UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR Facultad de Ingeniería Automotriz
TESIS DE GRADO PARA LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERO EN MECANICA AUTOMOTRIZ
Diseño e Implementación de un Elevador Electro-hidráulico de dos Columnas para Vehículos Livianos
Ramiro Patricio Nájera Arias Geovanny Rodrigo Jarrín Gallardo
Director: Ing. Edwin Puente 2011 Quito, Ecuador
CERTIFICACIÓN Nosotros, GEOVANNY RODRIGO JARRÍN GALLARDO y RAMIRO PATRICIO NÁJERA ARIAS, declaramos que somos los autores exclusivos de la presente investigación y que ésta es original y auténtica. Todos los efectos académicos y legales que se desprendan de la presente investigación serán de nuestra exclusiva responsabilidad.
Geovanny Jarrín G. CI: 1716633340
Ramiro Nájera A. CI: 1720571676
Yo, ING. EDWIN PUENTE, declaro que, en lo que yo personalmente conozco, los señores, GEOVANNY RODRIGO JARRÍN GALLARDO y RAMIRO PATRICIO NÁJERA ARIAS, son los autores exclusivos de la presente investigación investigación y que ésta es original, original, auténtica y personal suya. suya.
Ing. Edwin Puente Director
CERTIFICACIÓN Nosotros, GEOVANNY RODRIGO JARRÍN GALLARDO y RAMIRO PATRICIO NÁJERA ARIAS, declaramos que somos los autores exclusivos de la presente investigación y que ésta es original y auténtica. Todos los efectos académicos y legales que se desprendan de la presente investigación serán de nuestra exclusiva responsabilidad.
Geovanny Jarrín G. CI: 1716633340
Ramiro Nájera A. CI: 1720571676
Yo, ING. EDWIN PUENTE, declaro que, en lo que yo personalmente conozco, los señores, GEOVANNY RODRIGO JARRÍN GALLARDO y RAMIRO PATRICIO NÁJERA ARIAS, son los autores exclusivos de la presente investigación investigación y que ésta es original, original, auténtica y personal suya. suya.
Ing. Edwin Puente Director
AGRADECIMIENTO Agradezco a mis padres por su apoyo incondicional a lo largo de toda mi vida, por sus consejos, consejos, su tolerancia y paciencia. A mis hermanos porque junto a ellos hemos tenido logros, tropezones, altos y bajos y a pesar de de todo hemos salido salido adelante juntos. juntos. A mis maestros por transmitirme sus conocimientos y brindarme su amistad. Al Ing. Edwin Puente que gracias a su apoyo y a su paciencia hemos sacado a flote este proyecto. A Geovanny por su predisposición al trabajo hizo posible en gran parte la culminación exitosa de nuestro proyecto de grado Ramiro
Agradezco a mis padres quienes a lo largo de toda mi vida han apoyado y motivado mi formación académica, creyeron en mí en todo momento y no dudaron de mis habilidades. A mis profesores a quienes les debo gran parte de mis conocimientos, gracias a su paciencia y enseñanza. Al Ing. Edwin Puente por su apoyo y ayuda, y finalmente a Ramiro por su constante ayuda en la realización de este proyecto. Geovanny
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DEDICATORIA Dedico este proyecto en primera instancia a mis padres, ya que sin su apoyo no hubiese sido posible la culminación exitosa de mi carrera profesional, por estar junto a mí en los buenos y malos momentos A mis hermanos para que sigan adelante y logren alcanzar todas las metas que se propongan A mis amigos con los cuales he compartido gran parte de mi vida y con los que hemos vividos experiencias que quedaran por siempre guardadas en mi memoria y mi corazón En fin dedico el presente proyecto a todas las personas que en su momento me brindaron su amistad y apoyo Gracias a todos Ramiro
Dedico este proyecto a mis padres y a mi hermana. A mis padres, quienes a lo largo de mi vida han velado por mi bienestar y educación siendo mi apoyo en todo momento. Depositando su entera confianza en cada reto que se me presentaba sin dudar ni un solo momento en mi capacidad, y finalmente a mi hermana que siempre ha estado en todo momento para brindarme su apoyo y confianza. Geovanny
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INDICE GENERAL AGRADECIMIENTO ............................................................................................................. i INDICE GENERAL .............................................................................................................. iii INDICE DE TABLAS ........................................................................................................... vi
SÍNTESIS ............................................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN ELEVADOR ELECTROHIDRÁULICO DE DOS COLUMNAS. ............................................................................... 4 1.1.
Descripción del elevador electro-hidráulico de dos columnas. ............................... 4
1.2.
Principio de funcionamiento del elevador ............................................................... 6
1.2.1.
Mecánica de fluidos .......................................................................................... 7
1.2.2.
Principio de pascal ............................................................................................ 7
1.3.
ELEMENTOS HIDRÁULICOS.............................................................................. 9
1.3.1.
Bombas ............................................................................................................. 9
1.3.2.
Fluidos hidráulicos ......................................................................................... 13
1.3.3.
Cilindros hidráulicos ...................................................................................... 18
1.3.4.
Válvulas .......................................................................................................... 21
1.3.5.
Electroválvulas ............................................................................................... 25
1.4.
Control ................................................................................................................... 26
1.4.1.
Control manual ............................................................................................... 26
1.4.2.
Control eléctrico ............................................................................................. 26
1.5.
Columnas ............................................................................................................... 26
1.5.1.
Empotramiento o fijación ............................................................................... 27
1.5. Vigas de soporte......................................................................................................... 28 iii
1.5.1.
Cargas, apoyos y tipos de vigas. ..................................................................... 28
1.5.3.
Fuerza cortante. .............................................................................................. 30
1.5.4. Momento flexionante. ......................................................................................... 30 1.6.1. Cadenas. .............................................................................................................. 32 1.6.2. Poleas. ................................................................................................................. 36 1.6.1. 1.7.
Elementos eléctricos. ............................................................................................. 40
1.7.1. 1.8.
Cables. ............................................................................................................ 37
Motor Trifásico. .............................................................................................. 40
Soldaduras. ............................................................................................................. 40
1.8.1.
Tipos de Soldadura. ........................................................................................ 41
CAPITULO 2.- DISEÑO DEL ELEVADOR ELECTRO-HIDRÁULICO. ........................ 44 2.1. Parámetros de diseño. ................................................................................................ 44 2.2. Cálculos del desarrollo del material........................................................................... 45 2.2.1. Relaciones entre cargas esfuerzos y deformaciones. .......................................... 45 2.3. Cargas. ....................................................................................................................... 46 2.4. Cálculo y análisis general de la estructura. ................................................................ 47 2.4.1. Carga critica de un soporte largo y esbelto ......................................................... 47 2.4.2. Cálculos de las columnas .................................................................................... 51 2.4.3. Análisis estático de los brazos ............................................................................. 59 2.5. Diseño y selección de elementos hidráulicos ............................................................ 73 2.5.1. Diseño del cilindro. ............................................................................................. 73 2.5.2. Diseño del vástago del cilindro. .......................................................................... 76 2.5.3. Selección de la Unidad de Potencia. ................................................................... 80 2.5.4. Selección de accesorios hidráulicos. ................................................................... 84 iv
2.5.5. Selección de las uniones de circuitos hidráulicos. .............................................. 85 2.6. Uso de software sap2000 versión 12 ......................................................................... 87 2.6.1. Ingeniería del proyecto. ....................................................................................... 87 2.7. CONCLUSIÓN........................................................................................................ 100
CAPITULO 3. MONTAJE DEL ELEVADOR ELECTRO – HIDRÁULICO ................. 101 3.1. Manual de instalación del elevador electro – hidráulico ......................................... 101 3.1.1. Instrucciones de instalación .............................................................................. 101 3.1.2. Colocación de los pernos de fijación ................................................................ 102 3.2. Normas de seguridad ............................................................................................... 109
CAPITULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................ 111
SIMBOLOGÍA ................................................................................................................... 113 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 116 ANEXOS ............................................................................................................................ 117 PLANOS............................................................................................................................. 131
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INDICE DE TABLAS Tabla 1: Clasificación de las bombas ............................................................................................ 10 Tabla 2: Coacciones y grados de libertad según los apoyos-empotramientos. apoyos-empotramientos. ................................ 30 Tabla 3 : Tamaño de cadena por rodamiento ................................................................................. 34 Tabla 4 : Propiedades del electrodo............................................................................................... 42 Tabla 5: Propiedades del proceso de soldadura .............................................................................. 42 Tabla 6 : Parámetros para soldar. .................................................................................................. 42 Tabla 7 : Aplicaciones y propiedades mecánicas del ACERO A588 .............................................. 46 Tabla 8 : Propiedades de la sección de las columnas ..................................................................... 52 Tabla 9: Propiedades de la sección de los brazos ........................................................................... 59 Tabla 10 : Datos para cálculo del cable. ........................................................................................ 70 Tabla 11 : Cable normal para elevación. ....................................................................................... 70 Tabla 12 : Diámetro de poleas según el cable. ............................................................................... 71 Tabla 13: Caracteísticas Motor Eléctrico ....................................................................................... 82 Tabla 14 : Catálogo de Mangueras Hidráulicas. ............................................................................ 85
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Síntesis Un elevador electro-hidráulico es un sistema diseñado para la elevación de vehículos, el cual tiene la finalidad de brindar todas las facilidades a las personas que realizan tareas de mantenimiento y reparación automotriz. Es importante destacar a breves rasgos rasgos las funciones y métodos de seguridad que brinda un elevador electro-hidráulico como son: brazos del elevador, tacos regulables, pistones, dispositivo de apoyo mecánico y desbloqueo mecánico y sus dispositivos de seguridad. Esto ayudara a la comprensión del funcionamiento de algunos elementos básicos en el elevador. El principio básico de un elevador electro-hidráulico se basa en que el trabajo necesario para mover un objeto es el producto de la fuerza por la distancia que recorre el objeto. El elevador hidráulico utiliza un fluido incompresible para transmitir la fuerza, por lo que la mecánica de fluidos nos permitirá dimensionar y seleccionar dispositivos que funcionan con líquidos. El fundamento del elevador hidráulico es el principio de pascal el cual dice que la presión aplicada en un punto de un líquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo. Los elementos hidráulicos son aquellos que funcionan al circular por ellos una corriente de aceite, estas son partes esenciales dentro del sistema del elevador por lo que se dará a conocer sus definiciones, clasificación y descripción de cada elemento como son: bombas, cilindros hidráulicos, los aparatos y accesorios hidráulicos.
1
Los elementos mecánicos dentro del sistema del elevador son de metal que constituyen los elementos de la maquina, dentro de los elementos mecánicos que forman parte del elevador se encuentran tres que son los impulsores de cadena, cad ena, poleas y cables.
Diseño La Hidráulica es la aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, para construir dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. El diseño del elevador electro-hidráulico está basado en este principio para aprovechar toda la ventaja mecánica que nos brinda un sistema hidráulico. Tomando en cuenta distintos elementos como capacidad máxima, altura, ancho del equipo, tiempo de ascenso y voltajes de alimentación el elevador electro-hidráulico será diseñado en base a las necesidades anteriormente descritas, llevándolo a su construcción basados en los cálculos del desarrollo desarro llo del material. Para el diseño del elevador electro-hidráulico se debe tomar en cuenta factores como la resistencia del material a utilizar, determinando los esfuerzos realizados, las cargas máximas permitidas, las deformaciones a las que pueden estar sometidos los distintos materiales y finalmente un cálculo exhaustivo de soldaduras. Se utiliza un programa en lo posible que soporte formatos 3D para analizar esfuerzos y puntos críticos en la estructura construida.
Construcción. Trata de la utilización de los materiales aptos para la construcción del elevador electro-hidráulico, siendo necesario el estudio de estos individualmente y en grupo optando siempre por los materiales de mejor rendimiento y máxima seguridad.
2
Sera necesario analizar las características del material utilizado para la construcción del elevador, tomando en cuenta resistencias y tolerancias de este para garantizar su correcto funcionamiento.
Para la soldadura se deberá hacer un análisis de la mas solida y durable, para esto recurriremos a estudiar las ventajas y desventajas que cada una nos brinda, recurriremos además a la opinión de un experto en soldadura para determinar cuál es la más beneficiosa ya en la práctica.
Para la determinación de caudal y obviamente la selección de la bomba se realiza cálculos de tiempos de elevación, diámetros de cilindro, carreras.
Manual de instalación y mantenimiento. Es muy importante crear un manual de instalación que indique paso a paso la instalación teniendo en cuenta ámbitos como son el lugar de instalación, colocación de pernos, conexión de mangueras, cables, etc. Como también se proporcionara un manual de mantenimiento con recomendaciones de chequeos previos al funcionamiento y durante del mismo para lograr un mejor funcionamiento y durabilidad.
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CAPÍTULO 1.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN ELEVADOR ELECTRO-HIDRÁULICO DE DOS COLUMNAS. 1.1.
DESCRIPCIÓN DEL ELEVADOR ELECTRO-HIDRÁULICO DE DOS COLUMNAS.
Figura 1.1 Elevador electro-hidráulico 1
El funcionamiento del elevador electro-hidráulico está basado en el principio de Pascal. El elevador de dos columnas es fijo, es decir anclado al suelo y su finalidad es brindar todas las facilidades para realizar prácticas en menor tiempo y menor esfuerzo físico.
1
FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf
4
El elevador está compuesto, principalmente por:
o
Estructura fija
Está constituida por dos columnas de acero en cuya base está soldada una plancha con agujeros, la cual sirve para fijar en el suelo el elevador. En el interior de cada columna se encuentran los objetos móviles del elevador y a un costado el cuadro de comandos. En la parte superior se encuentra un travesaño superior que mediante tornillos conecta las columnas.
o
Estructura móvil
La estructura móvil lo constituye un carro de acero, conectada en la parte superior del cilindro hidráulico y en la parte inferior conectada a los brazos de elevación. El denominado carro se moviliza a lo largo de la columna. También lo constituyen dos brazos telescópicos de los cuales uno es largo y otro corto, construidos en un tubo de acero y que en su extremo porta un platillo regulable en altura para agarre del vehículo.
o
Grupo de elevación Las partes que forman el grupo de elevación son: los cilindros hidráulicos, un motor eléctrico de mando, una bomba hidráulica, válvulas de seguridad, válvula de presión máxima, un deposito de aceite, un tubo de envió y recuperación de aceite. 5
o
Caja de mando
La caja de mandos es la que se encargara de regular la altura que el técnico o estudiante desee para la realización de la práctica en el vehículo.
1.2.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL ELEVADOR
El elevador electro-hidráulico está basado en el principio de que el trabajo que es necesario para mover un objeto es el producto de la fuerza por la distancia que recorre el objeto, utilizando un fluido incompresible que es el encargado de transmitir la fuerza, permitiendo que una pequeña fuerza aplicada a lo largo de una gran distancia tenga el mismo efecto que una gran fuerza aplicada a lo largo de una distancia menor.
Figura 1.2 Principio de Funcionamiento 2
2
FUENTE: http://www.galeon.com/home3/ciencia/hidraulica.html
6
Esto hace que al emplear una pequeña bomba pueda levantar un gran peso como es el peso de un automóvil.
1.2.1. Mecánica de fluidos
La mecánica de fluidos es una rama de la física encargada de estudiar la acción de los fluidos. Un fluido es toda sustancia que no puede mantener una deformación, esta descripción se refiere a la forma en que un material reacciona a fuerzas externas, y esto aplica a gases como a líquidos. De acuerdo a nuestra necesidad adoptaremos un líquido que será primordial para el funcionamiento del elevador electro-hidráulico. Cuando un fluido se encuentra en reposo, este ejerce una fuerza perpendicular sobre cualquier superficie que este en contacto con él, como puede ser las paredes de un recipiente o la superficie de un cuerpo que este sumergido en el fluido. Las aplicaciones de los sistemas óleos dinámicos se centran en el diseño de activadores y prensas.
1.2.2.
Principio de pascal
El fundamento del elevador electro-hidráulico es el principio de Pascal que dice que la presión aplicada en un punto de un liquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo. Este principio, se obtiene en base a importantes investigaciones del físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662). El elevador hidráulico consiste en un pistón con una sección transversal A1 que ejerce una fuerza F1 sobre una superficie de un líquido incompresible (aceite). La presión 7
ejercida por el pistón sobre el fluido es P = F1 / A1 y se transmite a través de un tubo en forma de U que conecta a un gran pistón de sección transversal A2.
P = F/ A 3
(1-1)
Donde
P = Presión del fluido en el cilindro (N/m2) F = Fuerza (N) A = Área interior del cilindro (m2)
Cuando se ejerce una F1 sobre el embolo de menor sección A1, la presión p1 que se origina en el liquido incompresible con él se transmite íntegramente y de forma instantánea a todo el resto del liquido; por tanto la presión P2 que ejerce el liquido sobre el embolo de mayor área será igual. Entonces:
P1 = P2
(1-2) (1-3)
Por lo tanto la fuerza aplicada en F2 será mayor que F1, debido a que si la sección A2 es treinta veces mayor que la A1 la fuerza F1 aplicada sobre el embolo pequeño se ve multiplicada por treinta en el embolo grande. 3
FUENTE: Claudio Mataix, Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas, España Madrid, 1986 Pag. 581
8
Este fenómeno es claramente utilizado en gatos hidráulicos, elevadores y dentro de la rama automotriz en los frenos de un automóvil, donde una fuerza relativamente pequeña aplicada al pedal se multiplica para transmitir una fuerza grande a la zapata del freno.
1.3.
ELEMENTOS HIDRÁULICOS
Los elementos hidráulicos son aquellos que funcionan al circular por ellos una corriente de aceite, estas son partes esenciales dentro del sistema del elevador por lo que se dará a conocer sus definiciones, clasificación y descripción de cada elemento como son: bombas, cilindros hidráulicos y accesorios hidráulicos.
1.3.1. Bombas
La bomba es un elemento hidráulico el cual absorbe energía mecánica que por lo general proviene de un motor eléctrico, térmico, etc., y esta transforma en energía que le transfiere a un fluido como energía óleo dinámica la cual permite que el fluido se transporte de un lugar a otro.
9
1.3.1.1.
Clasificación de las bombas
Tabla 1: Clasificación
de las bombas
Clase
Tipo - Flujo axial - Flujo mixto
Roto dinámicas
Centrifugas
- Voluta - Difusor - Turbina - Leva y pistón
De embolo rotativo
- Engrane
(Rotativas)
- Lóbulo
Desplazamiento
- Tornillo
Positivo
- Acción directa - Potencia Alternativas
- Diafragma - Rotatoria – pistón
1.3.1.1.1.
Bombas centrífugas
Una bomba centrifuga está constituida por un conjunto de paletas rotatorias ubicadas dentro de una caja, cárter o carcasa. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza centrifuga. Estas bombas también conocidas como turbo bombas, tienen como 10
principio de funcionamiento la fuerza centrifuga, el elemento rotativo de la bomba se denomina impulsor, el diseño del impulsor puede forzar al liquido a salir en un plano perpendicular a su eje, dando una velocidad al liquido tanto axial como radial, es por esto que dentro de las bombas centrifugas existe de diferentes tipos como son: tipo flujo mixto y flujo axial como las más comunes.
Figura 1.3 Bomba Centrífuga 4
1.3.1.1.2.
Bombas de embolo rotativo
Las bombas de embolo rotativo están constituidas generalmente por una carcasa en el cual contiene engranajes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc. Estos operan diferente a la bomba centrifuga, la bomba centrifuga arroja el liquido mientras que la bomba rotatoria lo atrapa, y lo empuja descargando un flujo continuo. Este tipo de bombas se utiliza generalmente para líquidos viscosos, pero puede manejar casi cualquier líquido
4
FUENTE: Claudio Mataix, Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas, España Madrid, 1986 Pag. 573
11
que esté libre de sólidos abrasivos. Se lo considera una bomba de desplazamiento positivo ya que desplaza una cantidad constante de líquido generando grandes presiones.
Figura 1.4 Bomba rotativa (de engranes) 5
1.3.1.1.3.
Bombas Alternativas
Las bombas alternativas también conocidas como reciprocantes están dentro de la clasificación de bombas de desplazamiento positivo. Estas bombas descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. A diferencia de las bombas rotatorias o centrifugas que el flujo de descarga es continuo este tipo de bombas el flujo pulsa.
5
FUENTE: Claudio Mataix, Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas, España Madrid, 1986 Pag. 573
12
Figura 1.5 Bomba alternativa 6
1.3.2. Fluidos hidráulicos
Los fluidos hidráulicos son líquidos transmisores de potencia que se utiliza para transformar, controlar y transmitir los esfuerzos mecánicos a través de una variación de presión o de flujo. Generalmente los fluidos hidráulicos son usados en transmisiones automáticas de automóviles, frenos; vehículos para levantar cargas; tractores; niveladoras; maquinaria industrial; y aviones. Algunos fluidos hidráulicos son producidos de petróleo crudo y otros son manufacturados. Un fluido hidráulico de base petróleo usado en un sistema hidráulico industrial cumple muchas funciones críticas. Debe servir no sólo como un medio para la transmisión de energía, sino como lubricante, sellador, y medio de transferencia térmica. Además debe de maximizar la potencia y eficiencia minimizando el desgaste del equipo.
6
FUENTE: Claudio Mataix, Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas, España Madrid, 1986 Pag. 574
13
Un líquido satisfactorio para un sistema particular debe poseer diferentes propiedades como:
-
Viscosidad.- es una de las características más importantes, es una medida de la resistencia de un líquido al flujo. La viscosidad varía según la temperatura y presión, a mayor temperatura la viscosidad disminuye y a mayor presión este aumenta.
-
Poder lubricante.-
un fluido hidráulico para maquinas con movimiento entre
superficies en contacto tiene que tener la propiedad de lubricar, ya que la fricción tiende a oponerse al movimiento. Diversos líquidos, incluyendo los aceites, varían ampliamente no sólo en su capacidad de lubricación sino también en la resistencia de la película que esta deja al momento de fluir. El poder lubricante varía con los cambios de temperatura. Las cualidades de lubricación y de resistencia de la película se pueden mejorar mediante la adición de ciertos agentes químicos.
-
Estabilidad química.- es una característica importante al seleccionar un líquido hidráulico. Es la capacidad del líquido a resistir la oxidación y el deterioro por largos periodos. Todos los líquidos tienden a experimentar cambios desfavorables bajo condiciones de trabajo severas.
-
Acidez.- un líquido hidráulico debe estar libre de ácidos que causan corrosión de los metales en el sistema. Por lo general un líquido nuevo no presenta acidez pero con el uso este puede tender a ser corrosivo. 14
-
Punto de inflamación.- es la temperatura a la cual el líquido emite vapor en suficiente cantidad para encender momentáneamente. Es muy importante un líquido con un alto punto de inflamación ya que así proporciona una buena resistencia a la combustión y un bajo grado a la evaporación.
-
Tendencia a producir espuma.- la espuma es una emulsión de burbujas de gas en el líquido. Un líquido bajo alta presión puede contener un gran volumen de burbujas de aire. Cuando se despresuriza este líquido, y luego alcanza al depósito, las burbujas de gas en el fluido crecen y produce espuma. Esta espuma puede causar un mal desempeño de la bomba.
1.3.2.1.
Tipos de fluidos hidráulicos
A lo largo de la historia los tipos de fluidos hidráulicos han venido evolucionando y se han creado aleaciones para satisfacer el alto rendimiento y exigencias que necesita un equipo hidráulico, es así que a estos fluidos se los ha clasificado de la siguiente manera:
o
Agua:
Se utilizó hasta la segunda década del siglo XVII. Tiene los graves
inconvenientes de alta corrosión, punto de congelación, bajo de ebullición, ausencia de poder lubricante, nulas propiedades anti desgaste y extrema presión. Su uso fue sustituido por los aceites minerales.
15
o
Aceite mineral :
Los fluidos con estas bases son los más utilizados en
aplicaciones hidráulicas. Los aceites minerales poseen una buena relación viscosidad/temperatura (índice de viscosidad), baja presión de vapor, poder refrigerante, una compresibilidad baja, inmiscibilidad con agua, de satisfactorias o excelentes cualidades de protección, y no requieren especial cuidado respecto a las juntas y pinturas normalmente utilizadas. Además tienen buena relación entre calidad, precio y rendimiento.
o
Emulsión de aceite en agua:
también denominada emulsión directa, se trata de
una emulsión de aceite (3 al 15%) en agua. Tiene un costo muy bajo y excelentes propiedades de apagado de llama. Sus desventajas son: muy limitadas temperaturas de utilización, pobre resistencia de la película, dificultades con la corrosión, problemas de estabilidad de la emulsión y problemas de evaporación.
o
Emulsión de agua en aceite:
también denominada emulsión inversa, contiene
del orden de un 40% de agua. Tiene excelentes propiedades de apagado de llama y un costo bajo/medio, pero su temperatura de utilización es muy limitada, su poder lubricante medio, presenta problemas de evaporación de agua/estabilidad, y es un fluido no newtoniano.
o
Fluidos agua-glicol :
Son mezclas en disolución del 20 al 45% de agua y
etileno-propilen-glicol, con aditivos anticorrosivos y mejoradores antidesgaste. Tiene buena relación viscosidad/temperatura, muy buenas propiedades de 16
resistencia a la llama, excelente comportamiento a bajas temperaturas, y un costo que no es prohibitivo. Sin embargo, su temperatura de utilización está limitada por el agua, suele tener problemas de corrosión, presenta problemas de evaporación y separación de fases, y requiere frecuentes cuidados de mantenimiento.
o
Fluidos sintéticos no acuosos:
En la actualidad existen una gran variedad de
estos fluidos cada uno con sus características y propiedades muy diferentes. La elección de estos tipos de fluidos deberá hacerse teniendo en cuenta su alto precio, la posible reacción con juntas y materiales sellantes así como el ataque a pinturas e influencia fisiológica y ecológica/medio-ambiental
1.3.2.2.
Clasificación de la viscosidad de aceites SAE
De acuerdo con el sistema de clasificación de viscosidad SAE todos los aceites se dividen en dos clases: monogrado y multigrado:
o
Monogrado aceites hidráulicos
Los aceites hidráulicos monogrado son designados por un número (10, 20, 30, 40, etc.) El número indica el nivel de la viscosidad del aceite a una temperatura dada. Cuanto mayor
sea
el
número
de
grado,
mayor
es
la
viscosidad
del
aceite.
La viscosidad de los aceites hidráulicos designado con un único número, sin la letra "W" (SAE 10, SAE 20, SAE 30, etc.) se ha especificado a la temperatura de 212 ° F (100 ° 17
C). Estos aceites son aptos para su uso en ambientes con altas temperaturas. La viscosidad de los aceites hidráulicos designado con un número seguido de la letra "W" ( SAE 10W , SAE 20W, SAE 30W, etc.) se ha especificado a la temperatura de 0 ° F (-18 ° C). La letra "W" significa invierno. Estos grados se utilizan a bajas temperaturas ambientales.
o
La
Multigrado aceites hidráulicos
viscosidad
de
los
aceites
hidráulicos
pueden
ser
estabilizados
por polímero aditivos ( índice de mejoradores de viscosidad ). La viscosidad de los aceites como se especifica en tanto la temperatura alta y baja. Estos aceites son llamados multigrados y son designados por dos números y la letra "W" (SAE 5W30, SAE 10W20, SAE 10W30, etc.) El primer número de la denominación, especifica la viscosidad del aceite a temperatura fría, el segundo número indica la viscosidad del aceite a altas temperaturas.
Por ejemplo: aceite SAE 10W30 tiene una viscosidad baja temperatura similar a la del SAE 10W, pero tiene una viscosidad alta temperatura similar a la de aceite SAE 30. Los aceites multigrado hidráulica se utilizan en un amplio rango de temperaturas.
1.3.3. Cilindros hidráulicos
Los cilindros hidráulicos también conocidos como pistón, son los encargados de convertir la presión y movimiento del fluido hidráulico en fuerza y movimiento mecánico 18
en línea recta. El flujo del fluido dentro de un cilindro hace mover el pistón, la velocidad con que se mueva el pistón depende del caudal de fluido y de la superficie del embolo. La presión del fluido es la que determina la fuerza de empuje de un cilindro. La combinación de fuerza y recorrido produce trabajo, y cuando este trabajo es realizado en un determinado tiempo produce potencia.
Figura 1.6 Cilindro Hidráulico 7
1.3.3.1.
Tipos de cilindros hidráulicos
Los tipos de cilindros hidráulicos se definen por su sistema de desplazamiento, estos son:
·
Cilindro de simple efecto.- cilindro que proporciona una fuerza a tensión o a compresión según su aplicación y regresan a su posición inicial por medio de resorte o el propio peso del pistón.
·
Cilindro de doble efecto.- cilindro que entrega una fuerza a tensión y a compresión en ambos sentidos de su carrera.
7
FUENTE: Claudio Mataix, Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas, España Madrid, 1986 Pag. 580
19
·
Cilindro telescópico.- cilindro que está compuesto por varias secciones concéntricas que generan un recorrido mucho más largo que el tamaño cuando esta recogido.
En el presente trabajo se enfocara directamente en el cilindro de simple efecto, ya que es el que se empleara en el elevador electro-hidráulico.
1.3.3.1.1.
Cilindro de simple efecto
El cilindro de simple efecto aplica la fuerza solamente en una dirección, el fluido se aplica directamente en la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmosfera.
Figura 1.7 Cilindro de simple efecto
8
Después que el pistón ha completado su carrera de trabajo, el pistón es retornado a su posición original por la acción de un resorte o mediante gravedad u otro mecanismo mecánico, esto depende del diseño y las necesidades de uso.
8
FUENTE: Claudio Mataix, Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas, España Madrid, 1986 Pag. 580
20
El fluido actúa sobre el área neta del pistón por lo tanto para calcular la fuerza se debe considerar toda el área sobre el cual se está aplicando el fluido.
1.3.4. Válvulas
Para el presente proyecto se utilizara las siguientes válvulas: -
Válvula anti retorno
-
Válvula reguladora de presión
-
Válvula distribuidora (2/2)
-
Válvula reguladora de caudal
1.3.4.1.
Válvulas anti retorno
Las válvulas anti retorno impiden el paso en un sentido; en el sentido contrario, el aire circula con una pérdida de presión mínima. La manera de impedir puede obtenerse mediante un cono, una bola, un disco o una membrana. Existen varios tipos de válvulas anti retorno graficados en la figura 1.8.
Figura 1.8 Válvulas anti retorno 21
a. Válvula anti retorno. Paso del fluido en sentido 2-1. Flujo cortado cuando el origen está en 1. b. Válvula anti retorno. Flujo cortado en sentido 1-2 habrá paso si se pilota por 3. c. Conjunto de dos válvulas anti retorno a emplear en cilindros hidráulicos. Cuando se envía fluido a través de V A1, la válvula permitirá V A2 el paso del fluido 1´- 2´, al estar pilotada por 3´. d. Válvula anti retorno con presión limite regulada. Pasa fluido en sentido 1-2. No pasa fluido en sentido 1-2 mientras que no se supere la presión regulada. No pasa fluido en sentido 2-1. e. Válvula anti retorno con regulación de la presión máxima, a voluntad. Las válvulas 4 y 5 se utilizan como válvulas de presión máxima y también como válvulas de seguridad.
1.3.4.2.
Reguladores de caudal
Estas válvulas influyen sobre la cantidad de circulación, el caudal se regula en ambos sentidos de flujo. En la figura 1.9 se muestra los tipos de reguladores de caudal.
Figura 1.9 Válvulas reguladoras de caudal
1. Regulador de caudal. Símbolo general. 22
2. Regulador de caudal con posibilidad de regulación manual. 3. Diagrama reducción de la sección de la tubería en un punto dado para reducir el caudal de paso. 4. Regulador de caudal en una dirección. De 1 hacia 2. 5. Regulador de caudal unidireccional. De 1 hacia 2. 6. Reguladores de caudal de tres vías, con descarga del fluido sobrante a través de 3.
1.3.4.3.
Válvulas reductoras de presión
Las válvulas reductoras de presión son válvulas de asiento que estrangulan el paso del fluido, para conseguir a su salida una presión constante. En la figura 1.10 se encuentran los tipos de válvulas reductoras de presión.
Figura 1.10 Válvulas reductoras de presión
1. Válvula reductora de presión. Símbolo general. Permite regular la presión en la utilización. Es posible que no todos los aparatos funcionen con la misma presión,
23
por lo que será necesario reducir a reductores de presión para dar a cada receptor la presión que precise.
2. Válvula reductora de presión en un solo sentido. 3. Válvula reductora de presión que funciona de forma diferencial entre las presiones de 1 a 2.
1.3.4.4.
Válvulas de control de distribución
Estas válvulas son las encargadas de interrumpir, autorizar o controlar un fluido, como el operador así lo desee.
Figura 1.11 Válvula distribuidora 2/2 (2vías, 2 posiciones)
En la figura1.11 se observa la válvula distribuidora de 2 vias y 2 posiciones (2v/2p), (2/2)
Figura 1.12 Válvula distribuidora 3/2 (3 vías, 2 posiciones) 24
La válvula 3 vías 2 posiciones cambia la corriente del fluido. En esta válvula como su nombre lo indica, hay tres bocas de conexión o “vías”, la primera por donde entra la presión desde la bomba, la segunda que se comunica con el cilindro hidráulico y la tercera que es la conexión hacia el tanque o retorno. En la figura 1.12, se muestra un corte de una válvula de tres vías en las dos posiciones que trabajan A y B, en una de esas posiciones la corredera o husillo permite comunicar la puerta de entrada de presión con la salida del cilindro, mientras bloquea el retorno al tanque, en la segunda posición, bloquea ahora la entrada de presión y conecta el retorno a tanque con el cilindro. La posición se logra por una señal de mando, que puede ser, manual, mecánica, eléctrica, por piloto hidráulico o neumático, que al producirse provocan el deslizamiento del husillo al lado opuesto. Esta válvula se emplea para controlar el accionamiento de cilindros de simple efecto cuyo retorno se efectúa por la acción de un resorte a cargas exteriores que no requiere retorno hidráulico.
1.3.5. Electroválvulas Una electroválvula es una válvula electromecánica, esta es controlada mediante corriente eléctrica a través de una bobina solenoidal. Tienen dos partes fundamentales que son: el solenoide y la válvula. A diferencia de las válvulas mecánicas estas se accionan mediante energía eléctrica. El solenoide es el encargado de convertir la energía eléctrica en energía mecánica actuando directamente sobre la válvula proporcionando toda la energía necesaria para su movimiento. 25
1.4.
CONTROL El control de un elevador electro-hidráulico puede diferir en dos tipos: uno con
funcionamiento netamente manual y el otro asistido eléctricamente.
1.4.1. Control manual El control manual requiere el uso de las dos manos para activar el descenso del mismo, ya que requiere desactivar la seguridad manualmente evitando que esta se active cada cierto intervalo del descenso, pero eso no es una desventaja ya que muchas veces se requiere un descenso exacto, consiguiendo esto con este tipo de control.
1.4.2. Control eléctrico El control eléctrico es una unidad de mando para una sola mano en ambas columnas elevadoras, incorpora la retención de seguridad controlada eléctricamente; sus pulsadores de manejo son de gran sensibilidad. Y muy a parte en cuanto al funcionamiento especifico de elevador integrada una conexión eléctrica de 220 Voltios, preparada para la conexión de aire comprimid
o.
1.5.
COLUMNAS Una columna es una pieza estructural que soporta una carga axial por compresión y
tiende a fallar como resultado de inestabilidad elástica o pandeo más que por trituración de material. La inestabilidad elástica es aquella condición de falla en la deformación de la columna y no es lo suficiente rígida para mantenerla recta bajo la acción de la carga. 26
1.5.1. Empotramiento o fijación La manera en que se apoyan o sustentan ambos extremos de las columnas presenta una gran importancia debido a que según la manera de fijación dependerá como afecte la longitud efectiva. Las maneras de fijación son: atornillado, fija empotrada, empotrada libre y empotrada atornillada.
Figura 1.13 Constante de fijación en un extremo de una columna 9
La manera en que se apoyan o sustentan ambos extremos de la columna afecta la longitud efectiva, que se define como:
Le = L * K 10
9
FUENTE: Robert L Mott, Diseño de Elementos de Maquinas, 4 ta Edición, México, 2006 Pag 234
10
FUENTE: Robert L. Mott, Diseño de Elementos de Máquinas, 4ta Edición, México, 2006 Pag 233
27
(1-4)
Donde: L = Longitud de la columna (m) Le = Longitud efectiva (m) K = Constante de empotramiento
1.5. VIGAS DE SOPORTE.
1.5.1. Cargas, apoyos y tipos de vigas. Una viga es un miembro constructivo lineal que trabaja principalmente a flexión, sometido a cargas lineales a lo largo de su eje. Dichas cargas inducen esfuerzos cortantes en la viga provocando características de pandeo, teniendo además como consecuencia esfuerzos flexionantes. Las vigas pueden ser sometidas a distintos patrones de carga como:
a. Cargas concentradas. Las fuerzas concentradas o puntuales son aquellas que trabajan sobre un punto fijo, usualmente ubicado en la base de vigas colocadas verticalmente. Esta carga concentrada se la expresa en unidades de fuerza o de momento (N, lb, kgf, N*m, lb*pie, kgf*m, etc.).
Figura 1.14 Carga concentrada P 28
b. Cargas distribuidas.
La carga uniforme distribuida es aquella que es aplicada en una sección de la viga, dicha carga puede ser uniforme o variable. Esta carga esta expresada en unidades de fuerza sobre longitud en la que dicha fuerza esta aplicada (N/m, lb/pie, kgf/m).
Figura 1.15 Cargas Distribuidas W 11
1.5.2. Tipos de apoyos.
Por lo general ubicados en los extremos o cerca de ellos, los apoyos son los elementos que proporcionan estabilidad a la viga. Tenemos tres tipos de apoyos:
1.
Apoyo fijo o empotrado
2.
Apoyo de pasador
3.
Apoyo simple de rodillo
Figura 1.16 Tipos de Apoyos 12 11
FUENTE: inciarco.info/comunidades/showthread.php?t=760 FUENTE: www.monografias.com/trabajos82/temario-temas-selectos-fisica/temario-temas-selectos-fisica2.shtml
12
29
Tabla 2: Coacciones
y grados de libertad según los apoyos-empotramientos.13
Tipo
Desplazamiento Desplazamiento x y
Desplazamiento z
Reacción Reacción Reacción x y z
U
v
w
Rx
Ry
Mq
Apoyo Normal
0
0
1
1
1
0
Apoyo Articulado
0
0
0
1
1
0
Apoyo Rodillo
1
0
1
0
1
0
Apoyo Articulado- Rodillo
1
0
0
0
1
0
Empotre Normal
0
0
0
1
1
1
Empotre Articulado
0
0
0
1
1
0
Empotre Rodillo
1
0
0
0
1
1
Empotre Rodillo-Articulado
1
0
0
0
1
0
1.5.3. Fuerza cortante. Las fuerzas cortantes son fuerzas externas perpendiculares al eje de la viga, Esta fuerza se da cuando sobre un cuerpo actúan fuerzas iguales, con la misma dirección y sentido contrario. Dichas fuerzas están ubicadas en el mismo plano o en planos muy cercanos.
1.5.4. Momento flexionante. El momento flexionante está definido como la aplicación de cargas perpendiculares a la viga, dicho momento flexionante hace que la viga asuma una figura de pandeo equivalente a la suma de los momentos respecto del centro de gravedad de esa sección.
13
FUENTE: www.euskalnet.net/jmgomez/anesmef/anesmef1.html
30
1.5.4.1.
Deflexión en vigas
Para comprobar a los esfuerzos y momentos a los que una viga está sometida se calculará la deflexión máxima de uno de los extremos libres.
Figura 1.17 Vigas en voladizo14
Para el cálculo de deflexión en la viga.
(1-5)
Donde: F = Carga aplicada (N) 14
ra
FUENTE: Joseph Edgard Shigley, Diseño en ingeniería mecánica, 3 Edición, Pág. 848
31
R1 = Carga Reactiva (N) V = Fuerza cortante (N) l = Longitud de la viga (m)
I = Momento de inercia (m4)
1.6. ELEMENTOS MECÁNICOS.
1.6.1. Cadenas.
Una cadena es un elemento de transmisión flexible el cual nos permite transmitir potencias considerables, su construcción está basada en un conjunto de eslabones enlazados entre sí mediante pernos.
Sus principales características incluyen relaciones constantes de velocidad, permite además transmisión de fuerzas de tracción de magnitudes altas.
El tipo de cadena más común es la cadena de rodamientos, la cual su separación entre eslabones proporciona excepcionales fricciones entre la cadena y una rueda dentada.
32
Figura 1.18. Tipos de cadenas de eslabones 15
La clasificación de este tipo de cadenas esta dado básicamente en la separación de los eslabones o paso como se muestra en la Figura 1.19.
Figura 1.19 Sección de una cadena de rodillos 16
15
FUENTE: Robert L Mott, Diseño de Elementos de Maquinas, 4 ta Edición, México, 2006 Pag 284 16 FUENTE: Joseph Edgard Shigley, Diseño en ingeniería mecánica, 3 ra Edición, Pág. 815
33
Según normas internacionales ISO y DIM una cadena de rodamientos lleva designaciones estándares de diámetro, longitud y tolerancia para diversas aplicaciones tal y como se muestra en la siguiente Tabla 3
Tabla 3 : Tamaño de cadena por rodamiento 17 REFERENCIA
DIN/ISO
PASO
LONGITUD DE EJE
DIAMETRO DE RODILLO
ANCHO INTERIOR
DIAMETRO EJE
P
d1 máx
b1 min
d2 máx
L máx
mm.
mm.
mm.
mm.
mm.
ANCHO MALLAS
GROSOR DE MALLAS
PASO TRANSVERSAL
FUERZA DE TENSION TOTAL
FUERZA DE TENSION MEDIA
Lc máx
h2 máx
t/T máx
Pt
Q min
Qo
mm.
mm.
mm.
mm.
KN
KN
05B-2
8,00
5,00
3,00
2,31
13,90
14,50
7,10
0,80
5,64
7,8
10,2
06B-2
9,53
6,35
5,72
3,28
23,40
24,40
8,20
1,30
10,24
16,9
18,7
08B-2 12,70
8,51
7,75
4,45
31,20
32,20
11,80
1,60
13,92
32,0
38,7
10B-2 15,87
10,16
9,65
5,08
36,10
37,50
14,70
1,70
16,59
44,5
56,2
12B-2 19,05
12,07
11,68
5,72
42,00
43,60
16,00
1,85
19,46
57,8
66,1
16B-2 25,40
15,88
17,02
8,28
68,00
69,30
21,00
4,15/3,1
31,88
106,0
133,0
20B-2 31,75
19,05
19,56
10,19
77,80
81,50
26,40
4,5/3,5
36,45
170,0
211,2
24B-2 38,10
25,40
25,40
14,63
101,70 106,20
33,20
6,0/4,8
48,36
280,0
319,2
28B-2 44,45
27,94
30,99
15,90
124,60 129,10
36,70
7,5/6,0
59,56
360,0
406,8
32B-2 50,50
29,21
30,99
17,81
124,60 129,60
42,00
7,0/6,0
58,55
450,0
508,5
40B-2 63,50
39,37
38,10
22,89
154,50 161,50
52,96
8,5/8,0
72,29
630,0
711,9
48B-2 76,20
48,26
45,72
29,24
190,40 198,20
63,80
1,20
91,21
1000,0
1130,0
La trasmisión por cadena tiene un gran número de utilidades dentro de la industria ya sea automotriz, agrícola, maquinaria pesada y estacionaria.
Al ser comparada la transmisión por cadena con otras transmisiones de enlace flexible como las transmisiones por poleas y correa, la transmisión por cadena presenta varias ventajas como: 17
FUENTE: Robert L Mott, Diseño de Elementos de Maquinas, 4 ta Edición, México, 2006 Pag 284
34
a.
Dimensiones exter ior es son menores
b.
Ausencia de deslizamiento
c.
Alto rendimiento
d.
Pequeña magnitud de car ga sobre los ejes.
e.
Posibilidad de cambiar con facilidad su elemento flexible (cadena)
En cam bio, entr e las desventa jas de la tr ansmisión por cadena se encuentran:
a.
Tienden a producir ruido.
b.
R eq uieren de una adecuada y constante lubricación.
c.
Req uiere de una pr ecisa alineación dur ante el montaje y un constante mantenimiento.
El circuito que recorre la cadena dentro del sistema mecánico del elevador esta descrito a continuación. Figura 1.20
35
Figura 1.20 Representación de la cadena en el elevador 18
1.6.2. Poleas.
La polea es un instrumento mecánico de tracción o elevación, está formada casi siempre por una rueda con un carril en su centro montada en un eje, es el apoyo de una cuerda o cable que se desliza sobre ella sin dar una vuelta completa.
Básicamente tiene dos propósitos: cambiar la fuerza mediante cuerdas o transmitir un movimiento giratorio de un eje a otro; este movimiento sobre una polea fija no 18
FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf
36
proporciona ventaja mecánica, solo produce transmisión de fuerza cambiando la dirección y sentido a través de la cuerda.
Una polea móvil está sujeta al objeto y no a la viga, una polea móvil siempre es una palanca de segunda clase, que multiplica la fuerza ejercida al alar la cuerda, sin embargo hay que tirar de la cuerda una mayor distancia.
1.6.1. Cables.
Los cables metálicos son utilizados en la mayoría de actividades industriales debido a su gran eficiencia y su bajo costo, puede transmitir considerables fuerzas a grandes distancias. Dentro de la industria de arrastre, manipulación y sujeción de cargas se las encuentra en grúas, cabrestantes e incluso en el trasporte de personas, teleféricos, ascensores, etc. Es por lo antes mencionado que se debe conocer las características, tipos, condiciones de mantenimiento y manipulación para los cables metálicos.
1.6.3.1.
Tipos de cables metálicos.
El tipo de cable metálico de acero se fabrica en dos tipos:
a) Torcido Normal. Los alambres están torcidos en un mismo sentido para formar los cordones, y estos están torcidos en sentido contrario para formar el cable. Como se muestra en la Figura 1.21 37
Figura 1.21 Torcido regular 19
b) Torcido Lang
Los cables y los torones o nudos llevan la misma dirección. Los cables con Torcida Lang son ligeramente más flexibles y muy resistentes a la abrasión y a la fatiga; pero tiene el inconveniente de tenderse a destorcer.
Figura 1.22 Torcido Lang20
1.6.3.2.
Características de los cables.
Un cable metálico, de manera general puede estar compuesto por diversos cordones metálicos dispuestos helicoidalmente alrededor de un alma, que puede ser textil, metálica o mixta.
Esta unión es tal que se la considera como elemento único el momento de realizar su trabajo. A la vez un solo cordón puede estar compuesto por diversos alambres metálicos dispuestos helicoidalmente en una o varias capas. 19 20
FUENTE: Joseph Edgard Shigley, Diseño en ingeniería mecánica, 3ra Edición, Pág. 825 FUENTE: J oseph Edgard Shigley, Diseño en ingeniería mecánica, 3ra Edición, Pág. 825
38
La estructura de un cable se expresa en la práctica de forma abreviada, mediante una notación compuesta por tres signos, cuya forma genérica es: A x B + C
Siendo: A: El número de cordones B: El número de alambres de cada cordón C: El número de almas textiles.
Cuando el alma del cable no es textil o sea formada por alambres, se sustituye la última cifra C, por una notación entre paréntesis que indica la composición de dicha alma. Si los cordones o ramales del cable son otros cables, se sustituye la segunda cifra B por una notación entre paréntesis que indica la composición.
El coeficiente de seguridad de trabajo de un cable es el cociente entre la carga de rotura efectiva y la carga que realmente debe soportar el cable.
21
(1-6)
En el siguiente grafico se puede observar el movimiento del cable en el elevador electrohidráulico. 21
FUENTE: Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, España.
39
Figura 1.23 Esquema del cable elevador 22
1.7.
ELEMENTOS ELÉCTRICOS.
1.7.1. Motor Trifásico. El motor que incorpora el elevador electro-hidráulico de este proyecto en teoría genera una potencia de 2,95 HP, elevando 3200 kg en un tiempo estimado de 55 segundos.
1.8.
SOLDADURAS. La soldadura es un proceso en el cual dos metales son unidos por medio de calor y/o
presión y se define como la liga metalúrgica entre los átomos del metal a unir y el aporte. 22
FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf
40
Existen varios procesos de soldadura los que difieren la manera de aplicar calor o la energía para su unión. Para el presente proyecto se va a utilizar la soldadura continua MIC, MAC, los cuales se detalla a continuación.
1.8.1. Tipos de Soldadura.
1.8.1.1.
Soldadura por arco con gas protector (MIG, MAG).
La soldadura MIG se caracteriza porque su electrodo es de un metal que se utiliza como metal de aporte, por lo que este sistema es considerado como un proceso de soldadura continua. Las principales bondades de este proceso son la alta productividad y excelente calidad; en otras palabras, se puede depositar grandes cantidades de metal siendo la más utilizada para estructuras en general, por lo que resulta ideal para las soldaduras del presente proyecto.
Figura1.24 Soldadura MIG23
23
FUENTE:Pedro Claudio Rodríguez, Manual de soldadura, Editorial Alsina, Pág. 60
41
1.8.1.2.
Electrodo Para la soldadura MIG.
Tabla 4 : Propiedades del electrodo
ALAMBRE MIG PARA ACERO DE BAJO CARBONO ER 70 S-6 Norma: AWS ER70S-6 Análisis del metal depositado: C 0,1 % Si 0,90 % Mn 1,50 % Descripción : Alambre continuo cobrizado de acero micro-aleado Proceso: MAG (G.M.A.W)
Tabla 5: Propiedades del proceso de soldadura
MIG/MAG CO2
GAS DE PROTECCIÓN AGA MIX 20 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN 58-63 Kg/mm2 80000 psi
Aplicaciones: Para soldar acero dulce en toda posición, mediante proceso MIG, usando CO2. Utilizado en estructuras por lo general, maquinarias, bastidores de autos, puentes, muelles, torres, etc.
Tabla 6 :
PROCESO MAG (GMAW) Mm 0,8 CORTO CIRCUITO 0,9 1,0 1,2
Plg 0,03 0,035 0,04 0,045
Parámetros para soldar. AMPERAJE JE A 90-110 90-110 100-120 100-130
42
VOLTAJE JE V 15-21 16-22 17-22 17-22
FLUJO GAS lt/min 8-15 8-15 8-15 8-15
VELOCIDAD ALIMEN ALAM 500-860 400-760 310-630 250-560
Para soldar en posición vertical y sobre cabeza, reducir el amperaje un 10 a 15%
1.8.1.3.
Cálculo y análisis de sueldas.
A continuación se muestra las fórmulas que se van a emplear, con las cuales podemos deducir la resistencia que cada una de estas va a lograr soportar, según el trabajo que realice.
F = (C*Xs)*r e 24
(1-7)
– 2) C 25
(1-8)
Xs = (Lc
Donde: F = Fuerza (N) C = Espesor de la costura del electrodo (mm) Xs = Longitud de soldadura de soporte (mm) r e = Resistencia del electrodo (N/mm2) Lc = Longitud total del cordón (mm)
24
25
FUENTE: Nicolás Larburu, Maquinas Prontuario, Editorial Paraninfo, Pág. 99 FUENTE: Nicolás Larburu, Maquinas Prontuario, Editorial Paraninfo, Pág. 99
43
CAPITULO 2.- DISEÑO DEL ELEVADOR ELECTRO-HIDRÁULICO .
2.1. PARÁMETROS DE DISEÑO.
Figura 2.1 Parámetros de diseño 26
Capacidad máxima de carga
= 3200 Kg
Altura máxima de elevación
= 1900 mm
Altura mínima de elevación
= 115 mm
Separación entre carros
= 2760 mm
Ancho total
= 3453 mm
Medidas de la base
= 483 x 432 mm
Longitud máxima del brazo largo
= 1250 mm
Longitud mínima del brazo largo
= 870 mm
Longitud máxima del brazo corto
= 1000 mm
26
FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf
44
Longitud mínima del brazo corto
= 710 mm
Tiempo de subida del motor
= ≤ 75 sec
Tiempo de descenso
= 18 sec≤t≤45 sec
2.2. CÁLCULOS DEL DESARROLLO DEL MATERIAL .
2.2.1. Relaciones entre cargas esfuerzos y deformaciones. En esta sección se toma en consideración el inicio del diseño del elevador, en el cual tomamos en cuenta todos los factores que han de ser determinantes en la construcción del presente proyecto.
Dentro de los datos calculados es importante relevar que se añadirá un 10 % de la carga total, el cual concierne al factor de riesgo o seguridad, el cual tiene como objetivo sobre dimensionar las fuerzas que actúan sobre el elevador y así crear un diseño con previsiones de desgaste o corrosión, posibles errores o desviaciones en las propiedades previstas de los materiales, diferencias entre las propiedades tabuladas y las obtenibles en la realidad, tolerancia de fabricación o montaje, etc; es así como se inicia el desarrollo numérico.
Dentro del presente proyecto, se utiliza material de Acero A588 cuyas aplicaciones y propiedades mecánicas son:
45
Tabla 7 : Aplicaciones y propiedades mecánicas del ACERO A588 27
APLICACIONES
PROPIEDADES MECÁNICAS
Industria Automotriz
Resistencia ultima a la tracción Su = 485 MPa
Industria Petrolera
Resistencia a punto cedente S y = 345 Mpa
Industria Mecánica en general Construcción de puentes , etc.
Módulo de elasticidad E = 200 GPa
2.3. CARGAS. Se entiende por carga, a la relación de un miembro a las fuerzas y su capacidad de soportarlas. Tenemos tres tipos de cargas, las estáticas o constantes, las repetidas y las de choque o impacto.
En el presente proyecto, se utilizará todas las fórmulas concernientes a las cargas estáticas o constantes, ya que en su definición, se determina que las fuerzas se va a aplicar a la estructura, se van aplicando poco a poco y no repetidamente, y permanecen casi constantes después de que se aplican al mismo (brazo).
La carga total a elevar, está determinando en el postulado del presente proyecto de la siguiente manera:
Carga neta = Peso a elevar 27
Propiedades físicas medias de los materiales mas comunes
46
Carga neta = 3200 Kg Carga total (CT) = 3200 Kg + 10 % Factor de seguridad La Carga Real será la (CT) = 34531.20 N dividido para dos columnas
Carga Real (CR) = 17265.60 N
El esfuerzo se repartirá hacia los cuatro brazos telescópicos, los dos grandes y los dos pequeños en proporciones distintas, tal es el caso que los brazos cortos elevaran un peso del 70 % y los brazos largos elevara el 30 % restante.
Como se puede apreciar, el diseño propuesto con las medidas reales, asegura elevar la carga total, además permitirá desarrollar trabajos adicionales en el vehículo una vez que este se encuentre suspendido sobre los brazos del elevador.
2.4. CÁLCULO Y ANÁLISIS GENERAL DE LA ESTRUCTURA. Para la comprobación estructural de este proyecto se utilizó el programa SAP 2000, el cual nos permite un cálculo como son momentos en un sistema estático y una visualización exacta para un óptimo funcionamiento.
2.4.1. Carga critica de un soporte largo y esbelto Una de los principales y más importantes cálculos es la carga crítica de los extremos, ya que estos están sometidos a compresión axial y podría producir un pandeo en estos.
47
El análisis de estas estructuras se lo realiza mediante un análisis estático en la posición crítica, estado en el cual se obtiene los máximos momentos y esfuerzos que actúan sobre la estructura. En el caso de nuestro elevador se considera a una altura máxima de elevación de 1900 mm del nivel del suelo, y los brazos a su longitud máxima, el brazo pequeño aplicada una carga de 12085.92 N correspondiente al 70 % del pesa a elevar. Y el brazo largo con una carga de 5179.68 N correspondiente al 30 % del peso a elevar como se puede observar en la Figura 2.2
Figura 2.2 Fuerzas actuantes en el sistema 28 28
FUENTE: Software SAP 2000
48
Una vez planteado el problema y colocadas las fuerzas actuantes a las que serán sometidas, se realizara el análisis mediante la primera ley de Newton para estática, la cual establece que si la fuerza neta sobre un objeto es cero, si el objeto está en reposo, permanecerá en reposo y si está en movimiento permanecerá en movimiento en línea recta con velocidad constante.
∑ Fx = 0;
∑ Fy = 0;
∑ Fz = 0;
∑ Mx = 0;
∑ My = 0;
∑ Mz = 0
Como en el suelo se encuentra empotrado la estructura se producen 3 reacciones y 3 momentos, las reacciones las vamos a dar una nomenclatura de acuerdo con el eje en el cual actúan (X, Y y Z).
Luego de hacer el análisis de momentos y fuerzas se tiene los valores de las siguientes reacciones y momentos como se observa en la Figura 2.3
49
Figura 2.3 Fuerzas resultantes en el sistema 29
Rx = 0
Mx = 1314,95 N*m
Ry = 3559,63 N
My = 9198,27 N*m
Rz = 19212,28 N
Mz = 0
A continuación para realizar el análisis de cada uno de los elementos que compone el sistema, los hemos dividido en: Columnas y brazos. Las columnas son elementos que se encuentran en la dirección z y los brazos en dirección XY.
29
FUENTE: Software SAP 2000
50
2.4.2. Cálculos de las columnas La columna debe ser analizada por estabilidad debido a que ésta actúa bajo compresión, para esto debemos encontrar el punto crítico (Pcr).
Punto crítico es la carga crítica o máxima en la cual no existe deflexión o deformación del elemento como observamos en la Figura 2.4
Pcr
My = 9198,27 N
Rx = 19212,28 N
Figura 2.4 Fuerzas actuantes sobre la columna
Las dimensiones del perfil seleccionado de la columna es de espesor e = 0,006 m y 0,25*0,23*0,05*0,03m como se observa en la Figura 2.5
51
Figura 2.5 Perfil de la columna y propiedades de la sección
Tabla 8 : Propiedades de la sección de las columnas 30
A continuación procedemos a calcular las características de la columna para este proyecto.
30
FUENTE: Software SAP 2000
52
2.4.2.1.
Momento de inercia
Con respecto a un eje plano es la suma de los momentos de inercia respecto del eje de todos los elementos de área contenidos en ella. Donde I es el momento de inercia con respecto a cada eje en su plano, y x,y son la distancia desde el centro de cada uno de los elementos al eje neutro respectivamente. Ixx = ∑ Ixxi
(2-1)
Iyy = ∑ Iyyi
(2-2)
Ixx = 5.062 * 10-5 m Iyy = 3.400 * 10-5 m
2.4.2.2.
Radio de giro Posterior a los cálculos de inercia calculamos el radio de giro en cada uno de los ejes
utilizando la ecuación. r xx =
r yy =
r xx =
r yy =
r xx = 0,10336 m
r yy = 0,08471 m
53
2.4.2.3.
Calculo del factor esbeltez
Para este cálculo procederemos a utilizar la ecuación (2-3), en el cual necesitaremos el valor de k (constante en función del tipo de empotramiento Figura 1.13)
Re = 44,86 Después procedemos a calcular la razón de transición de la delgadez Cc con la ecuación (2-4).
(2-4)
Una vez obtenidos estos datos aplicamos la ecuación (2-5) para determinar si se trata de una columna corta o larga. Figura 2.6 Re > C c Re > C c = 44,86 > 106,97
54
(2-5)
SI
¿Es Re>Ce?
La columna es larga, use la fórmula de Euler.
NO
La columna es corta, use la fórmula de Johnson.
Calcule carga permisible
Figura 2.6 Diagrama de análisis de una columna 31
Mediante esta relación podemos darnos cuenta que se trata de una columna corta, por lo que utilizaremos la fórmula de Johnson; para calcular la carga permisible Pcr .
Formula de Johnson
Pcr = 1490875,16 N
31
FUENTE: Robert L. Mott, Diseño de Elementos de Máquinas, 4ta Edición, México, 2006 Pag 236
55
A continuación calcularemos la carga permisible real Pa utilizando la ecuación (2-6) a la cual la columna empezaría a deformarse.
Pa = Pcr / N
(2-6)
Según lo recomendado por los libros investigados tomamos un factor de seguridad N = 332 Pa = 1490875,16 N / 3 Pa = 496958,38 N
CONCLUSION:
De acuerdo a los cálculos obtenidos podemos determinar que las cargas aplicadas en la columna no provocaran ninguna deformación ya que están dentro del rango de carga permisible a la que fue diseñado nuestro proyecto.
Pa = Carga de Diseño Pcr = Carga del calculo Pa > P cr
Pa = 471589,89 N > Pcr = 19212,28 N
2.4.2.4.
Cálculo de soldadura
Para el cálculo de las soldaduras utilizamos las ecuaciones (1-7) y (1-8). 32
FUENTE: Robert L. Mott, Diseño de Elementos de Máquinas, 4ta Edición, México, 2006 Pag 242
56
2.4.2.4.1. Cálculo de la placa soporte (Base) Resistencia a la tracción MIG = 58-63 Kg /mm2 Lc =30 + 50 + 230 + 250 + 230 + 50 + 30 Lc = 870 mm C = 10 mm
Xs = ( Lc – 2) C Xs = (870 mm – 2) * 10 mm Xs = 8680 mm
F = (C * Xs) * r e F = (10 mm * 8680 mm) * 58 Kg / mm2 F = 5034400 Kg F = 49387464 N
2.4.2.4.2. Cálculo de soldadura de las nervaduras Sumatoria total de todo el cordón de suelda. 57
Lc = 67 + 200 + 180 Lc = 447 mm
Xs = ( Lc – 2)C Xs = (447 mm – 2)*10 mm Xs = 4450 mm
F = (C*Xs) * r e F = (10 * 4450 mm2) * 58 Kg / mm2 F = 2581000 Kg F = 25319610 N
Esfuerzo total que soportara la base es: F T = 49387464 N + 25319610 N
F T = 74707074 N
CONCLUSION: La Fuerza que va a soportar los cordones de suelda es de 74707074 N por lo que podemos deducir que soportará la fuerza ejercida sobre la columna que es de 16797,12 N, por lo que se garantiza su perfecto funcionamiento.
58
2.4.3. Análisis estático de los brazos Para este diseño de los brazos se realizara un análisis estático. La sección de los brazos está compuesta por una sección tipo caja de 0,10 m * 0,10 m y un espesor de e = 0,005 m como se puede observar en la Figura 2.6.
Figura 2.6. Sección de los brazos
Los parámetros de los brazos se calculan al igual que el análisis de la columna. Tabla 9: Propiedades de la sección de los brazos 33
33
FUENTE: Software SAP 2000
59
Momentos de inercia m I yy = 3,426 10-6 m
Radio de giro Para calcular el radio de giro utilizaremos las siguientes ecuaciones:
r xx =
r yy =
r xx =
r xx =
r xx = 0,0383 m
r yy = 0,0383 m
A continuación veremos el análisis de cada uno de los brazos del elevador.
2.4.3.1.
Cálculos del Brazo pequeño
Figura 2.7 Brazo pequeño del elevador 60
Para lo que son brazos se hará un análisis estático en donde se considera que el brazo se encuentra en un apoyo el cual restringe los movimientos solo en dirección axial, y se encuentra aplicada una carga puntual 12085.92 N como se puede apreciar en la Figura 2.8
F = 12085 92
R1
Figura 2.8 Diagrama de cuerpo libre
Donde: F = Fuerza aplicada (N) R1 = Fuerza Reactiva (N)
También se tiene que calcular los esfuerzos en la sección crítica donde el momento flector es máximo, como se observa en la Figura 2.9
F = 12085.92
Figura 2.9 Diagrama de momento flexionante
61
Mmax = F * d 34
(2-7)
Donde: Mmax = Momento flector máximo (N*m) d = Distancia del brazo (m)
Mmax = 12085.92 N * 1 m Mmax = 12085.92 Nm
Los esfuerzos de tensión en la viga σ se calcula en la sección crítica del perfil y se lo hace con respecto al momento flector máximo.
35
σ=
Donde: σ
= Esfuerzo de tensión en la viga (MPa)
y
= Distancia desde el eje neutro hasta el punto requerido (m)
I xx
= Momento de inercia (m4)
σ= σ = 141.11 MPa
34
ta
Joseph Edgard Shigley, Diseño en ingeniería mecánica, 6 Edición, Pag. 104 35 ta Joseph Edgard Shigley, Diseño en ingeniería mecánica, 6 Edición, Pag. 114
62
(2-8)
También calcularemos los esfuerzos debidos al corte (τ) como se puede observar en la Figura 2.10
Figura 2.10 Diagrama de esfuerzo cortante
En este caso la fuerza cortante es constante y la sección del perfil se calcula con respecto a la siguiente relación:
τ=
36
(2-9)
Donde: τ = Esfuerzo cortante (N*m)
V = Fuerza cortante (N) A = Área (m2)
τ= τ = 7794015,48 Pa τ = 7.79 MPa
36
ta
Joseph Edgard Shigley, Diseño en ingeniería mecánica, 6 Edición, Pag. 123
63
Ahora calculamos el factor de seguridad que se lo obtendrá comparando el esfuerzo máximo, con la resistencia a la fluencia del material (Acero A588).
La resistencia de la fluencia del material (Acero A588) Sy es 345 MPa
η =
37
(2-10)
Donde: η = Factor de seguridad
= Resistencia a la fluencia (MPa) = Esfuerzo máximo (MPa) η = η = 1.72
Conclusión:
De acuerdo a los valores obtenidos, podemos establecer que los factores de seguridad se cumple satisfactoriamente teniendo un valor de η = 1.72, con este valor podemos determinar que el brazo va a soportar la carga y no fallara.
37
ta
Joseph Edgard Shigley, Diseño en ingeniería mecánica, 6 Edición, Pag. 25
64
2.4.3.1.1. Cálculo de suelda en los brazos pequeños Para el cálculo de las soldaduras utilizamos las ecuaciones (1-7) y (1-8) Lc = 932 + 546 Lc = 1478 mm C = 10 mm
Xs = (Lc – 2) C Xs = (1478 mm – 2) * 10 mm Xs = 14760 mm
F = (C * Xs) * Re F = (10mm * 14760 mm) * 58 Kg / mm2 F = 8560800 Kg F = 83981448 N
2.4.3.2.
Cálculos del brazo largo.
Figura 2.11 Brazo largo del elevador 65
Para el cálculo de brazos largos se hace un análisis estático en el cual la carga puntual de 5179,68 N se la aplica en el extremo como se indica en la Figura 2.12.
Figura 2.12 Diagrama de cuerpo libre
Además se debe calcular los esfuerzos en la sección crítica donde el momento flector es el máximo utilizado, como se observa en la Figura 2.13. Para este cálculo se utiliza la ecuación (2-7).
Figura 2.13 Diagrama de momento flexionante
M max = F * d M max = 5179,68 N * 1,250 m M max = 6474,6 N*m
66
Se debe calcular también el esfuerzo de tensión que soporta la viga, el análisis se lo hace en la sección crítica del perfil y esto se calcula con respecto al momento flector máximo. Se lo calcula utilizando la ecuación (2-8).
σ=
6474,6 N.m * 0,04m 3,426 * 10-6 m4
σ = 75593695,27 N/m2 σ = 75,59 MPa
Además los esfuerzos debidos al corte (τ) se representan por la fuerza cortante V como se observa en la Figura 2.14.
Figura 2.14 Diagrama de esfuerzo cortante.
Como en este caso la fuerza cortante es constante, la sección del perfil se calcula utilizando la ecuación (2-9).
67
τ = 3340292,34 N/m2 τ = 3,34 MPa
Ahora se debe calcular el factor de seguridad que se lo obtendrá comparando el valor máximo calculado, con la resistencia a la fluencia del material (Acero A588) utilizando la ecuación (2-10).
La S y resistencia a la fluencia del material Acero A588 es: S y = 345 MPa
η = 4,56
Con los valores obtenidos, se establece que los factores de seguridad se cumplen satisfactoriamente teniendo un valor de
4,56 con lo que podemos garantizar que el brazo
va a soportar la cargar y no va a fallar.
68
2.4.3.2.1. Cálculo de sueldas en brazos largos . Para el cálculo de las soldaduras recurrimos a las ecuaciones (1-7) y (1-8).
Datos: Lc = 932 + 546 Lc = 1478
mm
C = 10mm
Xs = (Lc – 2) * C Xs = (1478 – 2) * 10 Xs = 14760mm
F = (C * Xs) * r e F = (10mm * 14760mm) * 58 Kg/mm2 F = 8560800 Kg F = 83981448 N
Conclusión: La fuerza que va a soportar los cordones de suelda es de 83981448 N por lo tanto podrá soportar la máxima fuerza ejercida sobre los brazos que es de 5179,68 N, y este mismo tipo de fuerzas son las que refuerzan la estructura del elevador. 69
2.4.3.3.
Cables
2.4.3.3.1. Cálculo de cable Para determinar cuál debe ser el diámetro del cable de acero para transportar cierta cantidad de carga debemos siempre utilizar el factor de seguridad sugerido por el fabricante dependiendo además el uso al que va hacer sometido. Los datos para el cálculo del cable se pueden obtener en la Tabla 10. Tabla 10 : Datos para cálculo del cable. 38
DATOS PARA EL CÁLCULO
CARGA A SER TRANSPORTADA = 3,2 Ton TIPO DE SERVICIO = Servicios generales de levantamiento de carga FACTOR DE SEGURIDA = El factor de seguridad deseable para las condiciones dadas puede obtenerse consultando la Tabla 11.
Tabla 11 : Cable normal para elevación. 39
RESISTENCIA DE RUPTURA TONELADAS Diámetro plg
Peso aprox. Lb/pie
Acero de centro azul (Ton)
Acero para arados (Ton)
Acero dulce para arados (Ton)
9/16
0,51
13,5
11,8
10,2
1/2
0,4
10,7
9,35
8,13
7/16
0,31
8,27
7,19
6,25
3/8
0,23
6,1
5,31
4,62
5/16
0,16
4,26
3,71
3,22
1/4
0,1
2,47
2,39
2,07
38 39
FUENTE: Datos proporcionados por el fabricante. FUENTE: John A. Roebling’s Sons Co.
70
Conclusión: De acuerdo con la carga aplicada en este caso es de 3,2 Ton y la tabla de selección de cable. Tenemos por lo tanto la selección del cable de 3/8 de pulgada, el cual presenta una resistencia a la ruptura de 6,10 Ton lo cual asegura un óptimo funcionamiento del presente proyecto.
2.4.3.4.
Poleas. Con los datos del diámetro escogido para el cable que es de ø Cable = 3/8¨y la tabla de
relación del tipo de cable y diámetro de polea, procedemos al cálculo de diámetro de la polea que se empleara en el presente proyecto. Tabla 12 : Diámetro de poleas según el cable. 40
RELACIÓN TIPO DE CABLE Y DIÁMETRO DE POLEA TIPO CABLE
DIÁMETROS RECOMENDADOS
DIAMETROS MINIMOS
6*7 6*19 seale 6*19 común 18*7 6*25 filler (3/8) 6*36 warrington 6*37 común 6*41 warrington
7,2 x diámetro del cable 5,1 x diámetro del cable 3,9 x diámetro del cable 5,1 x diámetro del cable 8,0 x diámetro del cable 3,4 x diámetro del cable 2,7 x diámetro del cable 3,1 x diámetro del cable
4,2 x diámetro del cable 3,4 x diámetro del cable 2,6 x diámetro del cable 3,4 x diámetro del cable 6,0 x diámetro del cable 2,3 x diámetro del cable 1,8 x diámetro del cable 2,0 x diámetro del cable
De acuerdo a la Tabla 12 la polea ideal será: 6*25 filler (3/8)
40
8,0 x diámetro del cable
6,0 x diámetro del cable
FUENTE: www.incamet.com.ar/archivos/9_relacion_diametro_polea_diametro_cable.pdf
71
Con las condiciones presentadas tenemos los siguientes resultados: Diámetro recomendado = 8,0 x diámetro del cable Diámetro recomendado = 8 x 3/8¨
Diámetro recomendado = 3¨
Diámetro mínimo = 6,0 x diámetro del cable Diámetro mínimo = 6,0 x 3/8¨
Diámetro mínimo = 2,25¨
2.4.3.5.
Selección de cadenas La selección de cadena depende de la carga aplicada que en este caso será máximo 3,2
Ton y la tabla 1.2 de selección de cadenas. Por lo tanto se elige una cadena de rodillos dobles
10B-2 de una longitud total de 2,32m. La cadena presenta una resistencia a la ruptura de 40 KN lo cual asegura un funcionamiento correcto del presente proyecto ya que tendrá que soportar una carga a levantar total de 34517,12 N.
72
2.5. DISEÑO Y SELECCIÓN DE ELEMENTOS HIDRÁULICOS 2.5.1. Diseño del cilindro. El cilindro se diseña como un cilindro de pared gruesa, este está sometido a una presión interna de p = 3,17 MPa que genera el fluido, de acuerdo a los manuales del fabricante. La fuerza máxima que debe transmitir cada cilindro para la capacidad del elevador en su posición crítica es de 17258,56 N. Utilizando la ecuación (1-1) calculamos el área del cilindro.
A= 0,00544 m2
A continuación calcularemos el diámetro interior del cilindro hidráulico.
41
41
Robert L. Mott, Diseño de elementos de Maquinas, 2da Edición, Apéndice 1
73
(2-11)
Donde: P = presión del fluido (N/m2) F = Fuerza transmitida (N) A = Área del cilindro (m2) Di = Diámetro interior del cilindro (m)
Di = 0,0834 m = 3,28¨
En el mercado no se puede encontrar cilindros con los datos exactos a los calculados, por lo que hemos seleccionado un cilindro hidráulico con diámetro interior Di = 3.5¨ (0,889m). De tubo de acero sin costura A-53 grado B, célula 40 con esfuerzo permisible de 60000 psi de diámetro 3,5 pulgadas. Propiedades físicas del tubo de acero sin costura A-53 grado B.
Diámetro interior = 3,5 pulg Diámetro exterior = 4 pulg 74
CÁLCULO DEL ESFUERZO PRODUCIDOPOR EL TUBO
Datos: ri = 1,75 pulg re = 2 pulg 42
(2-12)
Donde: S t = Esfuerzo tangencial en el radio r (MPa) ri = Radio interior (Plg.) re = Radio exterior (Plg.) p1 = Presión interna (MPa) presiones
St = 12,35 MPa
El tubo seleccionado cumple satisfactoriamente la presión generada por el sistema, ya que el esfuerzo tangencial calculado supera al esfuerzo tangencial diseñado.
42
Baumeister, T. y otros, Marcks Manual de Ingeniero Mecánico, 8 va Edición, Pág. 3-26
75
S1 > p > p S1 = Esfuerzo tangencial calculado = 12,35 MPa p = Esfuerzo tangencial diseñado = 3,17 MPa.
2.5.2. Diseño del vástago del del cil cilindro. El punto crítico del vástago del cilindro es cuando actúa una presión de 3,17 MPa sobre el área del pistón a través del sello principal del pistón. El vástago se considera como una columna empotrada y libre por el otro extremo como se observa en la figura 2.15.
Figura 2.15 Columna empotrada y libre por el otro extremo. 43
43
ta
Robert L. Mott, Diseño de Elementos de Maquinas, 4 Edición, Pág. 234
76
CÁLCULO DE LA LONGITUD EFECTIVA (Le) Para calcular la longitud efectiva del vástago del cilindro utilizaremos la ecuación (1-4) conjuntamente con los datos dados a continuación.
Datos: F = 17258,56 N L = 1,25 m Le = K * L Le = 2 * 1,25m Le = 2,50 m
RADIO DE GIRO. 44
r min min = 0,01125 m
44
Robert L. Mott, Diseño de Elementos de Maquinas, 4 ta Edición, APÉNDICE 1 .
77
CÁLCULO DEL FACTOR DE ESBELTEZ. Para calcular la relación de esbeltez utilizaremos la ecuación (2-3), y recurriremos a los datos ya obtenidos en el cálculo de la longitud efectiva.
Re = 222.22
Luego calcularemos la razón de transición de delgadez utilizando la ecuación (2-4).
Cc = 112,85
Ahora debemos analizar si se trata de una columna corta o una columna larga utilizando la ecuación (2-5). KL/r > C c 222,22 > 112,85 78
De esta relación determinamos que se trata de una columna larga, por lo tanto utilizamos la ecuación de Euler para analizarla.
FÓRMULA DE EULER
Pcr = 63555,32 N
Ahora calcularemos la carga permisible Pa a la cual la columna empezaría a deformarse, utilizando la ecuación (2-6). De lo recomendado por los libros tomamos un factor de seguridad N = 3
Pa = Pcr / N Pa = 63555,32 N / 3 Pa = 21185,1 N
CONCLUSIÓN: De los cálculos obtenidos determinamos que las cargas aplicadas en el vástago del cilindro no provocan ninguna deformación en este ya que están dentro del rango de carga permisible a la que fue diseñado nuestro proyecto. 79
Pa >Pcr Pa = 21185,1 N > Pcr = 17258,56 N
2.5.3. Selección de la Unidad de Potencia. 2.5.3.1.
Determinación del caudal de la bomba. Para el cálculo del caudal de la bomba, necesitamos los siguientes parámetros: Tiempo
de elevación, recorrido y diámetro interior del cilindro.
Datos: Di = 3,5 plg (0,0889 m) C = 1,25 m T = 75 s = 1,25 min. Para el cálculo del caudal de la bomba utilizamos la siguiente ecuación: 45
Donde: Q = Caudal (GPM) Di = Diámetro interior del cilindro (m) C = Carrera útil del pistón (m) 45
Parker, Industrial Hydraulic Technology, 21th Edición, Ohio, 1986, Pág. 4 – 5
80
(2-13)
t = Tiempo de elevación (s)
Q = 1,03 * 10-4 m3/s Q = 1,63 GPM Este caudal es calculado para un solo cilindro, en nuestro caso es necesario multiplicar este valor para los dos cilindros que presenta el proyecto. QT = 1,63 * 2 = 3,26 GPM Por lo tanto seleccionaremos una bomba que genere 3,26 GPM de caudal, para subir los émbolos de los cilindros en un tiempo de 75 segundos.
2.5.3.2.
Determinación de la potencia del motor eléctrico.
La potencia del motor eléctrico se calcula en función de la presión y el caudal que va a generar la bomba. Potencia = p * Q 46
46
Parker, Industrial Hydraulic Technology, 21th Edición, Ohio, 1986, Pág. 4 – 5
81
(2-14)
Donde: p = presión en los cilindros 12,35 MPa (1791,21 psi) Q = caudal de la bomba (GPM) Potencia = p * Q
Potencia = 1272,05 N*m/s Potencia = 1272,05 watts Potencia = 1,71 hp De lo que está disponible en el mercado seleccionamos un motor eléctrico con las siguientes características: Tabla 13: Caracteísticas Motor Eléctrico
47
MOTOR ELÉCTRICO Voltaje
Frecuencia
Corriente
Potencia
Revoluciones
(VCA)
(Hz)
(A)
(HP)
(rpm)
230 - 400
50
6,4 - 11
2,95
1400
2.5.3.3.
Determinación de la capacidad del depósito de aceite.
Calculamos el volumen de aceite en los cilindros. 47
FUENTE: Datos proporcionados por el fabricante
82
48
(2-15)
A = 5,02 * 10-3 m2
V = A* C * # cilindros
Donde: V = Volumen de aceite en los cilindros (Galones) D = Diámetro del cilindro (m) A = Área del cilindro (m2) C = Carrera útil del pistón (m) # = Número de cilindros (adimensional)
V = A* C * # cilindros V = 5,02 * 10-3 m2 * 1,25 m * 2 V = 0,012 m3 V= 3,17 galones 48
ta
Robert L. Mott, Diseño de Elementos de Maquinas, 4 Edición, APÉNDICE 1
83
(2-16)
Por lo tanto seleccionaremos un depósito de aceite de 4,45 galones, el cual está disponible en el mercado.
2.5.4. Selección de accesorios hidráulicos. Para el presente proyecto seleccionamos los siguientes accesorios hidráulicos, los cuales están detallados en la siguiente Figura 2.16.
Figura 2.16 Diagrama del circuito hidráulico.
84
1) Válvula distribuidora de 2 vías y 2 posiciones con válvula check (2/2). 2) Válvula reguladora de presión de 0 a 2000 psi. 3) Válvula de control de flujo. 4) Válvula check. 5) Medidor de presión.
2.5.5. Selección de las uniones de circuitos hidráulicos. Del catálogo del fabricante seleccionamos la manguera hidráulica, que cumple con las presiones que se va a generar en el sistema: Tabla 14 : Catálogo de Mangueras Hidráulicas. 49
49
FUENTE: Normas SAE
85
Datos de tolerancias de las mangueras: TUBO: Caucho sintético negro resistente al aceite (Nitrilo). REFUERZO: Dos trenzas de acero de alta tensión. COBERTURA: Caucho sintético negro resistente al aceite y a la abrasión. LIMITES DE TEMPERATURA: De -40°C a +100°C (-40°F a +212°F). Del catalogo seleccionamos la manguera hidráulica recomendada por el fabricante.
86
2.6. USO DE SOFTWARE SAP2000 VERSIÓN 12 2.6.1. Ingeniería del proyecto. A continuación se detalla el procedimiento realizado en el programa SAP2000 que nos describe el cálculo y diseño bajo las normas técnicas previamente establecidas.
2.6.1.1.
Definición del sistema de unidades
2.6.1.2.
Creación del modelo geométrico
Figura 2.17 Creación de modelo geométrico
87
Se escoge la opción 3D Frames que corresponden al diseño de un pórtico espacial.
Figura 2.18 Opción 3D Frames Type
Se debe observar que los datos para el diseño geométrico corresponden a las dimensiones del elevador; Altura 4*0,9m = 3,6m, ancho 4*0,69m = 2,76m, y los brazos (Del teorema de Pitágoras). La longitud adoptada de 1,5 m corresponde al criterio de una dimensión máxima para brazos delanteros y traseros adoptando un factor de seguridad, la distancia efectiva de los brazos delanteros es menor que la distancia efectiva que los brazos traseros, en ese caso se tiene valores para esta capacidad de carga 17265.60 N que son 1,00 m de brazo delantero y 1,25 m de brazo trasero, esto se debe a que se equilibran los pesos del vehículo en referencia a la elevación del auto respecto a su centro de gravedad.
88
También se puede observar en este modelo inicial que se presume un tipo de material que luego tendrá que ser cambiado por las dimensiones del A588 y también se observa que se tienen ya las restricciones del desplazamiento y giro en los apoyos.
Figura 2.19 Restricciones de desplazamiento y giro en los apoyos
Como se puede observar en la figura 3.4. El modelo básico de cálculo estructural y a partir de aquí se debe tomar en cuenta el material del cual está hecho el perfil de acero estructurado que en este caso tiene un valor de fy = 3,447 N/m2 el cual se lo asigna mediante la interfaz grafica del programa.
89
Figura 2.20 Modelo básico de cálculo
A continuación se va a asignar en el programa la sección del perfil transversal de acero del que está constituido el mismo. Por lo tanto nos dirigimos al menú Frame section en el cual definimos nuestra sección transversal con el nombre Columna, de dimensiones (0,245*0,23*0,05*0,0062) m.
90
Figura 2.21 Asignación de sección del perfil
Se debe asignar a cada uno de los miembros de la estructura sus debidas secciones transversales y se lo realiza de la siguiente manera.
Figura 2.22 Asignación de las secciones
91
Figura 2.23 Secciones asignadas
Antes de correr el programa y que este nos muestre los detalles del cálculo, se debe asignar a la estructura las cargas máximas que va a soportar cada columna ya determinadas en el capitulo anterior (17265.60 N), por lo que se debe establecer las cargas en cada uno de los brazos que en este caso serán de 5179.68 N para los brazos largos y 12085.92 N para los brazos pequeños. 92
Asignaremos las cargas que tendrá cada uno de los brazos de la siguiente manera.
Figura 2.24 Asignación de las cargas
Figura 2.25 Selección de cargas que soporta la estructura
93
Figura 2.27 Vista general de las cargas de la estructura
Una vez asignados todos los datos de la estructura crítica del elevador, apoyos, materiales, sección transversal y cargas se puede ejecutar el programa para el cálculo estructural respectivo.
94
Figura 2.28 Determinación del cálculo de las reacciones en los apoyos
Figura 2.29 Carga axial, cortante, momento y análisis de reacciones 95
A continuación la interfaz grafica del programa nos arroja los resultados del cálculo.
Figura 2.30 Diagrama de carga axial
Figura 2.31 Detalle del grafico de la estructura sometida a carga axial 96
Figura 2.32 Diagrama de eje cortante
Figura 2.33 Diagrama de momentos en columnas y brazos 97
Luego la interfaz del programa nos detalla el cálculo de las reacciones en las zonas críticas de los brazos y los valores en cualquier punto de estos.
Figura 2.34 Detalle del cálculo de reacciones críticas en brazos
Se puede observar en la Figura 3.17 y la Figura 3.18 que las deflexiones al igual que sus valores son muy pequeñas, es decir que el brazo y la columna prácticamente no se deforman debido a la presencia de la máxima carga.
98
En la Figura 3.18 se detalla el cálculo de reacciones que son críticas en las columnas.
Figura 2.35 Reacciones críticas en las columnas
Se puede observar que la deflexión a la altura de 0,95 m no llega ni a una milésima de milímetro por lo que se la considera nula.
99
2.7. CONCLUSIÓN Se concluye que el software SAP 2000 versión 12 nos ayudo a determinar que el presente proyecto satisfaserá la elevación de cargas comprendidas en el rango ya determinado sin ningún inconveniente ni riesgo, garantizando su correcto funcionamiento.
100
CAPITULO 3. MONTAJE DEL ELEVADOR ELECTRO – HIDRÁULICO 3.1. MANUAL DE INSTALACIÓN DEL ELEVADOR ELECTRO – HIDRÁULICO
3.1.1. Instrucciones de instalación
Paso 1.- Una vez descargado el elevador, póngalo cerca al sitio de instalación.
Paso 2.- Después de decidir el lugar de instalación, observar las paredes, obstáculos y verificar la altura del techo para de esta forma asegurar una correcta instalación del elevador. Se debe tener en cuenta que la unidad de potencia se puede colocar en cualquier lado de la columna, sin embargo, es preferible colocarla al lado del conductor del vehículo.
Paso 3.- Proceda a establecer el área de trabajo del elevador.
Paso 4.- Ubicamos la columna grande en posición vertical sobre el área de trabajo ya definida, como se muestra en la figura 3.1
101
Figura 3.1 Empotramiento de la columna grande 50
NOTA: para lograr esto se debe seguir el procedimiento para la colocación de los pernos de fijación que se detalla a continuación.
3.1.2. Colocación de los pernos de fijación
1. Utilizamos un taladro con una punta de carburo para concreto, la broca del taladro debe ser del mismo diámetro como el anda de sujeción, ¾”. (0.775 a 0.787 milésimas de pulgadas de diámetro).
2. Se debe mantener el taladro en forma perpendicular a la base de concreto, como se observa en la figura 3.2.
50
FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf
102
No aplicar una presión excesiva al taladro. Levantar el taladro continuamente arriba a abajo para reducir la presión de la broca.
Figura 3.2 Taladrado para pernos de sujeción 51
3. La profundidad del agujero debe ser igual a la longitud del perno de anclaje (profundidad mínima de 4”).
4. Para una correcta perforación se debe retirar el exceso de polvo en el agujero a medida que se va taladrando, como podemos observar en la figura 3.3
Figura 3.3 Limpieza del agujero por medio de aire 52 51
FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf
103
5. La tuerca hexagonal del perno de anclaje debe quedar encima del fin del roscado, dejando ½“ in de hilo expuestos del ancla. Se debe manejar los hilos con cuidado para evitar dañarlos, como se observa en la figura 3.4
Figura 3.4 Introducción del perno de anclaje 53
6. Se introduce el perno de anclaje hasta que la fuerza hexagonal tope con la base del elevador (no usar pistola de impacto para apretar). Finalmente apretar la tuerca dos o tres giros con un torque de 150 lb-ft. Si el hormigón es muy duro, son necesarios solamente uno o dos giros, como nos muestra la figura 3.5
Figura 3.5 Torqueado de la tuerca 54
52 53
FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf
104
Paso 5.- Utilizando las dimensiones, ensamble la columna pequeña a la columna grande, como se puede observar en la figura 3.6
Figura 3.6 Ensamblaje de la columna pequeña 55
Paso 6.- Se realiza la instalación de los cables como se ve en la figura 3.7. Se debe tener en cuenta que cada carruaje este en la misma altura midiendo desde la cima de la base al fondo del riel deslizante. Apretamos la tuerca del perno de sujeción del cable en un extremo, a continuación colocamos la otra. Se colocan las tuercas de sujeción en los extremos del riel deslizante, se aprietan ambas tuercas para proporcionar seguridad en el trabajo y asegurar un correcto funcionamiento. El procedimiento se repite para el segundo cable.
54 55
FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf
105
Figura 3.7 Dirección de los cables del elevador electro - hidráulico 56
Paso 7.- Para la instalación de los cilindros se los coloca en cada riel deslizante resbalándolos hasta la base de la columna (se debe asegurar la correcta ubicación de los cilindros en la base de la columna). Se coloca la cadena con sus respectivos pasadores, la cadena debe pasar por encima de la polca del cilindro para asegurar un adecuado funcionamiento
Paso 8.- Montamos la unidad de potencia en la columna del elevador, como observamos en la figura 3.8
56
FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf
106
Figura 3.8 Unidad de potencia 57
Paso 9.- Se conectan las mangueras hidráulicas, como muestra la figura 3.9
Figura 3.9 Sistema Hidráulico 58
57 58
FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf
107
Paso 10.- Para colocar los brazos del elevador, se colocan estos en el riel deslizante, se debe hacer coincidir los agujeros por donde va a pasar el eje, posteriormente se colocan los ejes pasador para que los brazos queden asegurados a los rieles deslizantes, como se observa en la figura 3.10
Figura 3.10 Montaje de los brazos 59
Paso 11.- Reajustar los cables del riel deslizante, debe existir un juego de ½ “ de lado a lado, para un correcto funcionamiento del equipo.
Paso 12.- Quitar el tapón de a abertura de la unidad de potencia. Llenar el depósito utilizando aceite hidráulico SAC-10 no detergente. La unidad soportara doce cuartos de fluido (3 galones).
59
FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf
108
Paso 13.- Hacer el montaje eléctrico a la unidad de poder 220 simple fase. Es recomendable un voltaje de 220 Voltios, 30 Amperios, el alambre debe tener un tamaño adecuado para que el circuito resista los 30 Amperios.
Paso 14.- Finalmente se debe comprobar el funcionamiento de todo el sistema del elevador, no se debe colocar ningún vehículo. Se realizan varias pruebas, de arriba hacia abajo en diferentes tiempos. Cerciorarse que los trinquetes hagan clic juntos y que todo el aire este alojado en el sistema. Para bajar el elevador, se deben soltar los trinquetes halando el cable de liberación que se encuentra en el riel deslizante. Los trinquetes volverán automáticamente a su lugar una vez que ascienda de nuevo el elevador aproximadamente a 17” de la base. Si los trinquetes hacen clic fuera de sincronización, se debe apretar el cable en el que se hace clic primero.
3.2. NORMAS DE SEGURIDAD
o
Prohibir el uso del elevador por persona no autorizadas.
o
Entrenar a los empleados sobre el uso del elevador y el cuidado del levantamiento.
o
Se debe tener precaución con la unidad de potencia, ya que ésta funciona a una presión de 2450 PSI.
o
No levantar el vehículo con personas dentro de él. Retirar a los pasajeros.
109
o
No permitir la presencia de personas no autorizadas en el área del trabajo mientras asciendo o desciende el elevador.
o
o
No exceder el peso del elevador. La capacidad total es de 2 toneladas. Cuando se va a subir el vehículo se deben buscar en el área de trabajo objetos que puedan impedir el correcto desempeño del elevador y los trinquetes de seguridad como: mangueras de aire, herramientas y demás equipo de trabajo.
o
Para elevar un vehículo, se debe centrar éste entre las columnas para que los neumáticos se adapten a los brazos de giro fácilmente.
o
Usar siempre los cuatro brazos del elevador cuando se desee levantar un vehículo.
o
Utilizar el elevador únicamente para levantar vehículos.
o
Se debe verificar la estabilidad de los vehículos en el elevador, levantándolos 3 plg. (8cm) y balanceándolos.
o
Antes de bajar un vehículo se debe revisar el área de trabajo buscando objetos que impidan el desempeño del elevador y el trinquete de seguridad como: mangueras de aire, herramientas y demás equipo de trabajo.
Girar los brazos afuera del sendero y llevar el vehículo hacia afuera.
110
CAPITULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones 1. El principio de funcionamiento de un elevador electro hidráulico parte del principio de Pascal el cual nos manifiesta que una presión aplicada en un punto de un líquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo. Es así como mediante con una pequeña fuerza aplicada a lo largo de una gran distancia nos permite ejercer una fuerza mayor permitiéndonos elevar un vehículo.
2. El diseño del elevador nos permitió conocer los puntos críticos y la capacidad de resistencia del material utilizado en la estructura para así lograr garantizar un perfecto funcionamiento y seguridad en la utilización del mismo.
3.
El uso del software SAP 2000 nos proporciono realizar pruebas y cálculos exactos de los componentes del elevador, por lo cual podemos asegurar confianza y seguridad en el diseño realizado.
4. Mediante la elaboración de un manual de instalación, manual de mantenimiento y normas de seguridad, podemos incentivar al usuario a realizar un buen manejo del elevador, brindar la información suficiente para dar seguridad a él operario al momento de realizar cualquier tarea y asegurar un largo tiempo de vida del elevador.
111
Recomendaciones
1. Se debe tener muy claro el principio de funcionamiento de la maquinaria, para de esta manera tener una selección acertada de la variedad elementos que existen en el mercado y los cuales se van a utilizar, estos pueden ser hidráulicos o mecánicos.
2. Uno de los problemas más grandes que posee la estructura son las cargas que debe soportar por compresión, es así que se tiene que ser muy cautelosos al momento del diseño ya que el riesgo más frecuente que se puede presentar en la estructura es inestabilidad elástica o pandeo, más que por trituración del material.
3. Mantener un seguimiento de mantenimiento del elevador electrohidráulico en base al manual elaborado y sugerencias que indican en el mismo.
4. Tomar en cuenta la capacidad de carga del elevador y asegurarse que el vehículo a elevar se encuentre en la capacidad de carga de la maquinaria.
112
SIMBOLOGÍA p = Presión absoluta Po
(Psi)
= Presión atmosférica
(atm)
p = Densidad fluido
(g/m3)
g = Gravedad
(m/s2)
h = Altura
(m)
P = Presión del fluido en el cilindro
(N/mm2)
F = Fuerza
(N)
A= Área
(m2)
adio de giro r =R adio
(m)
I
(m4)
= Momento de inercia
L = Longitud de la columna
(m)
Le = Longitud efectiva
(m)
K = Constante de empotramiento
(Adimensional)
Re = Razón de delgadez ó factor de esbeltez
(Adimensional)
C c = Razón de transición delgadez
(Adimensional)
E = Coeficiente ó modulo de elasticidad del material
(MPa)
S y = R esistencia esistencia del punto cedente del material
(MPa)
Pcr = Carga permisible
(N)
Pa = Carga de diseño
(N)
R 1 = Carga reactiva
(N)
V = Fuerza cortante
(N)
ymax = Deflexión
(mm) 113
C = Espesor de la costura del electrodo
(mm)
Xs = Longitud de soldadura de soporte
(mm)
r e = Resistencia del electrodo
(N/mm2) (mm)
= Longitud total del cordón
Le
CT = Carga total
(N)
CR = Carga real
(N)
Rx = Fuerza resultante en el eje x
(N)
Ry = Fuerza resultante en el eje x
(N)
Rz = Fuerza resultante en el eje x
(N)
Mx = Momento resultante en el eje x
(N*m)
My = Momento resultante en el eje y
(N*m)
Mz = Momento resultante en el eje z
(N*m)
Mmax = Momento flector máximo
(N*m)
D = Distancia del brazo
(m) (MPa)
= Esfuerzo de tensión en la viga y Distancia del eje neutro hasta el punto requerido =
(m) (N*m2)
= Esfuerzo cortante V = Fuerza cortante
(N)
Di = Diámetro interior del cilindro
(m)
St =Esfuerzo tangencial en el radio
(MPa)
p = Esfuerzo
(MPa)
tangencial diseñado
ri = Radio interior
(plg.)
re Radio exterior
(plg.)
=
114
p I = Presión interna Q
(MPa)
= Caudal
(GPM)
C = Carrera útil del pistón
(m)
t = Tiempo de elevación
(s)
Potencia = Potencia del motor eléctrico
(HP)
Vc = Volumen de los cilindros.
(Galones)
# = Número de cilindros
(Adimensional)
kgm =Kilogramos masa
(kgm)
115
Bibliografía
·
Ro bert L. Mott, Diseño de Elementos de Máquinas, 2da Edición, México Prentice Hall his panoamer icana, S.A.
·
Robert L. Mott, Resistencia de Materiales, 1ra Edición, Mexico, 2009.
·
Fay Jame A, Mecánica de Fluidos, México, DF.: Continental, 1996
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Hughes, William F. Brighton, John A. Teoría y Problemas de Dinámica de Fluidos. Serie de Compendios Schaum. Norma, Cali, 1970
·
Robert L. Mott, Mecánica de Fluidos, 6ta Edición, México Prentice Hall his panoamer icana, S.A.
·
Claudio Mataix Plana, Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas, 2da Edición, México DF.: Harla 1982
116
Anexos
117
Anexo 1: CABLE NORMAL PARA ELEVACIÓN Compuesto de seis torones y un núcleo de fibra (John A. Roebling’s Sons Co.) Ø Pulg.
Peso aprox. lb/pie
Resistencia a la rotura, toneladas Acero de centro Acero para arados azul
Acero dulce para arados
2¾
12.10
292.0
254.0
2½
10.00
244.0
212.0
2¼
8.10
200.0
174.0
2
7.23
179.0
156.0
6.40
160.0
139.0
121.0
1
5.63
141.0
123.0
107.0
1¾
4.90
124.0
108.0
93.6
1
4.23
107.0
93.4
81.2
1½
3.60
92.0
80.0
69.6
1
3.03
77.7
67.5
58.8
1¼
2.50
64.6
56.2
48.8
1
2.03
52.6
45.7
39.8
1.60
41.8
36.4
31.6
1.23
32.2
28.0
24.3
0.90
23.8
20.7
18.0
0.63
16.7
14.5
12.6
0.51
13.5
11.8
10.2
0.40
10.7
9.35
8.13
0.31
8.27
7.19
6.25
0.23
6.10
5.31
4.62
0.16
4.26
3.71
3.22
0.10
2.74
2.39
2.07
2
1 ¾
½
¼
118
Anexo 2: DIMENSIONES DE CADENA ESTÁNDARES A RODILLOS AMERICANAS: HILOS SENCILLO Número de cadena ANSI 25 35 41 40 50 60 80 100 120 140 160 180
Paso Pulg. (mm)
Ancho Pulg. (mm)
0.250
0.125
Resistencia mínima a la tensión lb. (N) 780
(6.35)
(3.18)
(3 470)
(1.31)
(3.30)
(6.40)
0.375
0.188
1 760
0.21
0.200
0.399
(9.52)
(4.76)
(7 830)
(3.06)
(5.08)
(10.13)
0.500
0.25
1 500
0.25
0.306
--------
(12.70)
(6.35)
(o 670)
(3.65)
(7.77)
--------
0.500
0.312
3 130
0.42
0.312
0.566
(12.70)
(7.94)
(13 920)
(6.13)
(7.92)
(14.38)
0.625
0.375
4 880
0.69
0.400
0.713
(15.88)
(9.52)
(21 700)
(10.1)
(10.16)
(18.11)
0.750
0.500
7 030
1.00
0.469
0.897
(19.05)
(12.7)
(31 300)
(14.6)
(11.91)
(22.78)
1.000
0.625
12 500
1.71
0.625
1.153
(25.40)
(15.88)
(55 600)
(25.0)
(15.87)
(29.29)
1.250
0.750
19 500
2.58
0.750
1.409
(31.75)
(19.05)
(86 700)
(37.7)
(19.05)
(35.76)
1.500
1.000
28 000
3.87
0.875
1.789
(38.10)
(25.40)
(124 500)
(56.5)
(22.22)
(45.44)
1.750
1.000
38.000
4.95
1.000
1.924
(44.45)
(25.40)
(169 000)
(72.2)
(25.40)
(48.87)
2.000
1.250
50 000
6.61
1.125
2.305
(50.80)
(31.75)
(222 000)
(96.5)
(28.57)
(58.55)
2.250
1.406
63.000
9.06
1.406
2.592
(57.15)
(35.71)
(280 000)
(132.2)
(35.71)
(65.84)
119
Peso promedio lb./ft (N/m) 0.09
Diámetro del rodillo Pulg. (mm) 0.130
Espaciamiento de hilos múltiples Pulg. (mm) 0.252
Anexo 3: FÓRMULAS PARA EL ESFUERZO CORTANTE MÁXIMO DEBIDO A FLEXIÓN
Forma de la viga
Rectángulo
Fórmula
Forma de la viga
Circular Hueca
Alma
Círculo
Perfil Estructural
120
Fórmula
Anexo 4: PROPIEDADES DE ÁREAS Figura
Área y Momento
Figura Triángulo
Rectángulo
Rectángulo Hueco
Elipse
(Tubo)
Círculo
Semi elipse
Semicírculo
Cuarto del círculo
121
Área y Momento
Anexo 5: DENSIDAD DE MATERIALES PARA LA DETERMINACIÓN DE CARGAS MUERTAS Material Acero
Densidad Kg./m3 7 800
Material Madera, densa, seca
Densidad Kg./m3 700
Agua dulce
1000
Madera, densidad baja
450
Agua marina
1030
Madera, densidad media
6001
Aluminio
2700
Mampostería de ladrillo
1300
Asfalto
1300
Mampostería de ladrillo
1800
Baldosas de cerámica
2400
Mampostería de piedra
2200
Cal hidratada, compactada
700
Mampostería de concreto
2150
Cal hidratada, suelta
500
Mortero de inyección para
2250
mampostería Carbón (apilado)
800
Mortero para mampostería
2100
Cobre
9000
Plomo
11400
Concreto Reforzado
2400
Arcilla con grava, seca
1600
Concreto Simple
2300
Arcilla húmeda
1750
Enchape Granito
1550
Arcilla seca
1000
Enchape Mármol
1500
Arena con grava, húmeda
1900
Escoria
1500
Arena y grava, seca, suelta
1750
Hielo
920
Limo, húmedo, apisonado
1550
Limo, húmedo suelto
1250
Vidrio
2560
Yeso, suelto
1150
Yeso, tablero para muros
800
Ladrillo de Arcilla, absorción 2000 baja Ladrillo de Arcilla, absorción 1850 media Ladrillo de Arcilla, absorción 1600 alta Madera, laminada
600
122
Anexo 6: PROPIEDADES FISICAS DE TUBOS SIN COSTURA
Tamaño nominal del tubo y DE. en Pulg.
Número de cedula
Espesor de la pared Pulg.
Dl Pulg.
Área interior Pulg.2
Área del metal Pulg.2
Superficie exterior, Pie2 /pie
Superficie interior, Pie2 /pie
Peso lb/pie
a
b
c
1/8
….
…..
10S
0.049
0.307
0.0740
0.0548
0.106
0.0804
0.186
0.405
40
Std
40S
0.068
0.269
0.0568
0.0720
0.106
0.0705
0.245
80
XS
80S
0.095
0.215
0.0364
0.0925
0.106
0.0563
0.315
¼
….
…..
10S
0.065
0.410
0.1320
0.0970
0.141
0.1073
0.330
0.540
40
Std
40S
0.88
0.364
0.1041
0.1250
0.141
0.0955
0.425
80
XS
80S
0.119
0.302
0.0716
0.1574
0.141
0.0794
0.535
3/8
….
…..
10S
0.065
0.545
0.2333
0.1246
0.177
0.1427
0.423
0.675
40
Std
40S
0.091
0.493
0.1910
0.1670
0.177
0.1295
0.568
80
XS
80S
0.126
0.423
0.1405
0.2173
0.177
0.1106
0.739
½
….
…..
10S
0.083
0.674
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….
…..
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…..
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Std
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Std
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….
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Std
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XS
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XXS
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2.875
….
…..
10S
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Std
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…..
…..
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….
XXS
…..
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….
…..
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Std
40S
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…..
…..
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….
XXS
…..
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3½
….
…..
5S
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….
…..
10S
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Std
40S
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1.047
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XS
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4
….
…..
5S
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1.178
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3.92
5.000
….
…..
10S
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1.178
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….
…..
10S
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40
Std
40S
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XS
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…..
…..
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….
XXS
…..
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….
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Std
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XS
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…..
…..
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….
XXS
…..
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….
…..
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….
…..
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Std
40S
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XS
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0.881
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4
….
…..
5S
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4.334
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1.152
1.178
1.135
3.92
5.000
….
…..
10S
0.120
4.260
14.25
1.651
1.178
1.115
5.61
126
40
Std
40S
0.237
4.026
12.73
3.17
1.178
1.054
10.79
80
XS
80S
0.337
3.826
11.50
4.41
1.178
1.002
14.98
120
…..
0.437
3.626
10.33
5.58
1.178
0.949
18.96
160
…..
0.531
3.438
9.28
6.62
1.178
0.900
22.51
….
XXS
0.674
3.152
7.80
8.10
1.178
0.825
27.54
127
40
Std
40S
0.237
4.026
12.73
3.17
1.178
1.054
10.79
80
XS
80S
0.337
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11.50
4.41
1.178
1.002
14.98
120
…..
0.437
3.626
10.33
5.58
1.178
0.949
18.96
160
…..
0.531
3.438
9.28
6.62
1.178
0.900
22.51
….
XXS
0.674
3.152
7.80
8.10
1.178
0.825
27.54
127
ANEXO 7: MANTENIMIENTO DEL ELEVADOR ELECTRO-HIDRAULICO
Para un mantenimiento adecuado se deben seguir una serie de requerimientos, teniendo en cuenta las horas acumuladas o periodo de trabajo para realizar el mantenimiento respectivo. Si se observa o escucha algún ruido que indique mal funcionamiento, se debe inspeccionar el equipo para arreglar o reemplazar las partes requeridas. Al finalizar cada jornada de trabajo se debe inspeccionar el equipo del elevador.
1. Chequeo del Pre Funcionamiento diario (8 horas)
Es muy importante revisar diariamente el sistema de trinquete de seguridad, detectar a tiempo las posibles fallas del dispositivo podría prevenir daños más
evitar perder tiempo en l
ANEXO 7: MANTENIMIENTO DEL ELEVADOR ELECTRO-HIDRAULICO
Para un mantenimiento adecuado se deben seguir una serie de requerimientos, teniendo en cuenta las horas acumuladas o periodo de trabajo para realizar el mantenimiento respectivo. Si se observa o escucha algún ruido que indique mal funcionamiento, se debe inspeccionar el equipo para arreglar o reemplazar las partes requeridas. Al finalizar cada jornada de trabajo se debe inspeccionar el equipo del elevador.
1. Chequeo del Pre Funcionamiento diario (8 horas)
Es muy importante revisar diariamente el sistema de trinquete de seguridad, detectar a tiempo las posibles fallas del dispositivo podría prevenir daños más graves, evitar perder tiempo en la producción, lesiones personales e incluso la muerte.
o
Se debe revisar los avisos de seguridad tanto visibles como auditivos para un buen funcionamiento del elevador.
o
Revisar los trinquetes de seguridad para el movimiento libre del elevador.
o
Revisar las mangueras y conexiones hidráulicas, para evitar goteo o fugas del líquido hidráulico.
o
Chequear las conexiones de la cadena, asegurándose de que ésta no se esté retorcida o exista demasiada soltura.
o
Revisar las conexiones del cable, comprobando que no se encuentre retorcido o exista demasiada soltura y estén deslizándose sobre sus respectivas poleas.
128
o
Asegurarse de que las poleas estén en buen estado.
o
Revisar los pernos, tuercas y su respectivo apriete.
o
Revisar que los interruptores y las instalaciones eléctricas estén en buenas condiciones, para evitar posibles daños.
o
Mantener las columnas y el riel deslizante sin suciedad y sustancias corrosivas.
o
Chequear el suelo para detectar posibles ruidos de tensión cerca de las bases de la columna.
o
2.
Revisar los brazos del elevador.
Mantenimiento cada 40 horas
o
Revisar el torque a 150 pie-lb. de los pernos de sujeción de la base de la columna. No usar pistola de impacto para dar el apriete recomendado.
o
Chequear el suelo para detectar posibles ruidos de tensión cerca de las bases de la columna.
o
Revisar el aceite hidráulico.
o
Revisar y apretar las tuercas, tornillos y pernos.
o
Asegurarse que la polea del cilindro tenga un movimiento libre, sin que exista un juego excesivo del pasador de la polea.
o
Revisar la polea del cable que no exista el movimiento libre y los juegos excesivos.
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3.
Mantenimiento Anual
o
Lubricar la cadena
o
Engrasar la superficie de rozamiento con la columna y los bloques sintéticos del riel deslizante.
o
Cambiar el aceite hidráulico; para un correcto mantenimiento es necesario el uso de un buen aceite hidráulico (SAE 10), un buen aceite garantiza una mayor vida útil del equipo. El buen estado del aceite así como el tiempo de cambio dependen de factores como: el tipo de servicio, los niveles de contaminación, filtración, la temperatura a la que trabaja y la composición química del fluido. El ambiente de trabajo tiene gran influencia sobre la vida útil del aceite, ya que, si se trabaja en un ambiente con polvo se deberá cambiar el aceite con mayor frecuencia.
Existen operaciones que solo deberan ser realizadas per personal autorizado y debidamente capacitado.
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Cambiar las mangueras hidráulicas.
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Cambiar los rodillos y las cadenas.
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Cambiar las poleas y los cables.
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Limpiar el aire de los cilindros hidráulicos.
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Según se requiera, cambiar la bomba o los motores.
o
Revisar el vástago del cilindro por deformación o ralladuras del mismo.
o
Revisar si no existen daños en la polea del cilindro. 130
