REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGÍA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DEL ESTADO ARAGUA “FEDERICO BRITO FIGUEROA”. LA VICTORIA, ESTADO ARAGUA
COORDINACIÓN DE CREACIÓN INTELECTUAL Y DESARROLLO SOCIO PRODUCTIVO
Diseño de una prensa mecánica para la reparación de las válvulas de hidrovac en el taller Multiservicios Makclaren.
TSU. Ámbar Jiménez C.I. Nº26.192.12 Tutor: Daniel Ochoa. C.I.14.086.272
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DEDICATORIA
A Jehová dios por cuidar de mi y darme su bondad amorosa. A mi madre Marisol Peñuela por motivarme a cumplir con lo que me propongo, por su paciencia, porque no todas son tan buenas madres como lo es ella, desde el comienzo hasta el final ha estado allí y espero que sin importar nada se mantenga a mi lado. A mi Tío Gustavo Casique por ser como un padre al apoyarme y financiar mi carrera universitaria. A mi abuela Ana Peñuela por cuidarme de manera física al brindarme un buen desayuno diariamente y ayudarme a ser puntual en mis estudios. A mi abuelo José Luna quien me ayudo a cumplir con muchas de mis asignaciones estudiantiles, creativo y colaborador, sé que siempre podre contar con el. A mis padres adoptivos Ruth y José ramón Bastidas por ser verdaderos amigos y darme ese amor del que la biblia dice que nunca falla, durante este periodo han estado junto a mi en los momentos más difíciles. A mi novio Cesar García quien se ha convertido en alguien muy especial en mi vida me ha brindado su apoyo emocional y con con palabras apropiadas me animo en muchos momentos en los que pensé darme por vencida.
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AGRADECIMIENTOS A la universidad politécnica territorial de Aragua, porque en sus aulas recibí el conocimiento intelectual y humano de cada uno de los docentes del área de Mecánica . A mis Prof. Daniel Ochoa y Oliver Rodríguez, quienes en particular me apoyaron y tuvieron mucha paciencia, fueron de suma importancia para llevar a cabo esta meta. A mi Prof. Giovanni Caforio quiero darle especial agradecimiento, excelente persona y docente, por darme una asesoría de calidad, una que muy pocos docentes otorgan sin el posiblemente no podría haber alcanzado mi objetivo.
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Diseño de una prensa para la reparación de las válvulas de hidrovac en el taller Multiservicios Makclaren . Código: PNFMM-2-16-2156
RESUMEN. Esta investigación se realizó en un taller de la comunidad de santa rosa en Maracay, Edo Aragua, la cual tiene una problemática por la falta de una prensa para la reparación de las válvulas de hidrovac. El presente trabajo fue hecho con la finalidad de diseñar una prensa mecánica que facilitara el trabajo que antes se realizaba completamente manual, lo que a su vez disminuirá el esfuerzo por parte de los empleados y proporcionara mayor seguridad a la hora de ajustar o extraer la pieza mediante la presión . La realización de este trabajo es de suma importancia, ya que nos permite establecer la problemática existente dentro del taller de la comunidad de santa rosa en donde es necesario el diseño de una prensa mecánica para un objetivo específico como lo es la reparación de las válvulas de hidrovac así se mejora no solo el rendimiento laboral sino económico, siendo este un taller especializado en la reparación de los frenos y esta pieza fundamental en los mismos Palabras Claves: Prensa, Mecánica, Hidrovac, Reparación, Rendimiento.
viii
INDICE GENERAL
Contenido....................................................................................................................Paginas Portada...................................................................................................................................I Acta de evaluación oral del proyecto..................................................................................II Aprobación del tutor académico.......................................................................................III Aprobación del coordinador académico...........................................................................IV Planilla de inscripción..........................................................................................................V Dedicatoria..........................................................................................................................VI Agradecimiento.................................................................................................................VII Resumen………………………………………………………………………………... VIII Índice general…………………………………………………………………………….IX Índice de tablas…………………………………………………………………………..X Índice de figuras…………………………………………………………………………XI Introducción........................................................................................................................1 CAPITULO I………………………………………………………………………………2 DIAGNOSTICO…………………………………………………………………………...2 1.1Caracterizacionde la empresa…………………………………………………………2 1.1.2Reseña histórica………………………………………………………………………2 1.1.3Localizacion geográfica………………………………………………………………2 1.1.4Mision…………………………………………………………………………………3 1.1.5Vision………………………………………………………………………………….3 1.1.6Estructura organizativa……………………………………………………………..3 1.1.7Campo de acción del proyecto………………………………………………………3
1.2Problematización………………………………………………………………………3 1.2.1Estudio de la situación problemática……………………………………………….3 1.2.1.1Encuesta inicial…………………………………………………………………….3 1.2.2Planteamiento del problema………………………………………………………...4 1.2.3Objetivo general………………………………………………………………………5 1.2.4Objetivo especifico……………………………………………………………………5 1.2.5Justificacion…………………………………………………………………………..5 1.2.6Alcances……………………………………………………………………………….6 1.2.7Limitaciones…………………………………………………………………………..7 1.3Estudio de propuestas………………………………………………………………….7 1.3.1Estudio de la mejor solución……………………………………………………….11 1.3.2Estudio de los criterios de diseño…………………………………………………12 1.3.3Ponderacion de solución para cada criterio………………………………………13 1.3.4Ponderacion final……………………………………………………………………13 CAPITULO II. PLANIFICACION…………………………………………………….14 2.1Antecedentes de la investigación…………………………………………………….15 2.2Bases teóricas…………………………………………………………………………16 2.3Bases legales…………………………………………………………………………..29 2.4Metodologia de la investigación……………………………………………………..32 2.5Modalidad de la investigación y tipo de investigación……………………………..32 2.6Linea de investigación……………………………………………………………….32 2.7Relacion de la investigación con el PNF…………………………………………….32 2.8Plande acción………………………………………………………………………….33 CAPITULOIII.SISTEMATIZACION DE LOS RESULTADOS……………………..34 3.1Descrpcion de la propuesta…………………………………………………………...34 3.2.1Calculosde la mesa………………………………………………………………….35 3.2.2Calculos de columna………………………………………………………………...38 3.2.3Calculo de tornillo de potencia…………………………………………………….40 3.2.4Calculo de soldadura……………………………………………………………….44 3.2.5Seleccion de tornillos……………………………………………………………….46
CONCLUSIONES………………………………………………………………………47 RECOMENDACIONES…………………………………………………………………48 BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………………49 ANEXOS……………………………………………………………………………………………………………………………. 50
ix
INDICE DE TABLAS
Tabla1.1 Estudio De Los Criterios De Diseño…………………………………………14 Tabla1.2Ponderacion de criterios………………………………………………………..14 Tabla1.3 Ponderación De Solución Para Cada Criterio………………………………..15 Tabla1.4Ponderación Final………………………………………………………………15 Tabla1.5 Plan de acción………………………………………………………………….33
INDICE DE FIGURAS x
Figura 1.1Localizacion geográfica………………………………………………………2 Figura 1.3 Resultados de la encuesta……………………………………………………3 Figura 1.4Solucion 1………………………………………………………………………6 Figura 1.5Solucion 2………………………………………………………………………7 Figura1.6solucion3………………………………………………………………………...8 Figura1.7Solucion4……………………………………………………………………….9 Figura1.8Solucion5………………………………………………………………………10 Figura2.1 Estructura de la prensa………………………………………………………16 Figura2.2 Extractor Hidráulico…………………………………………………………17 Figura2.3 Plancha de la Prensa…………………………………………………………17 Figura2.4 Manivela………………………………………………………………………18 Figura2.5 Cigüeñal……………………………………………………………………….18 Figura 2.6 Bomba Hidráulica……………………………………………………………19 Figura 2.7 Polea Hidráulica……………………………………………………………..20 Figura2.8 Tornillo de Potencia…………………………………………………………..20 Figura 2.9 Manómetro de presión hidráulico…………………………………………..21
Figura2.10 Gato Hidráulico……………………………………………………………..22 Figura2.11 Pistón Hidráulico Simple……………………………………………………23 Figura2.12Prensa Mecánica Manual……………………………………………………24 Figura2.13Prensa Hidráulica de J. Bramah……………………………………………25 Figura 2.14 Prensa de Fricción………………………………………………………….26 Figura2.15 Prensa excéntrica……………………………………………………………27 Figura 2.16 Prensa Balancín de N. Briot………………………………………………..27 Figura 3.1 Isometría……………………………………………………………………...33 Figura 3.2 Estructura superior…………………………………………………………34 Figura 3.3 Carga que soporta……………………………………………………………35 Figura 3.4 Pata de la estructura…………………………………………………………37 Figura 3.5 Tornillo de potencia…………………………………………………………..39 Figura 3.5 soldadura……………………………………………………………………..4
Introducción La misión alma mater nace con el propósito de impulsar la transformación de la educación superior, propulsar su articulación tanto territorial como con el proyecto nacional de desarrollo, impulsar el poder popular, garantizando el derecho a una educación superior de calidad, además se centra en la generación transformación y socialización de conocimiento pertinente nuestra realidades y retos tecnológicos culturales ambientales, políticos, económicos y sociales. Por otro lado uno de sus objetivos es fortalecer un nuevo modelo académico comprometido con la inclusión y la transformación social. Es por eso que la universidad politécnica territorial del estado Aragua (UPTA) como parte de este movimiento desea que sus estudiantes logren dichas metas. El programa nacional de formación en mecánica no escapa de esta realidad y contribuye con la formación efectiva del estudiante para resolver situaciones de la vida real y adaptar lo aprendido a las necesidades de las comunidades. En función de lo anteriormente expuesto este trabajo selecciono el taller Multiservicios Makclaren de santa rosa. Debido a que hallo la posibilidad de atender una necesidad que cumple con las condiciones académicas requeridas por la universidad, este taller presenta la necesidad faltante de una maquinaria específica para un problema específico como lo es la reparación de las válvulas de hidrovac. Este problema se determino con un diagnostico y con las opiniones de los que allí laboran se condujo a la idea de diseñar una prensa mecánica para la reparación de las válvulas de hidrovac. Por esta razón antes dicha, este proyecto busca lograr el diseño de la maquinaria requerida por el taller que satisfaga sus necesidades
Capítulo I DIAGNOSTICO 1.1 Caracterización de la empresa. 1.1.1 Nombre y dedicación de la empresa La empresa tiene por nombre MULTISERVICIOS MCLAREN y se dedica al de frenos mecánicos. 1.1.2 Reseña Histórica La empresa fue fundada el 31 de diciembre de 2103 se podría decir que sobre los escombros de ella misma ya que debido a problemas legales con el antiguo nombre del taller, ocasionó el cierre del mismo en esto el propietario decide no perder y procedió reabrirlo cambiando su nombre que actualmente es, MULTISERVICIOS DE FRENOS MCLAREN C.A. 1.1.3 Localización Geográfica
Figura 1.1 www.pac.com.ve
2
El taller se encuentra ubicado en la calle Pichincha cruce por la avenida número 87 sector Santa Rosa Municipio Girardot Parroquia Andrés Eloy Blanco Maracay Edo. Aragua. 1.1.4 Misión Satisfacer a los clientes de una forma fácil y segura, al momento de ofrecer servicios mecánicos y brindarles confianza para crear un ambiente seguro de respaldo para los clientes. 1.1.5 Visión Para los próximos 5 años deseamos seguir creciendo como taller de multiservicios de frenos a nivel nacional e internacional. 1.1.6 Estructura Organizativa La estructura organizativa del taller consta de un gerente, un sub-gerente los cuales cumplen también el papel de mecánicos, y un empleado. Gerente: Daniel Molina
Sub-Gerente: Oswaldo Meteran
Empleado: Deivi Castillo
1.1.7 Campo de acción del Proyecto Se desarrolla en el área de servicio automotriz (Área mecánica) 1.2 Problematización 1.2.1 Estudio de la situación Problemática Se realizó una encuesta a los trabajadores del taller los cuales nos informaron los problemas existentes en el taller. 1.2.1.1
Encuesta inicial
A) ¿Cumple el taller con las normas de conveniencias? 3
Si ( )
No ( )
B) ¿Cree usted que es necesario una prensa para el armado y desarmado de válvulas de hidrovac? Si ( )
No ( )
C) ¿Existe la Necesidad de diseñar o restablecer alguna máquina que les facilite el trabajo en el taller? Si ( )
No ( )
D) ¿Sus procesos de trabajos son manuales? Si ( )
No ( )
E) ¿Cree usted que el diseño de una prensa es una idea innovadora para el taller? Si ( )
No ( )
Los resultados de la encuesta muestran que en un 75% el taller necesita la prensa para el desarmado de válvulas de hidrovac.
Problemática
Figura 1.3 Resultados de la encuesta Fuente los autores La grafica muestra que la problemática de mayor necesidad es el de la prensa para el armado y desarmado de válvulas de hidrovac con un 75%. El otro 25% corresponde a las demás necesidades del taller.
1.3 Planteamiento del problema 4
En el mundo la implementación de maquinas ha sido fundamental para el crecimiento tecnológico debido a que estas aceleran los procesos en las pequeñas y grandes industrias, lo que ha impulsado a lo largo de la historia el desarrollo en la mayoría de los países, generando un gran cambio en la producción así como una mejora económica. Tal es el caso de las prensas conocidas desde la antigüedad empleada prácticamente en todas las industrias, ya que son utilizadas en cualquier operación en la que se requiera una fuerza de presión, por ejemplo para armar y desarmar las válvulas del hidrovac.
El hidrovac es una pieza fundamental que interviene el suave frenado de los carros, esta pieza lleva dos válvulas que ayudan a que el pedal del freno, sea más suave y dé una respuesta efectiva al momento de detener el vehículo. La asistencia en el sistema de frenado, utiliza varias fuentes, una de ellas es la depresión que se produce en el colector de admisión por la bajada del pistón de aire que viene del motor, para llenar el cilindro de masa gaseosa que al quemarse produce con la expansión de los gases, el ciclo útil del motor.
El hidrovac al dañarse, hace que el pedal sea más duro ante cualquier pisada brusca perdiendo la presión, además de hacer que el pedal del freno se vaya al fondo y alargue la frenada, provocando así un alto riesgo de un accidente inesperado.
Aunque la tecnología ha suprimido casi todos los componentes mecánicos del automóvil, las válvulas del hidrovac no han tenido mucha intervención de la misma, es por esta razón que el proceso se realiza de manera mecánica es aquí donde radica la necesidad de una prensa para el armado y desarmado de las válvulas de hidrovac. En Venezuela es una problemática a nivel nacional ya que muchos talleres mecánicos no cuentan con esta indispensable máquina que cubra las necesidades de los clientes, lo que genera una gran pérdida de dinero debido a que no satisfacen al cliente y además se ven en la necesidad de trasladarse a otros talleres con la finalidad resolver el problema.
De esta realidad no escapa el taller de frenos MULTISERVICIOS MCLAREN este taller desde sus comienzos no ha contado con la implementación de una prensa que respalde el trabajo de las válvulas de hidrovac; por esta causa, este al igual que muchos talleres de la zona se ha visto en la necesidad de dirigirse a otros talleres que si cuenten con 5
esta maquinaria lo que se ha convertido en la principal problemática de este taller por lo tanto, hemos decidido darle prioridad haciendo de este el tema fundamental de nuestra investigación.
1.3.1 Objetivo General Diseñar una prensa para armar y desarmar válvulas de hidrovac en el taller MULTISERVICIOS MCLAREN. 1.3.2 Objetivos Específicos Diagnosticar la problemática que se presenta en el taller. Analizar los elementos mecánicos que componen la prensa. Seleccionar el tipo de prensa que compone el taller. Realizar los planos correspondientes de los elementos mecánicos.
1.2.5 Justificación El beneficio que otorga la prensa al taller MULTISERVIVIOS McLaren, será la facilidad que los empleados tendrán al trabajar en el taller sin la gran necesidad de dirigirse a otros talleres para ejecutar los trabajos requeridos con este equipo. Lo que genera una mejor productividad y entrada de recursos monetarios; además otro de los beneficios para el taller es que los empleados no correrán el riesgo de contraer alguna enfermedad ocupacional, ya que por no tener la maquinaria y a veces los recursos para trasladarse a otro taller, se ven en la obligación de realizar el trabajo ellos mismos corriendo riesgo esto a su vez no solo afecta al empleado sino también al gerente que debe hacerse responsable si su trabajador sufre un daño. En resumen el diseño de la máquina traería múltiples beneficios tanto para el empleado como para el taller. 1.2.6 Alcances
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Se aumentara la efectividad del trabajo ya que se cambiara de un trabajo completamente manual a uno con ayuda de maquinaria. Mejoraremos la atención y con él la entrada de dinero sin contar que se eliminara la fuga que se genera al tener que trasladarse a otro sitio. Mejor condición de salud: Los empleados se cohíben de hacer usos de sus esfuerzos lo que evita problemas tanto al empleado como al gerente. 1.2.7 Limitaciones La prensa estará fija en la mesa. 1.3 Estudio de propuesta En busca de satisfacer las necesidades del taller se diseñaron múltiples soluciones para buscar la que mas sea eficiente para nosotros. Solución 1 Esta máquina tiene un diseño sencillo y móvil consta de un pistón hidráulico el cual presionara el hidroma para abrirlo y extraer la válvula y un segundo pistón que ayudara en la presión ejercida, la estructura será de tubos estructurales los cuales estarán fijos a la mesa de trabajo el agarre del hidrovac consta de un plato con garras de presión el cual lo sujetara para evitar accidentes.
Figura 1.4 Fuente: El autor
7
A B C D
Pistón 1 Pistón 2 Viga Superior Columnas
Solución 2 Este diseño consta de una estructura vertical la cual posee un pistón con manómetro para llevar el control de la presión aplicada por medio de un contacto que posee una palanca para el accionamiento del pistón y una base para fijar el hidrovac.
Figura: 1.5 Fuente: El autor A B C
Pistón Viga superior Columnas
8
Solución 3 Posee un tornillo de presión el cual por medio de una manivela se le aplica la fuerza necesaria para abrir el hidrovac para la extracción de la válvula la estructura está hecha con ángulos para menor peso y se soldara a la mesa.
Figura 1.6 Fuente: El autor
A B C D
Reloj Comparador Pistón Estructura Manivela
Solución 4 Estructura de tubos estructurales con pistón hidráulico para la apertura del sello de presión el pistón posee una base en la parte superior que le permite girar para realizar su función. La base de la máquina posee uno de los soportes en su parte inferior para prevenir los accidentes por tambaleo.
9
Figura 1.7 Fuente: El autor
A B
Manivela Estructura
Solución 5 Esta propuesta es simplemente una estructura que posee un tornillo de potencia con una manivela para el desplace de la guía móvil que soportan las Mordazas y junto con la otra guía fija presionar la válvula de hidrovac. Es un diseño hecho de manera horizontal para la comodidad y cuidado de sus usuarios. B E A C
D
Figura 1.8 Fuente: El autor
A B
Estructura Mordazas 10
C D E
Tornillo de potencia Manivela Guía Móvil
1.3.2 Estudio de la mejor Solución 1) Hallar las restricciones. a) Que no sea pesado y que no sobrepase 100 kg. b) Que no sea factible con la tecnología actual. R1
R2
SOL-1
SOL-2
SOL-3
SOL-4
SOL-5
Tabla 1.1 1.3.3 Estudio De Los Criterios De Diseño a) Eficacia: Implica funcionamiento óptimo y buen rendimiento. b) Confiabilidad: Que sea confiable y se mantenga en fundamento durante su uso. c) Costo de Fabricación: Que sea económica en su elemento. d) Operación Uniforme: Poco rudo y baja vibración. e) Mayor rapidez: Porque tiene su logro en tiempo determinado. Ponderación De Criterios PC: (1-10) Tabla 1.2 Criterio Nombre
Símbolo
Ponderación
C1
Eficacia
PC1
10
C2
Confiabilidad
PC2
9
C3
Costo de F
PC3
6
11
C4
Operación U
PC4
8
C5
Mayor R
PC5
7
1.3.4 Ponderación De Solución Para Cada Criterio (PCS) Tabla 1.3 PCS Solución 1 Solución 2 Solución 3
Solución 4
PCS 1
10
8
8
5
Solución 5 7
PCS 2
7
6
7
8
10
PCS 3
10
9
4
6
5
PCS 4
7
6
5
9
10
PCS 5
6
5
9
9
7
1.3.5 Ponderación Final Tabla 1.4 Soluciones Solución 1
Solución 2
Solución 3
Solución 4
Solución 5
PCS1xPC1
100
80
60
50
70
PCS2xPC2
63
54
81
72
90
PCS3xPC3
20
19
16
70
10
PCS4xPC4
56
48
45
72
80
PCS5xPC5
R:239
R:200
R:202
R:206
R:250
La selección de la mejor solución fue la solución 5 dibujos que obtuvo el mayor puntaje.
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CAPITULO II
Planificación 2.1 Antecedentes de la investigación El primer paso para la construcción del marco teórico consiste en la revisión de los trabajos de investigación realizados con anterioridad al estudio establecido la relación entre la conclusiones llegadas por sus autores y los objetivos planteados por el investigador destacando a su vez el enfoque metodológico.
Shugulin Paredes Cristian Javier (2006). Construcción de una prensa hidráulica manual para el montaje y desmontaje de rodamientos de halas con diámetros interior de 20mm hasta 30mm. Escuela de Formación Tecnológica (México). Este proyecto se realizo con la finalidad de tecnificar cada vez más, los procesos de trabajos en los pequeños talleres de la ciudad, en donde se realizaban operaciones de montajes y desmontajes de rodamientos rígidos de bolas a través de un método no tan confiable como lo es el mecánico. Durante los últimos años ha habido un crecimiento en el uso de prensa hidráulicas, lo que ha dejado de lado la preferencia que se mantuvo por muchos años en el empleo de prensas mecánicas. Solo se debe en que la actualidad las prensas hidráulicas son más rápidas y más confiables debido al mejoramiento de la tecnología que estas han experimentado, incluyendo los nuevos sellos, mejores bombas, las mangueras reforzadas y los acoplamientos mejorados. De esta investigación podemos extraer como aprendizaje en la realización de nuestro proyecto, la eficacia de las prensas hidráulicas debido a que hacen que el trabajo se ejecute con mayor facilidad y rapidez. Guillermo Amezzguta Martínez (2003). Diseño de una prensa neumática. Instituto Politécnico Nacional Superior De Ingeniería y Electricidad (Colombia) Bogotá. En este trabajo se presenta una metodología básica para la selección de equipo neumático consiste en dar una solución real a un problema real que se puede encontrar en cualquier industria pequeña. Este trabajo contribuye a la ejecución de nuestro proyecto, debido a que guarda una estrecha relación con el mismo, puesto de que este también busca solucionar una problemática en una industria pequeña en este caso un taller mecánico. Barbará Muñoz, Luis Fernando Reyes (2011). Calculo y diseño de una prensa hidráulica tipo “C” con capacidad de 20 toneladas. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (México) Distrito Federal. En la actualidad la industria ha 13
desplazado gradualmente las prensas mecánicas por las hidráulicas, las cuales han podido reducir costos y tiempo de manufactura. En cuestiones como el manejo de capacidades de tonelajes, seguridad, costos de mantenimiento, etc. Es por estas diversas razones que hemos decidido realizar el diseño de una prensa hidráulica del tipo (C) con el fin de tener un producto de calidad que pueda hacer frente a las diversas marcas que hay en el mercado. Aunque esta prensa hidráulica es diferente, nos enseña la importancia del cálculo y diseño, lo que a su vez nos deja ver que tanto la construcción como el diseño de las prensas es factible debido a la variedad de modificaciones tecnológicas que se le pueden dar a fin de resolver desde los problemas más pequeños hasta los de mayor magnitud. Compresores, válvulas etc. Con la finalidad de obtener parámetros de diseño. La importancia de este trabajo radica en demostrar la posibilidad de hacer o manufacturar herramientas de equipo de baja capacidad, o bien de generar tecnología, sin importar que esta no sea en su momento forzosamente de punta, o bien sin importar que el costo inicial sea menor, expresado así el propósito de este trabajo. 2.2 Bases Teóricas El principio de Pascal: la prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, d este modo que esté en contacto con el líquido. El principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido poco comprensible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se trasmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos de fluido. El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un embolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el embolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión. También podemos ver aplicaciones del principio de Pascal, en los elevadores hidráulicos, en los frenos hidráulicos y en los puentes hidráulicos.
Prensas: Es una máquina de herramientas que pertenece al grupo de aparatos de movimientos rectilíneos alternativo, que tiene como finalidad lograr la determinación permanente o incluso cortar un determinado material mediante la aplicación de una carga, son conocidas desde la antigüedad, empleadas en prácticamente todas las industrias, y 14
utilizadas para actuar sobre distintos materiales ya sea en frio o en caliente, en cualquier operación en la que se requiere una fuerza de presión, por ejemplo embalar, forjar, estampa, excluir, laminar, estirar, etc. Estructura: Es el cuerpo principal de la prensa que consta de los cilindros y la superficie donde se hace el trabajo.
Figura 2.1 Estructura de la prensa Fuente http://www.ottohs.pl/prasy_hydrauliczne_warsztatowe.php
Extractor: Es un artificio que se usa para arrancar la pieza de la punzadora el troquel.
Figura 2.2 Extractor Hidráulico Fuente: http://www.larzep.com/
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Plancha: Es una platina por lo común caliente, armada a una parte movible de la prensa.
Figura 2.3 Plancha de la Prensa Fuente: www.Metalficion.com Manivela: Se llama manivela a la pieza normalmente de hierro, compuesta de dos ramas, una de las cuales se fija por un extremo en el eje de una maquina, al darle movimiento rotatorio con la mano hace girar un eje y pone en funcionamiento un motor o mecanismo. Puede servir también para efectuar la transformación inversa del movimiento circulare en movimiento rectilíneo. El mecanismo de manivela es extensamente empleado en diversas maquinas fundamentalmente para transformar el movimiento alternativo de los pistones de un motor de combustión interna en movimiento rotatorio de otros componentes. Cuando se incorporan varia manivelas a un eje este se denomina cigüeñal.
Figura 2.4 Manivela 16
Fuente: http://elementosmecnicos.blogspot.com/ Cigüeñal: Es un eje acodado, con codos y contrapesos presentes en ciertas maquinas, que aplicando el principio de manivela transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa. En los motores de automóviles el extremo de la biela opuesta al bulón del pistón (cabeza de biela) conecta con la muñequilla, la cual junto con la fuerza ejercida por el pistón sobre el otro extremo (pie de biela) genera el par motor instantáneo, el cigüeñal va sujeto en los apoyos, siendo el eje que une los apoyos, el eje del motor. Normalmente se fabrican de aleaciones capaces de soportar los esfuerzos a los que van sometidos y pueden tener perforaciones y conductos para el paso de lubricante. Sin embargo, estas aleaciones no pueden superar una dureza a 40 Rockwell “C” (40 RHC), debido a que cuanto más dura es la aleación más frágil se convierte la pieza y se podría llegar a romper debido a las grandes fuerzas a las que está sometida. Hay diferente tipos de cigüeñales; hay los que tienen un apoyo cada dos muñequillas y los hay con un apoyo entre cada muñequilla.
Figura 2.5 Cigüeñal Fuente: http://www.fierrosclasicos.com/ Bomba Hidráulica: Es una maquina generadora que transforma la energía (generalmente mecánica) con la que es accionada en energía del fluido incomprensible que mueve. El fluido incomprensible puede ser una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón ante de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio vernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud. Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las maquinas de fluidos que transfieren energía, o bombean fluidos incomprensibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de otras maquinas como los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero también es común encontrar el termino bomba para referirse a maquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.
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Figura 2.6 Bomba Hidráulica Fuente: http://www.directindustry.es/ Poleas: Las poleas son elementos mecánicos de forma circular que va unido a un eje giratorio con el fin de conseguir una transmisión de movimiento por medio de correas, cables, o cadenas. La corona exterior, unida al cubo por medio de radios o bien mediante un disco de alma llena o perforada, posee formas distintas según que el elemento de transmisión sea una correa plana, trapecial o dentada, un cable o una cadena; la corona se encuentra ligeramente abombada en el caso de correa plana, posee un dentado en el caso de correa dentada y, en los demás casos, está constituida por una o mas gargantas.
Figura 2.7 Polea Hidráulica Fuente: www.monografias.com Tornillo de Potencia: Se utilizan para convertir un movimiento giratorio en longitudinal uniforme. Las aplicaciones comunes incluyen conectores, válvulas, máquinas herramientas y prensas. También los tornillos permite el ajuste de posición muy precisa, ya que proporcionan una alta relación de reducción con el desplazamiento.
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Figura 2.8 Tornillo de Potencia Fuente: https://grabcad.com Manómetro de Presión: Los manómetros son los instrumentos utilizados para medir la presión de fluidos (líquidos y gases). Lo común es que ellos determinen el valor de la presión relativa, aunque pueden construirse también para medir presiones absolutas. Todos los manómetros tienen un elemento que cambia alguna propiedad cuando son sometidos a la presión, este cambio se manifiesta en una escala o pantalla calibrada directamente en las unidades de presión correspondientes. Cuando el aparato de mediación sirve para medir presiones que cambian muy rápidamente como el tiempo por ejemplo, dentro del cilindro del motor de combustión interna, recibe el nombre de transductor (que no será tratado aquí), reservándose el nombre de manómetro para aquellos que miden presiones estáticas o de cambio lento.
Figura 2.9 Manómetro de presión hidráulico Figura: https://neumaticostecsd.wordpress.com Gato Hidráulico: El funcionamiento del gato hidráulico responde al principio de Pascal, que establece la presión en un contenedor cerrado es siempre la misma en todos sus puntos. Se le da el nombre de gato “hidráulico” por la utilización de un líquido, 19
generalmente un aceite, para ejercer presión sobre un cilindro que empujara a otro de diferente tamaño para lograr la elevación del brazo. Cuando el fluido, que en este caso es un aceite, es impulsado hacia un cilindro por acción de una bomba, se somete a una fuerza como la presión. Para ejercer la presión se “inyecta” aire al aceite para desplazarlo y el cilindro de menor tamaño empujara al de mayor tamaño. Así, la presión ejercida sobre el primero será igual en el segundo, con la diferencia de que el mayor tamaño de este lograra un incremento de la fuerza para que el brazo lleve a cabo la elevación. Esta forma de trabajar del gato hidráulico es muy similar a la que tiene una jeringa que impulsa su contenido por acción de la presión a la que es sometido, la presión del aceite permite que el brazo del gato hidráulico se eleve a una determinada altura, esto permitirá maniobrar debajo del aparato o cuerpo que se quiera elevar; los gatos hidráulicos cuentan con un seguro que impedirían la entrada del aire sino se está utilizando el gato o que facilitaran para invertir el proceso y hacer que descienda el brazo.
Figura 2.10 Gato Hidráulico Fuente: www.quiminet.com
Pistón Hidráulico: Los pistones hidráulicos son actuadores de tipo mecánico empleados en fabricación de pistones que son usados para proporcionar fuerza a través de un movimiento recto y lineal; los pistones debe estar en acoplo perfecto con las paredes de cilindro para que no se produzcan perdidas de cargas y obtener la mayor transmisión de potencia. Las partes que forman los pistones hidráulicos son: el cilindro de barril y el pistón móvil conectado a un vástago.
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El cilindro posee forma de barril y está cerrado por los dos extremos de uno de ellos hasta el fondo y en el otro está situada la cabeza por donde se introduce el pistón, el pistón tiene una perforación por donde se une el vástago, el pistón se encarga de dividir el interior del cilindro en dos cámaras o secciones: la cámara inferior cámara del vástago. En función del tipo de cilindro y pistón, de los materiales empleados y del fluido hidráulico se puede realizar el cálculo de la fuerza que es capaz de transmitir el pistón de unas condiciones dadas. La fuerza realizada por el pistón es constante desde el inicio hasta la finalización del movimiento de carrera lineal, el tipo de fuerza que puede realizar es o bien de tracción o bien de compresión.
Figura 2.11 Pistón Hidráulico Simple Fuente: http://www.tecnologiahidraulica.com/ Cilindro Hidráulico: Los cilindros hidráulicos son actuadores mecánicos que se utilizan para dar una fuerza lineal a través de una carrera lineal. Los cilindros hidráulicos son capaces de dar empujando y tirando de las fuerzas de millones de toneladas métricas con solo un sistema hidráulico sencillo. Muy simple cilindro hidráulico se utilizan en las prensas; aquí, el cilindro se compone de un volumen de una pieza de hierro con un embolo empujando en ella y sellados con una cubierta por bombeo de fluido hidráulico en el volumen, el embolo es empujado hacia afuera con una fuerza de presión del embolo de la zona. Cilindro más sofisticado tienen un cuerpo con la cubierta de extremo, un vástago de pistón, y una culata de cilindro. En el lado de la parte inferior esta, por ejemplo, conectado a una sola horquilla, mientras el otro lado, el vástago de pistón esta también previsto con una sola horquilla. El depósito de la botella normalmente tiene conexiones hidráulicas con 21
ambos lados es decir una conexión en la parte inferior y una conexión en el lado de la culata. Si el aceite es empujado debajo del pistón, el vástago de pistón es empujado hacia afuera y el aceite que estaba entre el pistón y la culata de cilindro es empujado de vuelta al depósito de aceite.
Prensa Mecánica: Según Flavio Chistan (1667-1752), las prensas mecánicas son generalmente maquinas, rápidas de bajo costo y fácil de mantener, pueden ser operadas manualmente, en el caso más elemental, y con motor de la mayoría de los casos, consta de siete tipos principales. Incunables de fondo abierto, de vestidor en C, articulador de cigüeñales restos (de acción sencilla doble triple) de transmisión de fondo y de gran velocidad. En todos estos tipos, de prensa operada con motor de funcionamiento está basado en el siguiente principio. El movimiento giratorio de un motor se convierte en movimiento lineal de una corredora por medio de cigüeñales, excéntricas o mecanismos articulados.
Figura 2.12Prensa Mecánica Manual Fuente: http://www.silfradent.com/ Prensas hidráulicas: Hacia 1650, el físico y matemático francés Blaise Pascal (1642-1662) realizó un experimento que sentó las bases del futuro desarrollo en la hidrostática, Pascal comprobó que cuando se aplicaba una presión a un liquido encerrado y estático, dicha presión es uniforme transmitida a todas las partículas del fluido y con ellos las paredes del recipiente contenedor. En base de ello formuló el principio que lleva su nombre en el
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famoso tratado del equilibrio de los líquidos: la presión ejercida sobre un líquido confinado y en reposo se transmite íntegramente a todos los puntos de este. La prensa hidráulica desarrollada hacia 197 por el industrial Joseph Bramah (1749-1814), es una aplicación directa del principio de Pascal consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un liquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan respectivamente en cada uno de los cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido. La fuerza que actúa en la superficie de embolo menor se transmite a través del fluido hacia el otro embolo, dando lugar a una fuerza que la primera (en la misma proporción que la superficie de ambos émbolos) esta primera prensa hidráulica conseguía presiones relativamente pequeñas y no era utilizable para la deformación de metales. Fueron los hermanos Perrier quienes algunos a los más tarde, desarrollaron la maquina Braman permitiendo alcanzar presiones más altas (sobre 70 kg/sm2) haciéndola apta para trabajo más duros, como acuñado de monedas o la deformación de plomo. Sin embargo, la aplicación de la prensa hidráulica para el trabajo del hierro no se produce hasta mediados del siglo XIX, especialmente tras la aparición del modelo desarrollado por austriaco Hawell, de mucho mayor tamaño y capacidad de presión. A partir de entonces la prensa hidráulica, gracias a la altísima fuerza resultante conseguida, se generaliza para operaciones de elevada felicitaciones, como el embutido profundo.
Figura 2.13 Prensa Hidráulica de J. Bramah Fuente: https://fisicafluida.wordpress.com Prensa de Fricción: Según el francés Cereta en 1867 el origen de las actuales prensas de impulso por fricción hay que buscarlo surge a partir de los sucesivos intentos por mejorar el acuñado de monedas. A partir de un prototipo del francés, la fabricación de monedas de 23
Paris puso en marcha las primeras prensas de este tipo cuyo principio de funcionamiento se ha mantenido hasta nuestros días. En 1913 Alfred H. Schidte escribió del notable desarrollo se la prensa de fricción, especialmente sobre su aplicación para el estampado de objetos macizos como cucharas, tenedores, escudos, medallas, monedas o incluso para el doblado de chapas. Un modelo de prensa de fricción de la primera década del siglo estaba formado por un husillo de acero con rosca de tres hilos, que se desplazaba por una larga tuerca de bronce. Este modelo se suministra en distintos tamaños, variando el diámetro del husillo desde 45 hasta 170mm. El voltaje tiene recubrimiento de cuero destinado a reducir el desgaste.
Figura 2.14 Prensa de Fricción Fuente: www.cylex.com
Prensa Excéntrica: Durante el siglo XIX, el punzamiento de clavos a partir de fleje se realiza mediante prensas de balancín, pero este procedimiento resulta poco eficiente para la fabricación de productos a partir de chapa en grandes servicios para pelear este problema. Según Bliss Williams en 1870 se empezaron a comercializar las primeras prensas mecánicas de excéntricas, aptas para el punzado de agujeros de tres cuartas de pulgada con un espesor de media pulgada. Estaban diseñadas para trabajar en 100rpm. Este tipo de prensa en sus distintas variantes, frontales, de cuello de cisne, de arcada, se generaliza con enorme rapidez, mejorando progresivamente su capacidad para trabajar de estampación y forjar pequeñas evaluaciones.
24
Figura 2.15 Prensa excéntrica Fuente: http://www.matriceriaonline.es/ Prensa de Balancín: Según el físico mecánico Jhon Mackorning en año 2003. La prensa balancín fue diseñada hacia el año 1500 por Leonardo da Vinci, la cual se generalizo para el acuñado de monedas a partir del modo Briot en 1616 y mantiene su vigencia, con ligeras modificaciones durante más de tres siglos. La utilización de prensas de balancín se inicia en el siglo XIV y, de hecho se conocen diseños de Leonardo da Vinci realizados en torno al año 1500 fue una de las primeras maquinas utilizadas en las fabricación de monedas, sin embargo la puesta en práctica de las prensas de balancín se atribuye convencionalmente al grabador francés Nicolás Brito (1579-1646).
Figura 2.16 Prensa Balancín de N. Briot Fuente: http://www.interempresas.net/
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2.3 Bases Legales: De la constitución de la Republica Bolivariana de Venezuela. Artículo 87: Todo patrón o patrona garantiza a su trabajador y trabajadoras condiciones de seguridad, higiene y ambiente de trabajo adecuado. El estado adoptara las medidas y creara instituciones que permitan el control y promoción de estad condiciones. - Basándose en el artículo antes mencionado, los interruptores, pulsadores y mandos de las personas se han de asegurar para que no sean accionados involuntariamente en las prensas de accionamiento por pedal, este debe protegerse contra el accionamiento fortuito. - Los elementos de transmisión y los volantes deben estar debidamente protegidos por cubiertas o carcasas. - El circuito eléctrico de la prensa debe estar conectado a tierra. El cuadro eléctrico al que va conectado la maquina debe estar provisto de un interruptor diferencial de sensibilidad adecuado. De la Ley orgánica de prevención condición y medio ambiente del trabajo (LOPCYMAT). Relación personal, sistema de trabajo y maquinas. Articulo 60 El empleador o empleadora deberá adecuar los métodos de trabajo así como las maquinas, herramientas y útiles utilizados en el proceso de trabajo a las características psicológicas, cognitivas, culturales y antropométricas de los trabajadores y trabajadoras. En tal sentido, deberá realizar los estudios pertinentes e implementar los cambios requeridos tanto en los puestos de trabajo existentes como al momento de introducir nuevas maquinarias, tecnologías o métodos de organización del trabajo a fin de lograr que la concepción del puesto de trabajo permita el desarrollo de una relación armoniosa entre el trabajador y su entorno laboral.
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Articulo 63. El proyecto, construcción, funcionamiento, mantenimiento y reparación de los medios, procedimientos y puestos de trabajo, debe ser concebido, diseñado y ejecutado con estricta sujeción a las normas y criterios técnicos y científicos universalmente aceptados en materia de salud, higiene, economía y seguridad en el trabajo, a los fines de eliminar, o controlar el máximo técnicamente posible, las condiciones peligrosas de trabajo. El instituto Nacional de Prevención, Salud y Seguridad Laborales propondrá al Ministerio con competencia en materia de seguridad y salud en el trabajo la norma técnica que regule esta materia. Son de obligatoria observancia las normas técnicas relacionadas con seguridad y salud en el trabajo, aprobadas por el Ministerio con competencia en materia de seguridad y salud en el trabajo. De la construcción nacional e importación de maquinas. Articulo 66. El instituto Nacional de Prevención, Salud y Seguridad Laborales establecerá los mecanismos para garantizar que la fabricación nacional e importación de maquinas, equipos, productos, herramientas y útiles de trabajo cumplan con lo relativo a las condiciones y dispositivo de seguridad establecido en la ley, las normas reglamentarias y el conocimiento científico internacionalmente aceptado. Obligación de los y la fabricantes, importadores, proveedores.
Articulo 67. Los y las fabricantes importadores y proveedores de maquinarias, equipos, productos y útiles de trabajos están obligados a garantizar que estos no constituyan una fuente de peligro para el trabajador o trabajadora, siempre que sean instalados o utilizados en la condiciones, forma y para los fines recomendados por ellos.
Los y las fabricantes, importadores y proveedores de productos y sustancias químicas de utilización en el trabajo están obligados a envasar y etiquetar los mismos, de forma que se permitan su conservación y manipulación en condiciones de seguridad y se identifique, claramente, su contenido y los peligros para la seguridad o la salud de los trabajadores y trabajadoras que su almacenamiento o utilización comporten. 27
Los y las fabricantes importadores y proveedores de productos y sustancias químicas de utilización en el trabajo mencionado en los dos párrafos anteriores deben suministras la información que indique la forma correcta de utilización por los trabajadores y trabajadoras, las medidas preventivas adicionales que deban tomarse y los peligros asociados tanto con su uso normal, como con su manipulación o empleos inadecuados.
Los y las fabricantes, importadores y proveedores de implementos y equipos de protección personal están obligados a asegurar la efectividad de los mismos, siempre que sean instalados y usados en las condiciones y de la forma recomendada por ellos. A tal efecto, deben suministrar información que indique que tipo de peligro está controlando y minimizando, cual es el nivel de protección frente al mismo y la forma correcta de uso y mantenimiento. Los y las fabricantes, importadores y proveedores deben proporcionar a los empresarios y empresarias, en estos recabar de aquellos, la información necesaria para que la utilización y manipulación de la maquinaria, equipos, productos, materias primas y útiles de trabajos se produzcan sin riesgo para la seguridad y la salud de los trabajadores y trabajadoras. El empleador o empleadora debe garantizar que estas informaciones sean transmitidas mediantes los instrumentos adecuados, incluyendo capacitación especifica a los trabajadores y trabajadoras en términos que resulten comprensibles para los mismos.
Vinculación de la investigación con el Plan Nacional Simón Bolívar 2007-2013. El plan Nacional Simón Bolívar estipulada entre sus objetivos el desarrollo de un nuevo modelo productivo como base de socialismo del Siglo XXI y alcanzar un desarrollo endógeno en diversas áreas entre ellas, el desarrollo de la industria básica no energética, la manufactura y los servicios básicos. Estos objetivos propician conocimiento económico, social y productivo los cuales son fundamentales para impulsar el desarrollo y diseño en la mecánica. 2.4 Metodología de la investigación La investigación puede ser de varios tipos, en tal sentido, se puede clasificar de distintas maneras, sin embargo es común hacerlo en función de su nivel, diseño y propósito. 28
Este proyecto está definido en el tipo de investigación de campo; la cual denota el análisis sistemático de problemas en realidad, con el propósito de describirlo, explicar su naturaleza y factores constituyentes haciendo uso de métodos característicos de cualquiera de los paradigmas o enfoques de investigación conocido. Nuestra investigación es de tipo campo ya que trata de comprender y resolver una situación, necesidad o problema real en un contexto determinado. La investigación también es de tipo documental ya que el estudio se realiza a partir de la revisión de diferentes fuentes bibliográficas o documentales. 2.5 Modalidad de la investigación y tipo de investigación La investigación puede ser de varios tipos, en tal sentido, se puede clasificar de distintas maneras, sin embargo es común hacerlo en función de su nivel, diseño y propósito. Este proyecto está definido en el tipo de investigación de campo; la cual denota el análisis sistemático de problemas en la realidad, con el propósito de describirlo, explicar su naturaleza y factores constituyentes haciendo uso de métodos característicos de cualquiera de los paradigmas o enfoques de investigación conocido. Nuestra investigación es de tipo campo ya que trata de comprender y resolver una situación, necesidad o problema real en el contexto determinado. La investigación también es de tipo documental ya que el estudio se realiza a partir de la revisión de diferentes fuentes bibliográficas y documentales. 2.6 Línea de investigación. Esta línea está dirigida a la formación de un profesional bajo la implementación de diseño y manufactura de elementos y sistema mecánicos con actitud proactiva, el mejoramiento continuo y la innovación.
2.7 Relación de la investigación con el PNF La denominación de la línea corresponde al área del conocimiento de los investigadores, por tal motivo la relación de la investigación con el PNF de mecánica, es que entre su programa de formación tenemos el diseño y la manufactura de sistemas mecánicos y nuestra investigación se basa en el diseño de una prensa para armar y desarmar válvulas de hidrovac.
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2.7 Plan de acción. Objetivos Caracterización empresa y su reseña histórica. Encuesta inicial y de planeamiento de problema. Justificación, alcances y límites. Antecedentes de la investigación, bases teóricas, bases legales. Modalidad de la investigación, línea de investigación. Elaboración de planos
Mes1
Mes 2
Mes 3
30
Mes 4
Mes 5
Mes 6
Mes7
Capítulo III Sistematización de los resultados 3.1 Descripción de la propuesta El funcionamiento de la prensa es sencillo, no es más que una mesa estructural cuadrada de material ∆SDTM ∆500.03ª, 60 x 60, con dos guías de acero en el interior de los cuales, una estará fija, soldada a la mesa y la otra es móvil, estas a su vez son la base de dos mordazas que sujetan y presionan las válvulas del hidrovac. La guía móvil logra desplazarse por medio de un carril metálico y un tornillo de potencia de acero 1040, el cual a través del manejo de la manivela, ejerce la presión que requieren las mordazas para abrir las válvulas del hidrovac.
Figura 3.1 Isometría Fuente: El autor 3.2.1 Cálculos de la Mesa
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Figura 3.2 Estructura superior. Fuente: El autor
El primer paso para calcular el perfil de la mesa que va a soportar la prensa, es encontrar el peso de la estructura y superior y sumarle el peso del hidrovac. HxB P∆G 9/34 Material ∆STM ∆ 500.03α 60x60 Espesor 2,26 mm Sección ∆= 5.02 cm2 (0,000502) Peso Kg/m= 3,94
P= 200 KN
32
↑ 𝐑𝐀
𝟒𝟎𝟔
↑ 𝐑𝐁
Figura 3.3 Carga que soporta Fuente: El autor
P= Peso del Hidrovac + peso perfil= 20 Kg + 200KN P= 200 N
Una vez obtenido el peso, se realiza a través de los diagramas fuerza y momento, los cálculos para obtener los esfuerzos a los que está sometida la estructura.
RA + RB= 200 0,4 RB- 200x0.2 40
RB= 0.4= 100 N Diagrama fuerza distancia – Momento distancia.
100N
200mm 200mm
-100N
20NM
33
Obtenido los esfuerzos se comienza el estudio para determinar si el diseño soportara las cargas de trabajo. Este se lograra adquiriendo el factor de seguridad, de ser mayor de 1.5 se puede decir que el diseño es aceptable.
𝜎 Fluencia= 39 KPSI →
269 MPA
𝜎Tracción= 45 KPSI →
310 MPA
Ι= 27.4 cm2 C= 30 mm 269 MPA σt
= NS (Factor de Seguridad) σt=
MC I
+
P A
20.0,030 100 + −4 27.4 x10 5.02 x10−4 0.6
100
σt=27.4 x10−4 + 5.02x10−4 = 221.89 + 199.203 σ= 199424,89 = 0,199 MPA 269 = 1351 0,199 Aunque el factor de seguridad es grande se tomo el menor de los tubo del catalogo.
34
3.2.2 Cálculos de las patas de la mesa.
Figura 3.4 Pata de la estructura Fuente: El autor
Para el diseño de la parte se tomara el criterio de columna fijo abajo y fijo arriba.
t= 2100000 Kg/cm2 FY= 2530 Kg/cm2 L= 1000 mm r= 30 mm La relación de esbeltez, se calcula para especificar si es columna larga o corta y seleccionar la ecuación para el diseño. Se calcula con la siguiente ecuación. 2π2 .∈
Cc√
FY
= 128.00
35
Se debe cumplir con la siguiente desigualdad. Kl r 2.1000 𝑟
= 66.66
𝐾𝑙 𝑟
≤ 𝐶𝑐
Para hallar la carga crítica se pasa a compararla con la carga de trabajo, para determinar si el perfil funciona como columna. πl ε
Pc=(l/r)2=38.0684,7 N P
↓
0,1 KN<380,068 KN Con respecto a los resultados anteriores se cumple la índole de que Cc es mayor que KL/r y Pc es mayor que la P. se puede concluir que la estructura cumple para ser usada como soporte de la mesa.
3.2.3 Cálculo del tornillo de Potencia.
Figura 3.5 Tornillo de potencia Fuente: El autor
36
Para este cálculo, se escoge un tornillo estándar con las particularidades que se indicaran próximamente, para ser valores más prácticos de operar. dm: 8 mm Paso: 1,25 mm Material: Acero al carbono 1040 Densidad: 76.5 N/m3 dc: 40.5 mm f: 6.4 KN fc: 0.08 8
300
-Volumen π (1000) 𝑥 1000 π82 x3
=40000,000 1.92π
=40.000.000 m3 576
=40.000.000 = 1,44 x 10−5 m3 Peso del tornillo KN
76,5 m2 x 1,44 x 10−5 m3 x 1000 =1,1
Con los siguientes valores obtendremos el cálculo de T, t, σ, para asegurarse de que el material utilizado para el tornillo de potencia, soporte los esfuerzos de la máquina, a saber que no se rompa, ni deforme. 𝑃
dm= d - 2= 8 –
1,25 2
= 7,375 mm
dr= d – P= 8 – 1,2= 6,75 mm L= hp=2 (1,25) = 2,50 mm 37
T= 6.4(7,375)
=
2
[
Fdm L+rfdm
[ rdm−fl ] +
2
Ffc dc 2
2,5 + r(0.8)(7,35) + 6.4(0.8)10.5 ] 2 r(7,375) − 0.8 (2,5) 3,3286
=23.6x [22,969] + 2,688 =6,108 N x m T==-
6.4(7,375) 2
Fdm 2
[
Ffcdc rfdm − l ]− 2 rdm + fl
r(0.8)(7,35)−2,5
[r(7,375)+0,008(2,5)]
−6.4(0.08))10.5) 2
0.64
=-23,6x[23.369] − 5.376 =-4729 N.m 16 T
-
T=rdm3 r
−16(8,108) (103)
=
r (6,75)3
=101.148 MPα −4F
σ = rdr2
-
−(6.4)103 r(6.75)2 = -178.84 MPα =
Para el acero 1040 el t es de 590 MPA 𝜎 es igual a 374 MPA
590
Ns=101,148 = 5.8 38
374
Ns=178,84 = 2,09
Estos cálculos certifican que el material y factor de seguridad son los apropiados.
3.2.4 Cálculos de soldadura.
Figura 3.5 soldadura Fuente: El autor
Se hará uso de dos tipos de soldadura. Filete en la parte interna y cordón en la parte externa.
39
R4
Y
X Figura 3.5 Fuente: El autor.
Se realizan los cálculos usando un electrodo E 6013 3/32 pulg para soldadura por arco eléctrico, cuya resistencia mínima atención es de 60000 Ib/pulg 2 . (4218, 42 Kg/cm2 = 413, 69 MPA) Según la página 52 del texto de soldadura aplicaciones y prácticas de Hor Witz, el esfuerzo cortante en materiales dúctiles permitidos, recordando que el esfuerzo cortante de un material, siempre es menor al esfuerzo de fluencia (SY) del mismo material, tal como lo demuestra la siguiente ecuación.
td = 0,577SY N Donde: SY= esfuerzo de fluencia (E 6013 – 413,69 MPA) N= Factor de diseño= 1,5 (para materiales dúctiles, elementos de máquinas bajo cargas dinámicas con una confianza alta en todo los datos del diseño pg 185. Diseño de elementos de máquinas de Mott) 40
td=
0,577 . 41369 MPA 1,5
td= 159,13 MPA El perímetro de la soldadura será el tubo estructural de (60 x 60) con espesor de 2,26. Perímetro= 60 + 60 + 60 + 60 = 240 Por consiguiente, el área de soldadura está determinada por: Área= 240 mm x 4 mm Área= 960 mm2 = 9,6 x 10−3 m2 De esta manera se calcula la tensión a corte en los cordones de soldaduras, colocando una fuerza en igual a 200 N (1962 N) como caso extremo sugerido por el diseñador. t=
fuerza area 200
t= 9,6 x 10−3 m2 t= 20,833 KPA <<159,13 MPA. 3.2.5 Selección de tornillos. Siguiendo los pasos del libro shigley, para la selección de tornillos, empezaremos por definir que se utilizara un tornillo ¾ - 16 UNF X 2 ½ SAE grado 5.
𝑭𝒊 𝟐𝟒𝟕.𝟗𝟒𝑵
ᵟ 𝑨𝒊=
(
𝟓,𝟎𝟐 ) 𝟏𝟎𝟎
=0.493 MPa A partir de la tabla 8-9, Pg. 475 el ᵟf= 85 KPSI= 585 MPA Como ᵟi <<
ᵟf la selección del tornillo es la 41
correcta.
Conclusiones Una vez finalizados las etapas de diseño y cálculo de este proyecto socio integrador, realizado en el taller Multiservicios Makclaren en santa rosa. Se llego a las siguientes conclusiones. Es importante la aplicación de técnicas de diagnostico, recaudación de datos y su procesamiento, es ideal para hallar las necesidades más relevantes del sujeto a estudiar. El proyecto socio integrador requiere de mucho tiempo de dedicación y relaciones cordiales con la institución estudiada para sacar el mejor provecho. Se confirma la necesidad de las universidades bolivarianas de realizar transferencias tecnológicas implementadas por los propios estudiantes. Se hizo convocatoria para la exposición de los benéficos que traerá la prensa para la reparación de las válvulas de hidrovac en el taller de multiservicos Makclaren. Dicho evento fue logrado satisfactoriamente y se obtuvo la aprobación de la comunidad que tiene vida en la institución.
42
Recomendaciones Según la investigación realizada se recomienda. Continuar con el apoyo docente en lo que se refiere al diseño de maquinas y calculo de materiales ya que se convierte en una herramienta d orientación importante para los estudiantes de mecánica. Elaborar un manual de seguridad con el manejo de la prensa, así como los procedimientos y especificar que tiene un solo objetivo por lo cual no puede ser usada con otros fines. Desarrollar si es factible una propuesta económica para en un futuro no muy lejano hacer la implantación de un sistema hidráulico. Estas recomendaciones son sugeridas por el autor de esta investigación debido a que las tecnologías siguen avanzando y tienen que adaptarse a las necesidades de los usuarios.
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Bibliografía
-
https: // www.google.com.ve/maps Constitución de la república Bolivariana de Venezuela (1999) Normas covenin Diseño de ingeniería mecánica Shiglex Catalogo industrial de tubos estructurales únicon. Texto de soldadura aplicaciones y prácticas de Hor Witz, página 52. De la Ley orgánica de prevención condición y medio ambiente del trabajo (LOPCYMAT).Relación personal, sistema de trabajo y maquinas. Articulo 60.
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ANEXOS
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