de la misma.

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El diámetro del orificio del empaque por donde va ingresar cada uno de los pernos, debe ser 1/16“ más grande que el diámetro, pues permite que el empaque se expanda y trabaje eficientemente.

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Se eligieron pernos tipo ASTM, debido a que efectos externos tales como la vibración provocan que estos elementos pierdan tensión con el tiempo, para poder desaparecer el esfuerzo cortante en los pernos se debe realizar una buena lubricación.

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Se debe optimizando tiempo y recurso en el momento de la fabricación, como de el montaje, para esto la elección de dichos elementos y criterios, deben ser

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seleccionados, de forma adecuada, bajo un escrito análisis de disponibilidad de los elementos, como de las herramientas.

10. RECOMENDACIONES 

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Un exceso de factor de fatiga, no optimiza la capacidad resistiva del perno o tornillo. Emplear pernos de alta resistencia mecánica de acuerdo con un adecuado factor de seguridad para un diseño confiable. Se debe colocar los pernos en dirección perpendicular a la rosca, de manera que el cuerpo del perno no sienta el par de torsión de los roscados de la caldera. Es recomendable utilizar perno de rosca gruesa debido a que la tapa va a ser desmontada y montada con mucha frecuencia. Una buena lubricación permitirán alcanzar las constantes de montaje que se utilizan en este análisis de cargas dinámicas (Revisar Anexo 03). No se debe olvidar que los diámetros de las perforaciones en la Tapa deben tener un diámetro mayor al diámetro nominal del perno, pues si del mismo diámetro producen fallas de aplastamiento en la cara cilíndrica del tornillo. Revisar Anexo (3).

11. FIRMAS DE RESPONSABILIDAD

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BUSTAMANTE MARIO

BARRERA ANDRES DISEÑADORES

12. BIBLIOGRAFIA 

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AVALLONE, Eugene, MANUAL DEL INGENIERO MECÁNICO MARKS TOMO1 Mc Graw Hill - 9na Edición. NORTON, Robert, DISEÑO DE MÁQUINAS. Prentice Hall - 1ra Edición 1999 SHIGLEY, Joseph, DISEÑO EN INGENIERÍA MECÁNICA Mc Graw Hill - 5ta Edición. MOTT, Robert CODIGO DE DIBUJO TÉCNICO MECÁNICO INEN 009 - 1989

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ANEXOS 01 MEMORIAS DE CALCULOS

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ANEXOS 02 PLANOS

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ANEXOS 03 LUBRICACIÒN

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ANEXOS 04 TABLA TOPESA

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ANEXOS 05 TABLAS SHIGLEY

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ANEXO 3

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ANEXO 4 Tabla TOPESA

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ANEXO 5

Tabla A-33 Shigley

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Tabla A-31 Shigley

Tabla 8-15 Shigley

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Tabla 7-5 Shigley

Tabla 8-16 Shigley

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Diseño de tapa manhole

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