EJERCICIO # 2. PRENSA DE 50 TONELADAS PARA FORJAR EJES.
Una prensa hidráulica de 500 toneladas de carga máxima para forja de ejes tiene un cilindro central RAM con un diámetro de 40 cm y los cilindros auxiliares tienen de diámetro pistón 10 cm con un diámetro de vástago de 6 cm. Los requerimientos de diseño son: velocidad de prensado 10 mm/s, velocidad de d e descenso descen so gravitacional de 100 mm/s. la bomba gira a 1800 RPM. El sistema cuenta con un cilindro intensificador de presión (relación de área es de 3:1) retorno por resorte; cilindro de simple efecto.
Figura 6. Esquema de la prensa para ejes.
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Área del pistón del cilindro auxiliar:
= 4 ∗10 = 78.5
Determinar: a) La presión de taraje de la válvula de contrabalance, asumiendo un factor de 50% adicional por seguridad. La relación de pilotaje es de 2:1 para la contrabalance. Y determine el taraje de la reductora. b) Calcule la capacidad volumétrica de la bomba hidráulica que cumpla con los requerimientos de diseño, sabiendo que nvb= 92% y nmb= 90%. c) Halle el taraje de la válvula de alivio del sistema principal 1 (91=?) y la válvula 2 (p2=?). d) Halle la potencia máxima consumida por la bomba hidráulica. Puede hacer una recomendación para mejorar el diseño?.
Área anular del cilindro auxiliar;
= 4 ∗10 −6 = 50.3 a) Presión de taraje de la contrabalance: La contrabalance deberá soportar la carga de 20 [Ton] cuando la válvula direccional sea centrada. Por ende:
=1.5∗ 2∗ 20000 4 ∗10○ =191 [ ] Presión de taraje de la válvula reductora de presión:
Caída en los antiretornos simples: 2 Kgf/cm2
Para tarar la válvula reductora de presión hay que tener en cuenta los siguientes aspectos:
Nota: desprecie la caída de presión en la válvula de prellenado. (Φ=30:1 “fácil de abrir”)
Ecuación de pérdidas para la direccional DVC: Q [lt/min]=40(Δp [kgf/cm2])1/2 Ecuación de pérdidas para las demás direccionales: desprécielas.
Solución: Parámetros iníciales
La válvula de contrabalance generara la caída de presión necesaria para que la carga no caiga libremente, sino a la velocidad de 10 mm/s. Por lo cual la válvula de contrabalance estará abierta proporcionalmente. Como el cilindro RAM está siendo alimentado por el tanque de prellenado, donde la presión es cero, la presión en la cámara superior de éste será cero.
Ahora bien, podemos hacer el análisis estático del cilindro para cuando la velocidad es de 100 mm/s
Área del cilindro RAM
= 4 ∗40 = 1256.6 2
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= 1 ∗1256.6 =75.4 [ ] Obtenido el caudal, la capacidad volumétrica de la bomba está determinada por:
= ∗ 75396 [ ] = 0.92∗1800 =45.5
Figura 7. Diagrama de cuerpo libre del cilindro RAM
2∗ ∗78.5=20000 =127.4 [ ]
c) Presión de taraje de la válvula de seguridad La presión de taraje de la válvula de alivio, debe ser determinada para la condición crítica, que es el momento de prensado, para el cual el flujo de caudal es muy bajo y las pérdidas son despreciables. Por ende la presión de la cámara de los pistones de los cilindros auxiliares es cero.
Posteriormente, hacemos un balance en la válvula de contrabalance y conocemos cual debe ser la presión de pilotaje.
2∗191−127.4 + = = 2 =31.8 [ ]
Estática:
Debemos darle un factor de seguridad a la presión encontrada anteriormente, para así determinar la presión de taraje de la válvula reductora de presión.
=1.5∗31.8=47.7 [ ] b) Capacidad volumétrica de la bomba: El máximo caudal entregado por la bomba estará en el momento en el cual la velocidad del cilindro RAM es de 10 mm/s, por ende:
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Figura 8. Diagrama de cuerpo libre del cilindro RAM
d) Potencia máxima consumida por la
bomba hidráulica:
20000 + ∗1256.6=500000 =382 []
= 130.8 [ ]∗1256.6 =164363.3 [∗ ] =21.6 = 16.12
La presión que debe ser aplicada al cilindro
382
RAM es de , sin embargo esta presión será entregada por el intensificador de presión. Por ende la presión entregada por la bomba es igual a:
Tabla de resultados
Características sistema Pot. Motor Q b Ptaraje,1 Ptaraje, 2 Ptaraje, contrabalance
75. 4 ∆ = ( 40 ) =3.5 = 3 +∆ =
= 3823 +3.5=130.8 [ ]
Resultados 21.6 [Hp] 20 [GPM] 157 [Kgf/cm2] 458,4 [Kgf/cm2] 191 [Kgf/cm2]
Conclusiones
Aplicando el facto un factor de seguridad a la presión obtenida anteriormente, obtenemos la presión de taraje de la válvula de alivio principal del sistema:
_ =1.2∗130.8=157 [ ] Presión de taraje de la válvula de despresurización P2:
En este circuito se tuvo dificultad en el análisis debido al gran número de elementos que contenía, sin embargo se calcularon las principales variables a tener en cuenta, potencia máxima en la bomba, seguridad en el sistema, taraje en las válvula de seguridad, taraje de la válvula de contrabalance que permite un frenado suave de tal manera que no se produzca golpes de ariete, debido a las aceleraciones del sistema. Este sistema contaba con un cilindro intensificador que ayudaba a sostener el prensado de la pieza de trabajo a una mayor presión, ahorrando energía en la bomba.
La presión de taraje de la válvula debe ser un poco superior a la presión que hay en la cámara del cilindro RAM, por ende:
_ =1.2∗382=458.4 [ ]
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