CARRERA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
PROYECTO INTEGRADOR III
Nivel: SÉPTIMO
TEMA: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA AUTOMATICO PARA UNA ROLADORA MANUAL
GRUPO DEL PROYECTO PROYECTO
QUINGATUÑA QUINGATUÑA SINCHIGUANO OSCAR DANILO TENORIO CHANGO CARLOS MOISES TOAPANTA PÉREZ LUIS FERNANDO
LATACUNGA – MAYO 2015
1
CERTIFICACIÓN Se certifica que el presente trabajo fue desarrollado en su totalidad por los señor señores es Quinga Quingatuñ tuña a Sinchi Sinchigua guano no Osc Oscar ar Danilo Danilo con númer número o de cédula cédula 0503 0503 !! !!35 35"" #enorio norio $han $hango go $arlo $arloss %ois %oisés és con con núme número ro de cédu cédula la 0503 0503!& !&& &'( '( "#o "#oapan apanta ta )ére )ére** +uis +uis ,ern ,ernan ando do con con núme número ro de cédu cédula la 0503 0503-0 -0(3 (35. 5.3 3
como como requ requis isitito o parc parcia iall para para la obte obtenc nci/ i/n n del del ttul ttulo o de
1ngeni 1ngeniero ero 2lectr 2lectrome omec cnic nico" o" bajo bajo nuestr nuestra a super4 super4isi isi/n" /n" cumpli cumpliend endo o con normas estatarias establecidas por la ni4ersidad ,uer*as 6rmadas 2S)2 en el reglamento de estudiantes de la ni4ersidad ,uer*as 6rmadas 2S)27
_______________________ _________________________ __ 1ng7 %ario 8iméne*7
2
DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD RESPONSABILIDAD 9osotros: Quingatuña Sinchiguano Oscar Danilo" #enorio #enorio $hango $arlos %oisés ; #oapanta )ére* +uis ,ernando7 D2$+6<6%OS Q2: 2l pro; pro;ect ecto o
denomi denomina nado do = D1S D1S2> 2>O O 2 1%)+ 1%)+2% 2%29 29# #6$1O9 $1O9 D2 9
S1S#2%6 6#O%?#1$O 6#O%?#1$O )6<6 )6<6 96
3
DEDICATORIA 2ste pro;ecto de de in4estigaci/n lo dedicamos a todas aquellas aquellas personas que que nos supieron apo;ar incondicionalmente durante este perodo académico" también a aquellas personas que nos supieron guiar para facilitarme el proceso ; desarrollo de nuestro trabajo7 Dedicamos a cada uno de nuestros seres amados que da tras da estn en constante apo;o econ/mico" moral" sentimental ; que a base de su esfuer*o ; sacrificio nos permiten estudiar en esta prestigiosa instituci/n7
4
ÍNDICE DE CONTENIDOS .................................................................. .............................................. ...................................................... ............................... viii S%%6
5
'75
O %6>O D2+ D2+ )O %6>O D2+ D2+ )
$
37' 37'5 $O $OS S#O ,196 196+ D2 +6
RESUMEN Fran cantidad de trabajos que se desarrollan en un taller mecnico" son aquellos que in4olucran la reparacion" construcci/n de elementos que tengan formas cur4as sean estas cilndricas o chicas7 +as técnicas mediante las cuales se pueden dar las formas antes anotadas" en tubos de & pulgadas de dimetro" son mu; 4ariadas" pudiendo citar las de ejecuci/n manual" ; las reali*adas con la a;uda de mquina roladora7 Sin lugar a dudas el cur4ado de tubos mediante mquina es ms eficiente por ra*ones econ/micas ; el obtener un mejor acabado7 2n nuestr nuestro o medio medio N$1D6 N$1D6D D D2 +6# +6#6$9F6N $9F6N"" la indust industria ria mecn mecnica ica se ha incrementado notablemente debido a la aparici/n de diferentes industrias como: metalmecn metalmecnica7 ica7 %etalúrgica %etalúrgica"" etc7" lo que conlle4a conlle4a a la necesidad necesidad de construir mquinas ; elementos de mquinas que deben tener la formas antes anotadas ; la precisi/n que el funcionamiento lo estable*ca7 De la misma forma como se 4a incrementando las diferentes industrias no se posee la mquina adecuada para dar la forma requerida" como ser una
PALABRAS PALABRAS CLAVES •
•
S1S#2%6 2+I$#<1$O
•
292
! SUMMARY
+ot of orP being done in a garage" ith those in4ol4ing the repair" construcci!n construcci!n of elements ha4ing cur4ed shapes are these c;lindrical or girls7 #he techniques" b; hich forms can be gi4en before annotated pipe & inches in diameter" are 4er; di4erse and can cite those of ejecuci!n manual and those made ith the help of bending machine7 ndoubtedl; through pipe bending machine it is more efficient for econ!micas reasons and get a better finish7 1n our en4ironment N+atacungaN mechanical industr; has increased significantl; due to the aparici!n of different indust industrie riess such such as metall metallurg urg;;7 %etall %etallurg urg;;" etc7" etc7" leadin leading g to the need need to build build machines and machine elements that must be recorded and forms before the operation precision pro4ides7 1n the same a; as it ill increase the different industries the right machine ;ou do not ha4e to gi4e the required shape" such as a ending and to address the 4arious needs the; are done b; manual" ho maPing use of presses" consequentl; resulting in orP lo qualit;7 #he economic factor is a limiting factor for the acquisition of a ending of foreign origin" hich is h; in this report" 1 maPe an approach to the design" calculation and construction of a manual roladora that meets the requirements listed abo4e7 1n the final chapter a cost anal;sis so that the ad4antage gained in the reali*ation of this project is justified is made7
KEYWORDS
"
1# INTRODUCCION PERFIL DEL PROYECTO
INTRODUCCIÓN
+a
pres prese ente nte
in4 in4estig stiga aci/ ci/n
tie tiene
como omo
pro prop/s p/sito ito
dete determ rmin ina ar
los los
requerimientos de ciertos artesanos" las mismas que ser4irn de aporte para fundamentar nuestro pro;ecto a diseñar ; construir7 1. TITULO TITULO DEL DEL PROY PROYECT ECTO O
D1S2>O D1S2>O 2 1%)+ 1%)+2% 2%29 29# #6$1C9 $1C9 D2 9 S1S# S1S#2% 2%6 6 6#O% #O%?#1 ?#1$O $O )6<6 96
DEFINICIÓN DE D EL PROBLEMA
2n la ciud ciudad ad de +ata +atacu cung nga" a" parro parroqu quia ia San San uen uena4 a4en entu tura ra se han han caracteri* caracteri*ado ado por reali*ar reali*ar trabajos trabajos de metal mecnica mecnica ; construcci/n construcci/n de estructuras metlicas reali*adas con tubos redondos de diferentes dimetros ; difere diferente ntess materi materiale ales" s" lo cual cual la manipu manipulac laci/n i/n de estos estos manual manualmen mente te produce deformaciones en especial cuando se los quiere dar forma circular o hacer un dobles" adems el esfuer*o que se reali*a para obtener un trabajo es e@cesi4o a que e@isten tubos con un alto ndice de deformidad" por ello la automati*aci/n de esta roladora ser4ir para facilitar el trabajo" optimi*ar tiempo ; esfuer*o humano7 3
JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
+a auto automa mati* ti*ac aci/ i/n n de la rola rolado dora ra nos nos faci facilit litar ara a el traba trabajo jo de los los materiales" ;a que ;a no se reali*aran esfuer*os manuales" el esfuer*o seria netamente mecnico accionado por un motor eléctrico7 2l uso de este sistema automati*ado permite reali*ar un rolado uniforme en el material"
11
hecho que no se 4e en el rolado manual que se produce deformaciones en el mate materi rial al al real reali* i*ar ar el trab trabaj ajo7 o7 2l sist sistem ema a auto autom mtic tico o nos nos perm permititir ir optimi*ar el tiempo de trabajo ; aumentar las ganancias en la producci/n7 3. OBJET OBJETO O DE DE ESTU ESTUDIO DIO
2@plcitamente con la in4estigaci/n a reali*ar en el campo de las maquinas eléctr eléctricas icas podremos podremos consta constatar tar si las necesid necesidade adess requer requeridas idas por ciertos ciertos grupos grupos de artes artesano anoss son compen compensad sadas as con los los pro;ecto pro;ectoss ;a e@iste e@istentes ntes comprobando la fiabilidad de estos7 4. CAMPO CAMPO DE ESTUDI ESTUDIO O
2
LINEA DE INVESTIGACIÒN.
$ambio de la %atri* )roducti4a7 3 SUBLINEA SUBLINEA DE INVEST INVESTIGACION IGACION..
$entrales 2léctricas7 . OBJE OBJETI TIVO VOS S
.1O!"#$%&' G#(#)*+ Diseña Diseñarr ; constru construir ir
un sistema sistema automti automtico co acciona accionado do por un motor
eléctr eléctrico ico para para una rolado roladora ra manual manual para para doblar doblar tubos tubos con un dimet dimetro ro de hasta & pulgadas7
.2 O!"#$%&', E,-#/0%', Dise Diseña ñarr el sist sistem ema a de tran transm smis isi/ i/n n redu reduct ctor or de 4elo 4eloci cida dad d para para
acoplarle a la roladora7 6plicar diseño de elementos de mquinas anali*ando las cargas ;
esfuer*os e@istentes mediante el softare 69SBS7
12
motor7 $omprobar $omprobar el funcionami funcionamiento ento automtico automtico de la roladora roladora utili*ando utili*ando tubos de hasta & pulgadas7 6nali*ar los costos de in4ersi/n de la roladora manual a una automtica7 . IPO IPOTE TESI SIS S
2s posible mediante el diseño ; la automati*aci/n reducir el tiempo en doblar tubos de diferentes dimetros ; diferentes materiales
. METODOLO METODOLOGIA GIA DE INVEST INVESTIGACIÓN IGACIÓN
2l pro;ecto se lo reali*ar aplicando métodos te/rico . prctico" mediante estos métodos se reali*ar primero el le4antamiento de los planos mecnicos ; eléctricos de la maquinaR aplicando conocimientos te/ricos sobre maquinas eléctr eléctricas icas ; dibujo dibujo asistid asistido o por computad computador or"" mecanismo mecanismoss ; de diseño diseño de elementos elementos de mquinas mquinas aplicando aplicando in4estigaci/ in4estigaci/n n bibliogrfica" bibliogrfica" para poder poder obtener todos los clculos ; parmetros adecuados ; as saber los materiales necesarios que se se debern adquirir para para luego ser implementados reali*ando la construcci/n basndonos en conocimientos prcticos obtenidos durante los ni4ele ni4eless cursado cursadoss pudiend pudiendo o cumplir cumplir con los objeti4 objeti4os os plante planteados ados en este este pro;ecto7 . MA MARC RCO O TEORI TEORICO CO..
.1. ISTORIA DEL ARTE ARTE +a producci/n e industriali*aci/n en en el 2cuador empie*a empie*a en la década década de los años 50" cuando empresas del sector metalmecnico ; del sector te@til comien*an la fabricaci/n fabricaci/n de estructuras para in4ernaderos ; algunas partes partes pie*as metlicas para galpones7 2n la década de los !0" con las +e;es de ,ome ,oment nto o se incu incurs rsio iona na en la fabr fabric icac aci/ i/n n de otro otross elem elemen ento toss de alta alta repo reposi sici ci/n /n ; de uso uso comú común n dent dentro ro de la ampl amplia ia gama gama de estr estruc uctu tura ras7 s7 2S)O+" &0'3T
13
.2.
ROLADORA. +os sistemas sistemas de apriete apriete inicial inicial de de tres tres rodillos" rodillos" apriete apriete doble de tres
rodillos" apriete doble de cuatro rodillos" traslaci/n 4ariable de tres rodillos" pir pirmi mide de de tres tres rodi rodillo llos" s" ; dos dos rodi rodillo lloss todo todoss son son tipo tiposs de mqu mquina inass roladoras" ; esta gua le da una buena idea de lo que hace a cada una diferente de las otras7 +os rodillos dobladores de placa u hoja se ofrecen en dos diferentes categoras: apriete sencillo ; apriete doble" pero pueden 4ariar en geometra o estilo7 L6" &00-T
.3. PAR5METROS PAR5METROS T6CNICOS. +a capacidad de la mquina es tan importante como el estilo" o incluso ms ms impo import rtan ante te77 +os +os fabr fabric ican ante tess de rodi rodillllos os de plac placa a comú comúnm nmen ente te establecen las capacidades de sus mquinas de acuerdo con lmites de elas elastic ticid idad ad para para mate materia riall base base de 3!"0 3!"000 00 a 3-"0 3-"000 00 libr libras as por por pulg pulgad ada a cuadrada )S1T7 6ndrés" &005T
.4.
ROLA LAD DORA MA MAN NUA UAL L. +os rodillos de placa con apriete inicial de tres rodillos o con apriete inicial
sencillo generalmente son para aplicaciones de capacidad ligera ; pueden ser electromecnicos o hidrulicos7 $uando un cilindro es completamente rolado" éste es e@trado del rodillo superior7 +as mquinas generalmente estn equipadas con algún tipo de mecanismo de liberaci/n del rodillo superior que permite la e@tracci/n del cilindro7 2sta e@tracci/n se hace con la a;uda de un rodillo superior de inclinaci/n hacia adelante o de liberaci/n hacia adelante" o una barra final remo4ible7 1*a" &00T
14
FIG 1. ROLADORA .. ROLADORA MEC5NICA. 2n este caso la fuer*a rotacional de rolado se transmite por medio de un motor acoplado a un mecanismo cinemtico" el cual puede ser como lo citaremos a continuaci/n: •
$onjunto de tornillo sinfn" rueda
•
$onjunto de bandas" poleas7
•
$onjunto de tren de ruedas dentadas7
•
$onjunto mi@to tornillo sinfn" rueda" bandas" poleas7T
2l motor generador del mo4imiento principal es entregado por un motor eléc eléctri trico co trif trifsi sico co por por ra*o ra*one ness de esfu esfuer er*o *o de trab trabaj ajo o ; segu seguri rida dad7 d7 Su caballaje depende principalmente del espesor m@imo de tubo que se desea rola rolarr7 n ejem ejempl plo o de este este tipo tipo de rola rolado dora ra se ilus ilustr tra a en la figu figura ra a continuaci/n7 6ndrés" &005T
FIG 2. ROLADORA MANUAL 7. ALCANCE ALCANCE DEL DEL PROYEC PROYECTO TO..
$on el el diseño diseño ; const construc rucci/ ci/n n de la rolad roladora ora auto automt mtica ica
se esper espera a
15
mejora mejorarr el tiempo tiempo de manuf manufact actura urado do de los tubos tubos para para acabado acabadoss en la construcc construcci/n" i/n" con esto los obreros" obreros" maestros maestros que trabajan trabajan en este sector sector podrn reali*ar su trabajo con ma;or eficiencia ; a la 4e* reali*ar menor esfuer*o esfuer*o fsico" fsico" a;udando a;udando as directamen directamente te a la matri* matri* produc producti4a ti4a en en el mbito de los maestros metalúrgicos7 18 .
VIABILIDAD.
2ste pro;ec pro;ecto to est consolidad consolidado o en los los conoci conocimiento mientoss necesari necesarios os para materiali*a materiali*arr el mismo" a;udara a;udara a que los artesanos artesanos que trabajan trabajan en este campo mejoren su producti4idad con alta calidad7 11. CRON CRONOG OGRA RAMA MA..
1$ CAP9TULO 1 MARCO TEORICO
1. 1.11 INT INTRODU RODUCC CCIO ION. N. 2l presente capitulo nos dar una reseña hist/rica de como llego la energa energa eléctrica eléctrica al pas as como también también nos mostrara mostrara un marco te/rico te/rico e@plicito el mismo q nos a;udara a comprender ms sobre el tema de las centrales eléctricas7
1.2ROLADO. Se llama rolado al proceso de conformado mecnico por fle@i/n" que consiste en deformar plsticamente lminas o perfiles metlicos al hacerlos pasa pasarr por por medi medio o de rodi rodillllos os77 no no de ello elloss supe superi rior or que que se desl desli* i*a a 4erticalmente hasta que roce al material ; con mo4imiento del resto de rodillos hace posible su funcionamiento ; a su 4e* el pre cur4ado de la pie*a de trabajo7
PROCESOS DE FLE:ION. 2n este proceso se obtiene la fle@i/n debido a la aplicaci/n de un momento" en el metal sometido a fle@i/n" e@iste gran 4ariaci/n de tensiones en una misma secci/n trans4ersal7 +os procesos de fle@i/n inclu;en al doblado7
1.3 1.3 DOB DOBLADO LADO.. 2s un proceso de conformado mecnico por fle@i/n en el que el metal es obligado a tomar tomar nue4as formas por mo4imiento o flujo plstico7 Sin alterar su espesor de forma que todas las secciones permane*can constantes7 2l doblado abarca procesos como son: plegado" rolado" perfilado" embutido" repujado7 +a clasificaci/n de estos tres se los hace tomando en cuenta los medios utili*ados para reali*ar el doblado" as: procesos que utili*an pun*/n ; procesos que utili*an rodillos7
1
1.4 1.4 PEGL PEGLA ADO. DO. 2s un proceso de conformado mecnico de fle@i/n" mediante la cual se deforma una parte de la chapa según una forma pre4ista7
FIG 3. PEGLADO 1. ROLADO LADO.. 2s un proceso de conformado mecnico por fle@i/n" mediante el cual se deforma una lmina metlica" tubo metlico ; se le da forma de superficie cur4a" considerando como tal" la que puede e@tenderse sobre un plano sin sufrir deformaci/n7
FIG 4. ROLADO 1. 1. PERF PERFIL ILA ADO. DO. 2s un proceso de conformado mecnico por fle@i/n" que consiste en fabricar perfiles de longitud considerable por medio de cur4ado o doblado de tiras de lminas metlicas7
FIG . PERFILADO
1!
1. 1. EMB EMBUTID UTIDO. O. 2s un proceso de conformado mecnico por fle@i/n" que consiste en darl darle e una una form forma a ahue ahueca cada da a la lmi lmina na"" por por defo deform rmac aci/ i/n n de la mism misma a manteniendo el espesor7
FIG. . EMBUTIDO 1. VELOCIDA VELOCIDAD D DE DEFORMACI DEFORMACION ON DURANTE DURANTE EL CONFORMA CONFORMADO. DO. 2l comportamiento de los metales en los procesos de conformaci/n puede depender de la 4elocidad de deformaci/n7 +a ma;ora de los metales de estru estructu ctura ra cubica cubica"" circul circular ar centr centrada ada cambi cambian an su compo comporta rtamie miento nto de dúctiles a frgiles dentro de un determinado rango de temperatura ; si la 4elocidad de deformaci/n es considerablemente alta" el fen/meno de la temper temperatu atura ra de transi transici/ ci/n n result resulta a ms signif significa icati4 ti4o7 o7 Si la 4eloci 4elocida dad d de deformaci/n es grande puede dar lugar a que se produ*can regiones de deformaciones no uniformes o marcas de deformaci/n" las mismas que podra podran n ser elimin eliminada adass al dismin disminuirs uirse e est est 4eloci 4elocida dad7 d7 2n el trabaj trabajo o en caliente el lmite elstico de los metales es considerablemente afectado por la 4elocidad de deformaci/n7
FUNDAMENTOS DE RESISTENCIA DE MATERIALES 1.7 FUER;A. ;A. Se ha definido la fuer*a como la acci/n que ejerce un cuerpo sobre otro7 2sta acci/n puede descomponerse en dos efectos" e@terior e interior7 +os efectos e@teriores de una fuer*a a cualquier soporte son las reacciones que ejerce el mismo7 +as fuer*as e@teriores a un cuerpo son pues" de dos clases: las fuer*as aplicadas o acti4as ; las fuer*as reacti4as7 2sto hace alusi/n"
1"
para el desarrollo de este tema de tesis" a la primera le; de 9etonR ;a que para todos los casos de diseño de los elementos ; anlisis de fuer*as ; cargas se requiere que: Σ F =
#
2s decir los elementos se mantienen en equilibrio esttico7 +os efectos interiores son los mo4imientos internos resultantes ; las fuer*as distribuidas por todo el material7 +a relaci/n entre las fuer*as internas ; los mo4imientos internos e@ige tener en cuenta las propiedades de los materiales del cuerpo ; conceptos que detallan a continuaci/n7 continuaci/n7
1.18 ESFUER;OS DE FLE:ION. +os esfuer*os normales que se producen en un punto de cualquier elemento" debidos a las cargas o fuer*as de fle@i/n que se apliquen sobre el mismo" se puede calcular con la siguiente relaci/n:
σ x
=
σ x
Mc I
o
=
M I c
D/nde: % U %omento flector m@imo producido por las cargas c U Distancia del eje neutro del elemento a la superficie del mismo 1 U %omento de inercia del elemento 6l factor 1 V c a menudo se reempla*a por L que se conoce como m/dulo de secci/n" que para un eje eje redondo maci*o de dimetro dimetro d se e@presa por: 3
Z =
π .d
32
Haci Hacien endo do el reem reempl pla* a*o o en la ecua ecuaci ci/n /n &73 &73 se tien tiene e la e@pr e@pres esi/ i/n n que que usualmente se utili*a para calcular los esfuer*os normales por fle @i/n7 σ x
=
32 M 3
π .d
2#
1.11 ESFUER;OS DE TORSION. $ualquier 4ector momento que sea colineal con un eje geométrico de un elemento mecnico se llama 4ector momento torsionante" debido a que la acci/n de tal carga hace que el elemento e@perimente una torcedura con respecto a ese eje7 2l esfuer*o de torsi/n se puede calcular con la relaci/n: τ xy
=
Tr J
2cuaci/n &7!
D/nde: # U %omento torsionante m@imo r U radio del eje a la superficie e@terior 8 U %omento polar de inercia del rea trans4ersal )ara una secci/n maci*a circular: J =
π .d
4
32
2cuaci/n &7
τ xy
=
1$T 3
π .d
2cuaci/n &7-
1.12 FUER;AS DE RO;AMIENTO. +a fuer*a de ro*amiento se produce por el contacto entre la superficie de los rodillos ; la tubera que se 4a a rolar7 2sta fuer*a es importante porque porque e4ita e4ita el resba resbalam lamien iento to entre entre las super superfic ficies ies en conta contacto cto"" como como también" es un parmetro que inter4iene para determinar la fuer*a del motor reductor7 +a fricci/n en el conformado 4iene dado por la siguiente relaci/n emprica:
21
W 3 2 1 % Fr = #. % 1 2r Sy 2
2cuaci/n &7J
Donde W U $arga m@ima del rodillo r
U
S; U +mite de fluencia del material trabajado n
U ,actor de seguridad
,rs" ,ri" ,rd" U ,uer*as de ro*amiento en los rodillos superior7
1.13 MOTORREDUCTOR.
+os reductores ; motorreductores mecnicos de 4elocidad se pueden contar entre los in4entos ms antiguos de la humanidad en estos tiempos del siglo MM1 se siguen utili*ando prcticamente7 n motorreductor tiene un moto motorr acop acopla lado do dire direct ctam amen ente te"" el redu reduct ctor or no tien tiene e un moto motorr acop acopla lado do directamente7 +a sencille* del principio de funcionamiento ; su grado de utilidad en una gran 4ariedad de aplicaciones es lo que ha construido la trascendencia de este in4ento al tra4és de los siglos7 6 continuaci/n se dan los principios bsicos de un reductor o motorreductor de 4elocidad: Supongamos que la rueda X6Y de la fig7' tiene un dimetro de 5 cm7 Su permetro ser entonces de 5 @ 37'('! U '57' cm7 2l permetro es la longitud total del en4ol4ente de la rueda7 na rueda XY de '5 cm de dimetro ; (7'3 cm de permetro '5 @ 37'('!T est haciendo contacto con el permetro de la rueda X6Y fig &T
22
FIG. DIAMETROS DI AMETROS DE RUEDAS
1.14
CONCEPTO
DE
RELACIÓN
DE
REDUCCIÓN
EN
UN
MOTORREDUCTOR. 2n la fig " cuando gira la rueda X6Y har que a su 4e* gire la rueda XY pero suceder que por cada tres 4ueltas que dé X6Y" la rueda XY solamente dar una 4uelta" esto es" el dimetro de XY di4idido por el dimetro de X6Y '5V5 U 3T7 2ste número 3 ser la relaci/n de reducci/n de este reductor o motorreductor elemental ; se indica como 3:' $on esta simple combinaci/n se ha logrado disminuir la 4elocidad de rotaci/n de la rueda XY a la tercera parte de la 4elocidad de la rueda X6Y7 Si a la combin combinaci aci/n /n de ruedas ruedas antes antes descri descrito to encade encadena namos mos otras otras ruedas ruedas adicionales entonces cada 4e* lograremos una 4elocidad cada 4e* menor hasta donde sea necesario para la aplicaci/n ; puede ser !:'" 30:'" '00:' o aún ma;or para lograr 4elocidades mu; pequeñas que se pudieran necesitar ; que" por ejemplo" la rueda X6Y tu4iera que girar cientos de 4eces para que la últi última ma rued ueda girar irara a una una sola 4e*7 e*7 2n este ste caso aso ten tendrem dremos os un motorreductor de 4arios trenes de reducci/n" entendiendo como ' tren de reducci/n a un par de ruedas7 $on ! ruedas tendramos tres trenes de engranes7
23
$on este sistema de reducci/n no solamente disminuimos la 4elocidad de XY a un giro ms lento que es útil para la ma;ora de las aplicaciones sino que al mismo tiempo estaremos aumentado el XparY o XtorqueY en la última rueda del motorreductor que generalmente se conoce como la rueda de salida a la que 4a ensamblada la Xflecha de salidaY del reductor o motorreductor7
1.1 CONCEPTO DE PAR O TOR
FIG. CONVERSION TOR
n motor eléctrico tiene una determinada potencia en H) ; tiene una cierta 4elocidad de operaci/n a la cual gira la flecha de salida" por ejemplo '-00
24
)otencia )otencia lle4an lle4an aparejado aparejado un cierto XtorqueY XtorqueY o XparY que puede puede liberar liberar el motor7 2s precisamente el XparY lo que permitir que podamos o no girar una determinada carga" cuanto ms alto el XparY ms grande ser la carga que podamos girar7 2l que tan rpido podamos hacerlo depender de la potencia del del moto motorre rredu duct ctor or77 +as +as dos dos cara caract cter ers stitica cass est estn n inte interre rrela laci cion onad adas as ; dependen una de la otra7 2sta 2sta comb combin inac aci/ i/n n de poten otenccia" ia" par par ; 4eloc elocid ida ad en un moto motorr o motorreductor est regida por la siguiente f/rmula:
FIG. 7 PAR $omo podr 4erse en la f/rmula" para una potencia dada" cuanto ms baja sea la 4elocidad final de giro de la flecha del motorreductor" ms alto ser el par aunque la potencia siga siendo la misma7 1n4ersamente: $uanta ms alta sea la 4elocidad final del reductor o motorreductor" tanto ms bajo ser el par aun cuando la potencia sea la misma7 $alculemos el par de salida que puede proporcionar un %otorreductor de 5 H)" con relaci/n de reducci/n de 5J:'7 2l motor es de ( polos con una 4elocidad nominal de '50 <)%7 Si el motor es de '50 <)% de salida ; el
25
Eelocidad Eelocidad a la salida del reductor U '50 V 5J U &J7!! <)% 2ntonces el par disponible ser de:
2sto quiere decir que el %otorreductor tendra la fuer*a torsional o par suficiente para darle 4uelta a un peso de '&07 Pg colgado de un bra*o de palanca de ' m atornillado a la flecha de salida ; ese trabajo de giro con esa carga lo podra hacer indefinidamente ;a que los 5 H) seran suficientes para mantenerlo girando aún con ese par opositor de '&07 Pg.m
FIG. 18 MOTOREDUCTOR MOTOREDUCTOR
2$
2 CAP9TULO II
CALCULO Y DISE=O 2.1 CALCULO CALCULO DE LA FUER;A DE BAROLA BAROLADO. DO. )ara los clculos se tom/ como principal parmetro" las dimensiones de la secci/n trans4ersal de la tubera estructural que se 4a a barolar7 )ara el diseño utili*aremos un tubo 6S#% 653 circular para determinar con una secci/n circular para el determinar los requerimientos de fuer*a del sistema automtico
S#%>( S%?@$)%*
M'?#($' L/?%$# M+
M l
M l
M l
=
=
=
ML =
b.h 2
Sy
4
D 3 $
D 3
Sy
3
− d
Sy
$
1 12
[3bh − 'b + 2b1& % h1 ] % Sy 2
2
2!
2
e.( e.b + 2.b.c + c 2 ) M l = 2 Sy b c 2 .' & +
FIG. 11 MOMENTO L9MITE DE DIFERENTES SECCIONES 2.2 2.2 MO MOME MENT NTO O L9MIT L9MITE. E. )ara )ara una una secc secci/ i/n n de este este tipo tipo se calc calcul ula a el m/du m/dulo lo pls plstitico co con con la 2cuaci/n de la figura anterior con los siguientes datos obtenidos de una tubera de esta denominaci/n: D U 070!03 m d U 0705!3J m S; U +mite de fluencia U &(0000000
Ml=
D
3
−
6
3
d
Sy =
0.0603
3
3
− 0.05639
6
%+ U '!00 '!00 97m
∗240000000
2"
2.3 ESTUDIO DE LA FUER;A DE BAROLADO
FIG. 12 ES
FIG 13. ES
3# Fb =
q # % d 1 2
∑ Fy = # ,b U
Riy Riy
=
q # % d 1 2
& % ' D +
2 3
d 1& = #
q# % d 1 % '3 D + 2d 1& 12 D
]%6 U 0 '
q # % d 1 2
2 & % ' D − d 1& − 2 D % Rdy = # 3
Rdy =
q# % d 1 % '3 D − 2d 1& 12 D
Del diagrama de momento flector tenemos que el %ma@ est en: x =
M ()*
1 2
d 1 + D − d 1
= Rd Rd % ' D + d 1 −
1 2
d 1&
31 Rd Rd =
Rdy Rdy Cosθ
M ()*
M ()*
=
Ri =
=
Rdy Rdy Cosθ
' D + d 1 −
q# % d 1 % '3 D − 2d 1&
12 D % Cosθ
Riy Riy Cosθ
1 2
d 1&
1
% ' D + d 1 −
2
d 1&
%ma@ U %' M ()*
Fb % '3 D − 2d 1&
=
$ D % Cosθ
% ' D + d 1 −
1 2
d 1&
Despejando ,b que es la fuer*a de barloadoR barloadoR que nos interesa" obtenemos: obtenemos: $ D % Cosθ % M 1
Fb =
1
' D + d 1 −
2
d 1& % '3 D − 2d 1&
6qu colocamos 4alores e@perimentales que se midieron al momento de 4alorar un tubo lo cual tenemos como dato los siguientes 4alores DU07'(m d'U070&m ^U5_ Fb=
(
6 0.14
(
0.14
+0.02 −
√
1 2
)∗cos ( 5 °)∗1600
)
∗0.02 ∗( 3 ( 0.14 )−2 ( 0.02 ) )
=58723 N
32
2.4 REACCIONES 6qu anali*aremos las reacciones reacciones de la fuer*a de barolado7 barolado7 Fb ( 3 D + 2 d 1 ) = 32157 N Riy = 6 D
Fb ( 3 D −2 d 1 ) = 26565 N Rdy = 6 D
Rd =
Ri =
Rdy 26565 = = 26666 N cosθ cos ( 5 )
Riy 32157 = =32279 N cosθ cos ( 5 )
2. FUER;A DE RO;AMIENTO +a fuer*a de ro*amiento se produce entre la superficie de los rodillos ; la fuer*a que se 4a a barolar7 2sta fuer*a es importante porque permite que la tube tuber ra a que que est est sien siendo do baro barola lada da no resb resbal ale" e" con este este par parme metr tro o determinaremos la potencia del motor7 +a siguiente ecuaci/n nos da como resultado la fuer*a de ro*amiento7
W 3 2 1 % Fr = #. % 2r Sy 12 D/nde: W U $arga m@ima del rodillo r
U
S; U +mite de fluencia del material trabajado n
U ,actor de seguridad
,rs" ,rs" ,ri ,ri"" ,rd ,rd""
U
,uer ,uer*a *ass de de ro* ro*am amie ient nto o en los los rodi rodillllos os sup super erio iorr"
inferior i*quierdo e inferior derecho" respecti4amente7
33
322" 3 2 Fri = #. % 2 % #.#3 %
% 2 24####### 1
,ri U (3! 9
,rd U 3&J
)ara el clculo de la fuer*a de ro*amiento en el rodillo superior se toma W U ,b U 5-&3 9 ,rs U '0'! 9
2. TOR
Pot =
Ti % N
12
+
131.#1 % 3# 12
Td % N
+
12
"!.3 % 3#
)ot U ' H)
12
34
35
CAPITULO III 1
PRUE PRUEBA BAS S Y ANALI NALISI SIS S DE DE RES RESUL ULT TADOS. DOS.
3.1 PROTOCOLO DE PRUEBAS. na 4e* construido ; reali*ado el montaje de la mquina" se procede a establecer ; reali*ar las pruebas a las cuales ser sometida la mquina" esto tiene por finalidad garanti*ar el buen funcionamiento del sistema ; 4erificar el cumplimiento de todos los parmetros de diseño7
2
VERI VERIFI FICA CACIO CION N DE DE FUN FUNCI CIONA ONAMIE MIENT NTO O EN EN VA VACIO. CIO. 2n esta 4erificaci/n se obtu4ieron los resultados siguientes:
T*!+* 1. V#)%0%*%>( # 0(%'(*?%#($' #( &*%>. Eelocidad 30<)%
6nomalas
#iempo 5 minutos de funcionamiento
S1 9O
30<)%
'0 minutos de funcionamiento
S1 9O
30<)%
'5 minutos de funcionamiento
&0 minutos de funcionamiento
M
S1 9O
30<)%
M
M
S1 9O
M
3$
3
VERI VERIFI FICA CACIO CION N DE DE FUN FUNCI CIONA ONAMIE MIENT NTO O CON CON CA CARGA. RGA. 2n esta 4erificaci/n se obtu4ieron los siguientes resultados7
T*!+* 2. V#)%0%*%>( # 0(%'(*?%#($' '( *)*. Eelocidad
#iempo
30<)%
5 %inuto ' de funcionamiento7. Se hace pasar un tubo de & de dimetro ; !mde largo
30<)%
'0 %inuto ' de funcionamiento7. Se hace pasar un tubo de & de dimetro ; !mde largo
30<)%
'5 %inuto ' de funcionamiento7. Se hace pasar un tubo de & de dimetro ; !mde largo
30<)%
&0 %inuto ' de funcionamiento7. Se hace pasar un tubo de & de dimetro ; !mde largo
4
6nomalas S1 9O S1 9O S1 9O S1 9O
VERI VERIFI FICA CACI CION ON DE CAPA CAPACID CIDA AD DE DE PRO PRODU DUCC CCIO ION. N. 2n esta 4erificaci/n se obtu4ieron los resultados siguientes:
T*!+* 3. V#)%0%*%>( # *-*%* # -)'%>(. 9o7 #ubos #iempo
barolados !m @
9o7 #ubos #iempo
& T
barolados !m @ & T
%inuto '
&
%inuto ''
&
%inuto &
&
%inuto '&
&
%inuto 3
&
%inuto '3
&
%inuto (
'
%inuto '(
&
%inuto 5
&
%inuto '5
&
M M M M
3
%inuto !
'
%inuto '!
'
%inuto
&
%inuto '
&
%inuto -
&
%inuto '-
'
%inuto J
&
%inuto 'J
&
%inuto '0
'
%inuto &0
&
#O#6+
35
VERI VERIFI FICA CACIO CION N DEL DEL TAMA TAMA=O =O DEL DEL PROD PRODUC UCTO TO.. +as medidas que se deben controlar en los tubos barolados son radio de
la circunferencia < ; la cuerda +7 Se reali*an las mediciones para dos productos" que son los que ms se 4an a producir con esta mquina7 )
T*!+* 4. V#)%0%*%>( #+ $*?*' #+ -)'$'. )
Deformaciones
9o7
en los e@tremos
#ubo
!
9O
!
9O
<
+
'
35('
&
35(0
#ubo
)
Deformaciones
<
+
'
'0-3
!
9O
&
'0-0
!
9O
en los e@tremos
3!
3
35(0
!
9O
3
'0-'
!
9O
(
35(0
!
9O
(
'0-'
!
9O
5
35(&
!
9O
5
'0-&
!
9O
!
35(0
!
9O
!
'0-3
!
9O
35(0
!
9O
'0J
!
9O
-
35('
!
9O
-
'0J
!
9O
J
35(0
!
9O
J
'0J
!
9O
'0
35('
!
9O
'0
'0J
!
9O
VERI VERIFI FICA CACI CION ON DE RUID RUIDO O Y VIBR VIBRA ACION CION.. 2n esta 4erificaci/n se obtu4ieron los resultados siguientes:
T*!+* . V#)%0%*%>( # )%' &%!)*%>(. T 9 1 % S
E6$1O
O ) % 2 1 #
$6
Eibraciones
Eibraciones
aj
%edi
6lt
)ermisibl
9o
a
a
a
e
permisibl
aj
%edi
6lt
)ermisibl
9o
3" e
a
a
a
e
'
M
M
@
M
&
M
M
M
M
3
M
M
M
M
(
M
M
M
M
5
M
M
M
M
!
M
M
M
M
M
M
M
M
-
M
M
M
M
J
M
M
M
M
'0
M
M
M
M
permisible
ANALISIS DE RESULTADOS.
VERI VERIFI FICA CACIO CION N DE DE FUN FUNCI CIONA ONAMIE MIENT NTO O EN EN VA VACIO. CIO. Se encendi/ la mquina ; se dej/ que funcione durante &0 minutos sin
aplicarle ningún tipo de carga7 Se 4erific/ cada 5 minutos las <)% a las que gira giran n los los rodi rodillo lloss ; adem adems s se cont contro rol/ l/ que que no e@is e@ista ta ning ningún ún tipo tipo de anomalas7
4#
VERI VERIFI FICA CACIO CION N DE DE FUN FUNCI CIONA ONAMIE MIENT NTO O CON CON CA CARGA. RGA. Se dej/ funcionar a la mquina durante &0 minutos ms pero se coloc/ en
las matrices un tubo de &J00 mm @ &Y de dimetro cada 5 minutos7 De la misma forma se control/ la 4elocidad de los rodillos ; que no ha;a ningún tipo de incon4eniente para que los tubos pasen a tra4és tr a4és de la matricera7
7
VERI VERIFI FICA CACIO CION N DE DE LA VELO VELOCI CIDA DAD D DE DE PRO PRODU DUCC CCIO ION. N. )ara esta prueba se barol/ tubera de ! mm @ & Xde dimetro" ;a que esta
es una de las que ms se procesa en la empresa para fabricar las cerchas de los in4ernaderos7 $ada minuto se midi/ cuantos tubos se cur4an en un total de &0 minutos7 +os resultados son de 35 tubos en &0 minutos dando un promedio de '75 tubos V min7 2ste dato es importante porque ha; un incremento del 50 en producci/n solo dos trabajadores que son la mitad de los que hacan el proceso anterior7
18
VERIFI VERIFICAC CACION ION DEL TAMA= TAMA=O O DEL DEL PRODUC PRODUCTO TO..
Se midiero midieron n '0 tubos tubos de cada tipo tipo que ms se utili* utili*a" a" se 4erific/ 4erific/ las medidas del radio de cur4atura < ; de la cuerda +7 +os resultados obtenidos son contundentes ;a que" las medidas son ideales ; estn dentro del rango que la empresa acepta para los tubos cur4ados7
11
VERIFI VERIFICAC CACION ION DE VIBRA VIBRACION CION Y RUID RUIDO. O.
Durante '0 minutos se comprob/ que no e@iste 4ibraci/n ; ni4eles de ruid ruido o que que den a esti estima marr una una pos posible ible fall falla a o falt falta as a las las norma rmas" lastimosamente en nuestro medio no es posible la reali*aci/n de pruebas con equipos especiales" ms se pudo obser4ar que aun cuando se aplica carga a los rodillos no ha; cambios sustanciales ; la baja 4ibraci/n no representa ningún peligro para el colapso de la estructura ; los dems elementos de la mquina7 ANALISIS DE COSTOS.
+os costos que se anali*aran en el presente te@to se basan tomando en
41
consideraci/n los siguiente aspectos7 .
+os cost costos os de mater material iales es se los los cons conside idera ra di4idié di4idiéndo ndolos los en en dos grup grupos os como como elemen elementos tos adquir adquirido idoss de almacé almacén n ; elemen elementos tos adquir adquirido idoss de segunda mano7 2l costo costo de de mano mano de obra obra ser ser tomad tomado o en cuent cuenta a tomand tomando o como como base base el
.
salario bsico unificado7 $abe recalcar que a pesar de inter4enir algunas personas en el pro;ecto no se reali*a ninguna diferenciaci/n en cuanto a lo econ/mico" en ra*/n de que en nuestro medio el salario se toma como general para todos los pequeños industriales7 ,inalmente el costo de mquina se lo reali*ar tomando en
.
consideraci/n el 4alor inicial de la mquina" depreciaci/n de la mquina" tiempo de ocupaci/n de la misma en la operaci/n" etc7 #odos estos 4alores sir4en como base para determinar el costo final de la mquina que se desea construir" en nuestro caso la roladora manual7
12 COSTO COSTOS S DEL DEL MAT MATERIAL ERIAL EMPL EMPLEA EADO. DO. T*!+* T* !+* . C',$', #+ ?*$#)%*+ #?-+#*'. Cantid ad 3 ( ( 3 ( ( ( ( ( ( (
Descripción material Tubo Tubo al!ani"ado al!ani"ado de #m $ %&& *+mina de acero ,otoreductor seunda mano Contactores Tempori"ador Pulsadores Ca.a met+lica Cable industrial %))V/ %) A / -m cable industrial (%)V/ (' A / -m Enc1u2e %%)V / %) A/ Enc1u2e (%)V / %) A/ Varios Valor Total
13 COST COSTOS OS DE MA MANO NO DE OBRA OBRA..
Valor unitario 3' (' %)) (' (' %) 0 # # 3 3)
Preci o ()' (' %)) -' (' (# %) 0 # # 3 3) -#
42
T*!+* . C',$', # ?*(' # '!)*. Indi!iduo s Descripción ( Cost Costo o sala salari rio o b+si b+sico co
Precio 3'3'-
14 COST COSTO O DE ORA ORA M5 M5
Costos () (' %) %) #'
1 COST COSTO O FINA FINAL L DE LA ROLA ROLADO DORA RA.. C . F . M= Costo Costo finalde la Máquina Máquina C .V . =Costodel Costodel materi material al emplea empleado do + costode costode mano mano de obra obra + costo costo de ora ora máquina máquina
C. V . = 469 + 354 + 65
C . V . = 888
43
CAPITULO IV 12 12.. CONC CONCLU LUS SIONE IONES S
Que una buena buena planif planifica icaci/ ci/n n pre4ia pre4iamen mente te reali* reali*ada ada"" antes antes de la
•
construcci/n de la obra" sir4e para obtener resultados esperados de gran gran rend rendim imie ient nto" o" ; que que tiem tiempo po"" cost costos os ; func funcio iona nami mien ento to de la •
mquina llegaron a fin de requerimiento inicial7 2l sistema de transmisi/n sin ser el ms /ptimo ha generado fcil
•
despla*amiento" ante la oposici/n" que genera el tubo al rolar7 $omprobamos el funcionamiento automtico de la roladora utili*ando tubos de hasta & pulgadas donde su rolado fue eficiente ; con una
•
gran uniformidad7 6nali*amos los costos de in4ersi/n de la roladora manual a una
•
automtica7 6plicamos diseño de elementos de mquinas anali*ando las cargas ; esfuer*os e@istentes mediante el softare 69SBS7
4.1 RECOMENDACIONES. •
6nali*ar otras alternati4as para el sistema de transmisi/n para
•
optimi*ar costos as como también para una mejor eficiencia7 ,omentar ,omentar la in4estigac in4estigaci/n i/n ; constr construcci ucci/n /n de mquinas mquinas en en el pas pas porque gracias al sector producti4o que e@iste ha; gran de manda de
•
este tipo de maquinaria7
•
las condiciones para la instalaci/n de mmquinas tili*ar un sistema de automatismo para el control de la maquina con el fin de reducir el costo de operaci/n del sistema7
44
CAPITULO V 13 13.. BIBL BIBLIO IOGR GRA AFIA FIA. •
)are )a rede dess Fo Fon* n*l les es"" S7 %7 & &00 00JT JT77 Di Dise seño ño ; co cons nstr truc ucci ci/n /n de un prototipo de una mquina roladora de tubo cuadrado de 50@50@& mm
•
semiautomtica7 1*a 1* a 1* 1*a" a" 7 S7 & &00 00T T77 Di Dime mens nsio iona nami mien ento to ; co cons nstr truc ucci ci/n /n de un una a
•
roladora manual para laboratorio7 Fuam Fu amn n"" 67" 8i 8ime mena na"" E7 & &0' 0'3T 3T77 6rt rtcu culo lo $i $ien ent tfifico co.D .Dis iseñ eño o ; cons co nstr truc ucci ci/n /n de un pr prot otot otip ipo o de ca cabe be*a *all pa para ra so sold ldad adur ura a or orbit bital al automtica en pase de ra* en tubera de ocho pulgadas std con el
•
proceso fca para aces@ilicon design technolog; ltda7 $amp $a mpos os ,e ,ern rnn nde de*" *" 87 67 & &00 005T 5T77 Dis Diseño eño e Imp Implem lement entaci ación ón del Sist Si stem ema a de Co Cont ntro roll Au Auto tomá máti tico co de un una a Ro Rola lado dora ra Hi Hidr dráu áuli lica ca de
Doctoral oral disse dissertatio rtation" n" 1nstit 1nstituto uto #ecnol cnol/gico /gico de Lámina Lám inas s de Ac Acero ero Doct •
$osta
•
producci/n7 Fuan Fu ano o La Lamb mbra rano no"" 27 ,7" 1l1l4a 4a;; %u %uril rillo lo"" 27 67 & &00 00!T !T77 Dis Diseñ eño o ; construcci/n de una baroladora para tubo rectangular ; redondo para la empresa 9OE6$2
45
ANEXOS
4$
4
4!
4"
5#
51
52
53
54
