SEP DGEST INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LÁZARO L ÁZARO CÁRDENAS
DOBLADORA DE TUBOS
SISTEMAS Y MAQUINAS DE FLUIDOS
ALUMNO: LUIS ANGEL NUÑEZ PANTALEON
INGENIERÍA ELECTROMECANICA
CATEDRATICO: ING. JORGE SALAZAR ROCHA
CD. LAZARO CARDENAS MICH. 07 DIC. 2008
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I E
BJE IV S«««««««««««« S««««««««««««««««««« «««««««««««««« «««««««.. .. Pág. 3 ARC E RIC ««««««« ««««««««««« ««««««« «««««« ««««««« «««««.. «...«Pá .«Pág. g. 4 I
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DISE DE VI AS Y C SIS SIS E A HIDRÁ HIDRÁ H JA DE CA C C
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E IV S En las gases de salida de un motor de combustión interna se busca que lo gases no perjudiquen la visión del conductor del automóvil para eso se realizo un sistema a base de tubos que dirija estos gases hacia la parte trasera del mismo. Por la forma distinta de cada automóvil en su parte inferior y por los diferentes tipos de motores de combustión que utilizan(en ³v´ o en línea), se busco desarrollar una maquina que permitiera realizar varios dobleces de diferentes ángulos para poder direccionar los gases hacia la parte trasera del automóvil. Además poder observar como trabaja y los fenómenos que se están presentando en cada una de las piezas que conforman la maquina dobladora de tubos.
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MARCO EORICO
Desde la creación el hombre ha estado empeñado en multiplicar su fuerza física. Inicialmente se asocio con otros para aplicar cada uno su fuerza individual a un solo objeto. ambién el hombre al lado del desarrollo de los dispositivos mecánicos, empezó desde muy temprano la experimentación de la utilización de recursos naturales tan abundantes como e l agua y el viento. a rueda hidráulica y el molino de viento Son preámbulos de mucho interés para la historia de los sistemas con potencia fluida, pues familiarizaron al hombre con las posibilidades de los fluidos para generar y transmitir energía y le enseñaron en forma empírica los rudimentos de la Hidromecánica y sus propiedades. a primera bomba construida por el hombre fue la jeringa y se debe a los antiguos egipcios, quienes la utilizaron para embalsamar las momias. alileo en 1612 elaboro el primer estudio sistemático de los fundamentos de la Hidrostática. n alumno de alileo, torriceli, enunció en 1643 la ley del flujo libre de líquidos a través de orificios. Construyo El barómetro para la medición de la presión atmosférica. Blaise Pascal, fue uno de los grandes científicos y matemáticos del siglo XVII. Fue responsable de muchos descubrimientos importantes, como: a formulación de la ley de la distribución de la presión en un líquido contenido en un recipiente. Se conoce esta, como ley de Pascal. A Isaac ewton, además de muchas contribuciones a la ciencia y a las matemáticas, se le debe en ecánica de Fluidos: El primer enunciado de la ley de fricción en un fluido en movimiento. a introducción del concepto de viscosidad en un fluido. os fundamentos de la teoría de la similaridad hidrodinámica. Estos, sin embargo, fueron trabajados aislados de los cuales resultaron leyes y soluciones a problemas no conexos. Hasta la mitad del siglo XVIII no existía aun una ciencia integrada sobre el comportamiento de los fluidos. os fundamentos teóricos de la ecánica de Fluidos como una ciencia se deben a Daniel Bernoulli y a eonard Euler en el siglo XVIII. Daniel Bernoulli, perteneció a una famosa familia suiza en la cual hubo once sabios celebres, la mayoría de ellos matemáticos o mecánicos. ran parte de su trabajo se realizo en San Petersburgo, como miembro de la academia rusa de ciencias. En 1738 en su "Hidrodinámica", formulo la ley fundamental del
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movimiento de los fluidos que da la relación entre presi ón, velocidad y cabeza de fluido. eonard Euler, también suizo, desarrollo las ecuaciones diferenciales generales del flujo para los llamados fluidos ideales (no viscosos). Esto marco El principio de los métodos teóricos de análisis en la ecánica de Fluidos. A Euler se le debe también la ecuación general del trabajo para todas las maquinas hidráulicas rotodinamicas (turbinas, bombas centrifugas, ventiladores, etc.), además de los fundamentos de la teoría de la flotación. En 1985, después de 135 años de la formulación de la ley de Pascal, J oseph Bramah, construyo en Inglaterra la primera prensa hidráulica. Esta primera prensa utilizaba sello de cuero y agua como fluido de trabajo. El accionamiento se realizaba por medio de una bomba manual y no superaba los 10 bares de presión. Sin embargo, la fuerza desarrollada por ella fue algo descomunal e inesperada para el mundo técnico e industrial de entonces. En el periodo siguiente, al final del siglo XIX y principios del XX, se tomó en cuenta la viscosidad y la teoría de la similaridad. Se avanzó con mayor rap idez por la expansión tecnológica y las fuerzas productivas. A este período están asociados los nombres de eorge Stokes y de sborne Reynolds. En la Hidráulica contemporánea se deben mencionar a: uidwig Prandtl, heodor Von Karman Y Johan ikuradse. os dos primeros por sus trabajos en Aerodinámica y ecánica de Fluidos que sirvieron para dilucidar la teoría del flujo turbulento; el último sobre flujo en tuberías. En 1930 se empezaron a construir las bombas de paletas de alta presión y se introdujeron los sellos de caucho sintético. Diez años después los servomecanismos electrohidráulicos ampliaron el campo de aplicación de la oleohidráulica (rama de la hidráulica que utiliza aceite mineral como fluido). Desde los años sesenta el esfuerzo investigativo de la industria y las entidades de formación profesional ha conducido hasta los sofisticados circuitos de la hidráulica.
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RODUCCION AL SIS EMA
IDRAULICO
El sistema más destacado que conforma la dobladora de tubos es sin duda el sistema hidráulico ya que su función es esencial para realizar el trabajo. a carrera del vástago del cilindro no debe ser muy larga ya que la distancia entre el tubo a doblar y el dado(elemento doblador) no es muy larga, claro esto depende la dimensión del tubo a doblar y como el diámetro máximo del tubo a doblar es de 3 pulg. Por lo tanto la no es necesario un cilindro de arrera larga. El cilindro hidráulico lleva una válvula de compuerta de la cual salen dos líneas que van conectadas al pistón de doble efecto que se encuentra visible en la parte superior de la maquina, se le inyectara aceite a una determinada presión que será suministrado por una bomba. Calculo de la uerz a de Empuje.
as figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistón y vástago trabajando dentro de la camisa de un cilindro. El fluido actuando sobre la cara anterior o posterior del pistón provoca el desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a través del vástago. El desplazamiento hacia adelante y atrás del cil indro se llama "carrera". a carrera de empuje se observa en la Fig.6-2A y la de tracción o retracción en la Fig. 6-2B. a presión ejercida por el aire comprimido o el fluido hidráulico sobre el pistón se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo.
o Velocidad del cilin dr La
velocidad de un cilindro hidráulico es fácil de calcular si se emplea una bomba de desplazamiento positivo. En la figura 6 -5 mostramos un ejemplo típico, con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro. eniendo el área del pistón de 78 para encontrar la velocidad primero convertiremos los litro en por minuto es decir: 40 x 1000= 40,000 /min. Luego dividimos entre el área del pistón obteniendo así la velocidad.
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INTRODUCCION A VI AS Y COLUMNAS
Cuando un cuerpo relativamente esbelto soporta cargas que están aplicadas verticalmente a su eje longitudinal, el miembro se denomina viga. Cualquier miembro, ya se parte de una maquina, o una trabe en un puente o un edificio, que se flexiona bajo la aplicación de las carg as se llama viga. Las
columnas son miembros estructurales esbeltos cargados axialmente en compresión, si un miembro a compresión mas bien esbelto, puede fallar por flexión o deflexionarse en forma lateral en vez de por compresión directa del material. Este comportamiento se puede evidenciar en una regla de plástico o algún otro objeto esbelto. Cuando hay una flexión lateral decimos que la columna se a pandeado. Bajo una carga axial creciente, las deflexiones laterales también aumentan y la columna termina p or fallar por completo. Se presentaran las vigas y columnas que serán tratadas para el desarrollo del proyecto tomando en cuenta todas las cargas a las que serán sometidas estos elementos por las fuerzas externas (peso del pistón) e internas (peso propio d el elemento), también los momentos de inercia a los que serán sometidos.
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DISEÑO DE VI AS Y COLUMNAS
Las
siguientes especificaciones fueron obtenidas de tablas del libro de ECA ICA DE A ERIALES A R: FI ERALD.
Acero bajo contenido de carbón Esfuerzo de fluencia ódulo de elasticidad
Estos parámetros serán para todas las vigas y columnas. Primero se van a determinar los momentos de inercia, de acuerdo a las dimensiones requeridas de las vigas y columnas, para posteriormente determinar lo esfuerzos a los que serán sometidas.
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Consultando las tablas obtenidas en base a internet de la industria de perfiles aceros del pacifico para las vigas (estructurales P R) se obtuvieron las siguientes especificaciones: Área transversal=1.4
Peso por metro=1.62 x-x=1.34
I
=372.28 =1 L
=÷4=(372.28)(1)÷4=93.07 , donde c= 0.0125 Entonces si = Por lo tanto
=
=86819029.85
Ahora para las vigas de 50 cm W=372.28 L,=.5m
=÷4=(372.28)(.5)÷4=46.535 =43409514.93 Por lo tanto = ING. ELECTROMECANICA
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ES UERZO EN COLUMNAS Las
columnas son cualquier estructura que está sometida a compresión axial, en nuestro caso la compresión axial será provocada por el peso de la placa y el pistón serán los elementos que aporten la mayor compresión. Como ya se dijo anteriormente, también se usaran perfiles estructurales P R para las columnas obteniendo las siguientes especificaciones: Área transversal=1.18
x4=4.8
Peso por metro=1.62
=0.00978 y-y=1.34 =372.28 =1.2 I
L
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SISTEMA IDRAULICO omando en cuenta a la bomba y sus especificaciones como el caudal, se llevara a cabo el cálculo hidráulico para la determinación de las presiones, perdidas y las diferentes velocidades dentro de la tubería y así mismo dentro del pistón. Con estas consideraciones nos basaremos para poder elegir lo bomba que mas nos convenga. Cabe mencionar que el pistón fue elegido del catalogo de R E H ELD el cual nos dio las especificaciones que aquí se manejan. Primero sabemos que nuestro pistón no debe de ir muy rápido ya que si así lo fuera los tubos no quedarían con el ángulo de dobles deseado por lo tanto obtendremos los datos de caudal con la siguiente formula:
Por lo tanto tendríamos que P = si =7.79
Y la velocidad será de .4m por minuto es decir de .66cm por segundo entonces P =(15.84pulg/min)(7.79
)/231=.481
P
Con lo datos que ye se tienen ahora se empieza a realizar las operaciones Para el calculo de lo anteriormente mencionado. Primero se comienza convirtiendo el caudal por que lo tenemos en galones por minuto y lo necesitamos en
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Como entonces Con el de la tubería nos da el área= Sabiendo que se obtiene que
Calculando el número de reynold´s
Como ya se tiene reynold´s se deduce el coeficiente de fricción
Ahora se van a considera las perdidas tanto en la descarga como en la succión. Perdidas en succión:
H =k si k=1.2 H =3.5 H =.406+3.5 =.409 m Con la formula de bernoulli Como el punto 1 se tomara de referencia por lo tanto ; y no existe presión en el deposito
Esto es de succión.
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Perdidas en la primera descarga:
H k =(1.2)( conexión para la bomba
H k =(1)( conexión del pistón H =.195+ + =.201m
Como las velocidades son iguales y
Para conocer la presión que se debe tener en el pistón hacemos
Donde P sera la fuerza necesaria para doblar el tubo considerando el tubo de 3 pulgadas ya que es el diámetro mayor que puede manejar la maquina.
; S= ; =
; C=
Igualando ecuaciones nos da que
=
como =
Por lo tanto
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F=
P=
=17950.1
= =3938301.18 Pa =
Entonces
por lo tanto
(472.3+.55+.201)(850)(9.81)=3944563.39 Como también se tiene una descarga del pistón hacia el tanque calculamos esta presión con sus debidas perdidas
omamos de referencia el punto 2, por lo tanto
Se hace la sumatoria 4272.82+3944563.39+4001166.64 =7950002.88
Para la potencia de la bomba
Consideraciones de la bomba
Bomba de desplazamiento positivo
otor
;
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DI UJOS DE AUTOCAD CON COTAS
Esta es la vista superior donde se puede observar el pistón, las mangueras de alta presión el dado doblador que esta sujeto al vástago del pistón y la placa que sujeta a los rodillos dobladores.
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Esta es la vista la vista derecha aquí se observan mejor los rodillos dobladores, el sistema hidráulico y la mesa donde esta montado, también se aprecia la parte trasera del motor y el tanque de almacenamiento, la caja de control que se encuentra en la esquina superior izquierda para que el operador de la maquina visualice los doblados de los tubos.
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Esta es la vista frontal aquí se puede ver como el elemento doblador junto con los rodillos dobladores forman círculos del tamaño de la tubería.
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CONCLUSION
Para poder realizar este tipo de maquinaria se tiene que tomar en cuenta formulas de diseño ya que la utilizadas no darán la forma precisa en como trabajara la maquina, los cálculos que aquí se llevaron acabo son un poco rudimentarios ya que la investigación debe llegar mas a fondo. Al introducirnos en vigas y columnas se toma un poco a la ligera ya que es muy difícil percibir el peso real del pistón y de la placa, estos valores que se dieron son aproximados por lo tanto los cálculos también lo son. Como también nos dimos cuenta no se tomaron varios factores como la temperatura a la que debe de trabajar la bomba, las formas de conexión entre la bomba y el pistón, etc. El llevar acabo el diseño de una maquina hidráulica no es nada fácil y que se necesita tener mucho conocimiento de varias materias, lo que aquí se presento fue solamente un calculo básico, pero sin duda la base con la que se podría continuar su desarrollo.
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I LIOGRAFI A
MECANICA DE MATERI ALES
A R: FI ERALD EDI RIAL: ALFA E A MANUAL DE FORMULAS TECNICAS
A R: IECK EDI RIAL: ALFA
E A
ACEROS DEL P ACIFICO
E PRESA DE PERFILES ROEMHELD
CA ALOGO DE PIS
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