Proyecto de La Prensa Hidraulica
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INSTITUTO SUPERIOR PEDRO P. DÍAZ MECÁNICA DE PRODUCCIÓN INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICA “APLICACIÓN DE UNA PRENSA HIDRÁULICA PARA FACILITAR EL TRABAJO DE AJUSTE Y DESAJUSTE, TAMBIÉN TRABAJOS QUE NECESITEN GRANDES PRESIONES EN UNOS PUNTOS PRECISOS” Proyecto de investigación presentado: Alexander Ruben Revilla Fuentes José Vitaliano Ticona Turpo Para optar la carrera profesional de mecánica de producción
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INSTITUTO SUPERIOR PEDRO P. DÍAZ
MECÁNICA DE PRODUCCIÓN
INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICA
“APLICACIÓN DE UNA PRENSA HIDRÁULICA PARA FACILITAR EL TRABAJO DE AJUSTE Y
DESAJUSTE, TAMBIÉN TRABAJOS QUE NECESITEN GRANDES PRESIONES EN UNOS
PUNTOS PRECISOS”
AREQUIPA-PERÚ
2010
Proyecto de investigación presentado:Alexander Ruben Revilla FuentesJosé Vitaliano Ticona Turpo
Para optar la carrera profesional de mecánica de producción
Los dedico a mis padres que me apoyaron siempre en las decisiones que tome a lo largo de mi carrera de mecánica de producción.
1. PREÁMBULO
Agradezco a los profesores, compañeros que me ayudaron a lo largo de mi carrera profesional de mecánica de producción.
Durante mucho tiempo al ver que la gente trataba de hacer trabajos de
ajuste y desajuste entre ejes y agujeros, pero también trabajos de grandes
presiones en puntos precisos, sin dejar abolladuras pero no se podía ya que
esas grandes presiones que ejercían las hacían por medio de golpes de
combas o martillos.
Tanto la situación descrita de los trabajos de grandes presiones en
puntos precisos no es fácil llevarlas a cabo sin tener daños en la pieza
trabajada ya que los golpes siempre ocasionan daño y en el peor de los casos
puede provocar que las piezas se rajen o se rompan.
En algunos talleres las personas que hacen estos trabajos de ajuste y
desajustes piensan que la compra o fabricación de una maquina o herramienta
que ayude este trabajo piensas, que es un gasto insulso de plata, pero sin
embargo analizando todos los puntos de vista las ventajas son muy grandes
como la reducción de tiempo, el esfuerzo humano, también da mejor acabado y
la precisión que se ejerce en un punto especifico es mucho mas preciso.
II. Planteamiento Teórico
1. Problema de investigación
1.1. Enunciado del problema
“APLICACIÓN DE UNA PRENSA HIDRÁULICA PARA
FACILITAR EL TRABAJO DE AJUSTE Y DESAJUSTE, TAMBIÉN
TRABAJOS QUE NECESITEN GRANDES PRESIONES EN
UNOS PUNTOS PRECISOS”
1.2. Descripción del problema
El campo al que pertenece es las ingenierías, el área de
conocimiento al que pertenece este problema es la ingeniería
mecánica, y la construcción de una máquina herramienta que
facilite los trabajos de ajustes y desajustes.
1.3. Definición del problema
Las situaciones relacionadas y los
inconvenientes presentados cuando se requería realizar
desmontajes de ciertos elementos de máquinas surgían
problemas, pues no se contaba con una herramienta
apropiada para brindar mantenimiento a estos equipos,
utilizándose gran cantidad de tiempo y esfuerzo al momento
de efectuar el desmontaje y montaje de estas piezas.
OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
VARIABLE(S) DEFINICIÓN INDICADORES DEFINICIÓN
Variable Independiente (V.E):
Aplicación de la Prensa Hidráulica
Mecanismo conformado por vasos comunicantes
impulsados por pistones de diferente área que,
mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras
mayores.
Ajuste
Desajuste
La relación mecánica existente
entre dos piezas que pertenecen
a una máquina o equipo
industrial, cuando una de ellas
encaja o se acopla en la otra.
La separación de dos piezas que
se encuentran bajo un
determinado ajuste entre ellas
VARIABLE(S) DEFINICIÓN INDICADORES DEFINICIÓN
Variable dependiente (V.R):
Facilitar el trabajo de ajuste y desajuste
Es el trabajo que se realiza cuando en una
determinada pieza cuando estas dos se encuentran
bajo una presión determinada.
Acabado
Tiempo
Costo
Es un proceso de fabricación empleado en la manufactura cuya finalidad es obtener una superficie con características adecuadas para la aplicación particular del producto que se está manufacturando
El Tiempo es la magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos sujetos a cambio
Es el gasto económico que representa la fabricación de un producto o la prestación de un servicio.
Interrogantes de la Investigación
1) ¿En que consiste la fabricación de una máquina herramienta que
facilite el trabajo de ajuste y desajuste, también de grandes presiones
en puntos muy precisos?
2) ¿Cómo se presenta las dificultades del trabajo de ajuste y desajuste
en los talleres de mantenimiento?
3) ¿Cuán eficaz es la construcción de la prensa hidráulica para los
trabajos de ajuste y desajuste?
Tipo de investigación: Investigación de campo
Nivel d investigación: Experimental
Modalidad: Cuasi-experimental
1.4. Justificación del problema
Inspirada por razones de disminuir el esfuerzo humano y la
reducción del tiempo en los trabajos, que podría llegar a reducir en
66% el tiempo de trabajo y también dar un mucho mejor acabado a
los trabajos de ajuste y desajuste de grandes presiones.
Al existir partes mecánicas, los cuales, por la clase de
trabajo a que estaban sometidas, necesitaban tener ajuste entre ejes
y agujeros de tipo indeterminado, resultaba escabroso el proceso de
desacoplamiento de dichos elementos de máquinas, pues se lo hacía
mediante golpes, previo calentamiento de las piezas esta operación
puede ocasionar daños a dichas piezas e incluso puede
quebrarla.
Para resolver este problema, se estudió la factibilidad de la
construcción de una prensa hidráulica de tal manera que se convierta
en una herramienta útil para la operación de montaje y desmontaje
de dichos elementos.
2. Marco conceptual
2.1. DEFINICIONES CONCEPTUALES
a) Prensa Hidráulica: Es un mecanismo conformado por vasos
comunicantes impulsados por pistones de diferente área que,
mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras mayores. Los
pistones son llamados pistones de agua. Porque son hidráulicos.
Estos hacen funcionar conjuntamente a las prensas hidráulicas por
medio de motores
En el siglo XVII, en Francia, el
matemático y filósofo Blaise Pascal
comenzó una investigación referente al
principio mediante el cual la presión
aplicada a un líquido contenido en un
recipiente se transmite con la misma
intensidad en todas direcciones. Gracias
a este principio se pueden obtener
fuerzas muy grandes utilizando otras
relativamente pequeñas.
b) Filtro Hidráulico: Un filtro hidráulico es el componente principal del
sistema de filtración de una máquina hidráulica, de lubricación o de
engrase. Estos sistemas se emplean para el control de la
contaminación por partículas sólidas de origen externo y las
generadas internamente por procesos de desgaste o de erosión de
las superficies de la maquinaria, permitiendo preservar la vida útil
tanto de los componentes del equipo como del fluido hidráulico.
3. Análisis de antecedentes investigativos
Prácticamente este proyecto es mucho más complejo que otros ya que por la
función adicional que cumple los puntos de presión son mucho más precisos.
CASO I:
La prensa mecánica o prensadora es
una máquina que acumula energía mediante un
volante de inercia y la transmite bien
mecánicamente (prensa de revolución total) o
neumáticamente (prensa de revolución parcial)
a un troquel o matriz mediante un sistema de
biela-manivela. Actualmente las prensas de
revolución completa (también llamadas de
embrague mecánico o de chaveta) están
prohibidas por la legislación vigente en toda
Europa. La norma que rige estas prensas es la
EN-692:2005 transpuesta en España como
UNE-EN692:2006 +A1:2009.
CONCLUSIÓN:
Esta máquina consiste por medio de un sistema de manivelas y la
transmisión de correas y por tal motivo no puede emitir grandes presiones
como la prensa hidráulica. A demás por ser de gran tamaño abarca mucho
espacio.
4. Objetivos
a) Describir las funciones de la prensa hidráulica y las ventajas de
que puede llegar a cabo.
b) Realizar mejores acabados y sin riesgo de que se la pieza a
trabajar sufra algún daño o posible rotura.
c) Establecer la eficacia en el tiempo de trabajo y la reducción del
esfuerzo humana para que el taller o el área de trabajo sea
mucho más eficiente que las demás.
5. Hipótesis
Dado que los trabajos de ajuste y desajuste entre ejes y agujeros son
muy difíciles de llevarlos a cabo ya que se necesita de una gran precisión y a la
vez una gran presión para que el ensamble quede perfecto. También se trata
de reducir el majen de error que existe en las piezas de ajuste.
III. Planteamiento operacional
1. Técnicas e instrumentos de verificación
1.1. Técnica: Observación experimental.
Especificación de la solución.
A partir de estos parámetros asumidos, comienza el proceso de
verificación, sometiendo nuestro diseño a un proceso de certificación mediante
cálculos de ingeniería, para corroborar las medidas y evitar el colapso futuro
del sistema. Para facilitar el proceso, se procede a detallar las partes
constitutivas, numerándolas y asignándoles un nombre.
TABLAPARTES CONSTITUTIVAS DE LA PRENSA HIDRÁULICA.
Elemento Denominación Cantidad
1 Viga transversal de soporte de cilindro hidráulico 1
2 - 3 - 4 - 5 Columnas de prensa hidráulica 4
6 - 7 Viga transversal de soporte de pieza de trabajo 2
8 - 9 - 10 - 11 Pines de apoyo 4
12 Placas laterales de cuerpo móvil 2
13 Perno de apoyo de rodamiento 2
14 Rodamiento 2
15 Placa de sujeción de cilindro 1
La justificación del diseño se describe a continuación:
ANÁLISIS DE ELEMENTOS DE PRENSA HIDRÁULICA.
Elemento #1
Viga transversal de soporte de cilindro hidráulico (viga I).
Longitud = 1900 mm.
Longitud de las alas = 300 mm.
Altura = 450 mm.
Espesor de las alas = 32 mm.
Espesor del alma = 24 mm.
Carga máxima = 1960000 N (200 toneladas).
Elemento #2 - #3 - #4 - #5
Columnas de prensa hidráulica (viga I).
Longitud = 2700 mm.
Longitud de las alas = 300 mm.
Altura = 300 mm.
Espesor de viga = 20 mm.
Carga máxima = 490000 N (la carga inicial se reparte entre las 4 columnas).
Elemento #6 - #7
Viga transversal de soporte de pieza de trabajo (viga I).Longitud = 1500 mm.Longitud de las alas = 240 mm.
Altura = 240 mm.
Espesor de las alas = 38 mm.
Espesor del alma = 32 mm.
Carga máxima = 980000 N.
Elemento #8 - #9 - #10 - #11 (ver anexo # 5).
Pines de apoyo.
Longitud = 300 mm.
Diámetro = 80 mm.
Carga máxima = 245000 N.
A continuación se presenta una tabla donde se detalla los esfuerzos y
los factores de seguridad de cada uno de los elementos que conforman la
prensa hidráulica
TABLAESFUERZOS Y FACTORES DE SEGURIDAD PARA ELEMENTOS DE
PRENSA HIDRÁULICA
Elemento Esfuerzo Factor
Viga transversal soporte de cilindro hidráulico 75 Mpa. (Flexión) 2.3
Viga transversal soporte de cilindro hidráulico 34 Mpa.(Cortante)
Columnas de prensa hidráulica 28 Mpa. (Tensión) 8.7
Viga transversal soporte de pieza de trabajo 199 Mpa. (Flexión) 1.24
Viga transversal soporte de pieza de trabajo 14 Mpa. (Cortante)
Pines de apoyo 24 Mpa. (Cortante) 5.1
Métodos alternativos de diseño.
Cabe resaltar que con el desarrollo de la tecnología, en la actualidad, se
hace uso tanto para análisis como para justificación, modelos matemáticos más
desarrollados, mediante la aplicación de programas de computación.
El objetivo de este proceso es, certificar que los modelos matemáticos
utilizados para el dimensionamiento de los elementos de la prensa hidráulica,
son los adecuados.
El programa constituye una ayuda adicional para el diseño de
elementos, pues permite simular variaciones en las condiciones de operación,
hasta el caso último donde se presenta la falla del elemento. Además, otro
factor clave para la adopción de esta herramienta es la rapidez de realización
del cálculo. Además su utilización, permite realizar el contraste de los
resultados que se obtuvieron al usar el método tradicional para diseño
mecánico de elementos de máquinas, donde se utilizan las teorías de
esfuerzos con el objeto de dimensionar elementos y proveer factores de
seguridad adecuados para el confiable desempeño del equipo.
Simulación de desempeño de prensa hidráulica.
Para el caso de la prensa manual de 200 toneladas, los resultados de la
simulación del comportamiento de cada elemento, más importantes y
conflictivos son los siguientes:
TABLA.ESFUERZOS Y FACTORES DE SEGURIDAD PARA ELEMENTOS DE
PRENSA HIDRÁULICA
Elemento Esfuerzo Factor
Viga transversal soporte de cilindro hidráulico 130 Mpa (Flexión) 1.9
Viga transversal soporte de pieza de trabajo. 163 Mpa (Flexión) 1.5
En comparación con los valores calculados mediante los métodos
tradicionales de diseño de elementos mecánicos, se encuentra, que los
esfuerzos determinados por esta metodología de cálculo, difieren.. Sin
embargo, en la realidad, el equipo está sobredimensionado, pues la carga
utilizada para los cálculos (200 toneladas), es la máxima carga que soportará el
equipo en cualquier ambiente de trabajo.
PROCESO DE CONSTRUCCIÓN.
Implantación de la solución.
En el proceso de construcción se realizan las labores de organización,
planificación, dirección y control de la obra. Dentro de estas labores se
efectúan o verifican tópicos tales como: disposición de recursos, materiales a
utilizar en la construcción, tiempo de ejecución, requerimientos de mano de
obra, evaluación de avances, retroalimentación de proceso y manejo de
imprevistos.
ANÁLISIS FODA DE LA PRENSA HIDRULICA
1. FORTALEZAS
Esta máquina herramienta puede ejercer una gran cantidad de
presión a las piezas que tiene ajustes entre ellas para poder repararlas si
es que lo requieren y a la vez al usar esta máquina herramienta de la
prensa hidráulica tendría un mejor acabado los trabajos de ajuste y
desajuste.
2. OPORTUNIDADES
La gran cantidad de trabajos de ajuste y desajuste se realizaran
mucho más rápido y menor dificultad ya que se ejerce grandes presiones
con mucha precisión.
3. DEBILIDADES
La debilidad seria que a la prensa le faltaría un poco mayor de
presión para ciertos trabajos.
4. AMENAZAS
Serian una la construcción de una prensa de mucho mayor
presión que la diseñada en este proyecto.
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
1.-PRINCIPIOS DE LA HIDRÁULICA.
Todas las máquinas de movimiento de tierras actuales, en
mayor o menor medida, utilizan los sistemas hidráulicos para su
funcionamiento; de ahí la importancia que estos tienen en la
configuración de los equipos y en su
funcionamiento.
Un sistema hidráulico constituye un
método relativamente simple de aplicar
grandes fuerzas que se pueden regular y
dirigir de la forma más conveniente.
Otras de las características de los
sistemas hidráulicos son su confiabilidad y su simplicidad. Todo
sistema hidráulico consta de unos cuantos componentes
relativamente simples y su funcionamiento es fácil de entender.
Vamos a tratar de describir algunos principios de
funcionamiento así como algunos componentes simples y la forma en
que se combinan para formar un circuito hidráulico.
Hay dos conceptos que tenemos que tener claros el de fuerza y
el de presión. Fuerza es toda acción capaz de cambiar de posición un
objeto, por ejemplo el peso de un cuerpo es la fuerza que ejerce,
sobre el suelo, ese objeto. La presión es el resultado de dividir esa
fuerza por la superficie que dicho objeto tiene en contacto con el
suelo.
De esto sale la formula de Presión = Fuerza/Superficie. P=F/S
De aquí podemos deducir que la Fuerza= Presión X Superficie;
y Superficie=Fuerza/Presión.
La presión se mide generalmente en Kilogramos/Cm2.
La hidráulica consiste en utilizar un liquido para transmitir una
fuerza de un punto a otro.
Los líquidos tienen algunas características que los hacen ideales
para esta función, como son las siguientes:
Incompresibilidad. (Los líquidos no se pueden comprimir)
Movimiento libre de sus moléculas. (Los líquidos se adaptan a la
superficie que los contiene).
Viscosidad. (Resistencia que oponen las moléculas de los
líquidos a deslizarse unas sobre otras).
Densidad. (Relación entre el peso y el volumen de un líquido).
D=P/V La densidad patrón es la del agua que es 1, es decir un
decímetro cúbico pesa un kilo.
El principio más importante de la hidráulica es el de Pascal que
dice que la fuerza ejercida sobre un liquido se transmite en forma de
presión sobre todo el volumen del líquido y en todas direcciones.
Como ejemplo podemos llenar un tubo de agua y colocar dos
tapones en los extremos, si golpeamos uno de ellos, el otro saldrá
disparado con la misma fuerza que le hemos aplicado al primero. De
la misma forma si en cada extremo del tubo colocamos dos cilindros
hidráulicos iguales y empujamos uno de ellos con una determinada
fuerza, el otro se moverá en sentido contrario con la misma fuerza
ejercida.
Ahora bien si el segundo de los cilindros es el doble de grande
que el primero, la fuerza ejercida en el primero se multiplicará en el
segundo, de forma que por ejemplo si el primero tiene una superficie
de 5 Cm2 y ejercemos una fuerza de 10 Kg resulta una presión de 0,5
Kg/Cm2 que transmitida al segundo en el supuesto de que tenga 100
Cm2 de superficie X 0,5 Kg/Cm2 resultará una fuerza de 50 Kg.
Por lo tanto además de poder transmitir la fuerza a cualquier
punto, también podemos variar la misma cambiando la superficie
sobre la que es ejercida.
Generalmente la fuerza Hidráulica se consigue empujando el
aceite por medio de una bomba conectada a un motor, se transmite a
través de tuberías metálicas, conductos, latiguillos, etc. y se proyecta
en cilindros hidráulicos, motores, etc.
Un circuito hidráulico básico podría constar de un depósito de
aceite, una bomba que lo impulsa, una tubería que lo transmite y un
cilindro que actúa.
Componentes básicos de los circuitos hidráulicos.
Los sistemas hidráulicos se componen básicamente de:
Bombas.
Tuberías.
Válvulas.
Depósitos.
Cilindros o botellas.
Motores.
Filtros.
Las bombas hidráulicas en maquinaria suelen ser de tres tipos
fundamentalmente: Bombas de engranajes, bombas de paletas y
bombas de pistones.
Las tuberías de conducción de los circuitos hidráulicos pueden
ser metálicas con tubos rígidos conformados a la medida o bien
latiguillos de goma con una o varias capas de alambres de acero
trenzado en su interior, dependiendo de la presión para la cual estén
diseñados.
Las válvulas son fundamentales en los circuitos hidráulicos, y
son las que controlan los flujos de aceite para dirigirlos hacia el lugar
conveniente encada momento. Cada fabricante puede denominarlas
de una manera distinta, pero básicamente las funciones son similares
en casi todos los circuitos hidráulicos. Podemos hablar de válvulas de
carrete, de retención, reductoras de presión, de seguridad,
compensadoras, pilotadas, antirretorno, moduladoras, combinadas,
etc. Actualmente la tendencia general de todos los fabricantes es la
de sustituir los circuitos pilotados hidráulicamente por pilotaje
electrónico que resulta mas cómodo, barato y sencillo, los circuitos
son mandados por señales
eléctricas y en unos pocos años
la parte hidráulica de las
máquinas se limitará a los
circuitos principales que son
menos propensos a las averías.
Los depósitos hidráulicos pueden
ser de dos tipos: Presurizados
que mantienen durante el
funcionamiento de la máquina una presión en su interior que favorece
la descarga de aceite hacia las bombas. Depósitos con respiradero
que no mantienen presión en su interior.
Los cilindros o botellas pueden tener diversas formas o tener los
soportes colocados de distinta manera, pero generalmente se pueden
clasificar por el sistema de cierre de la tapa que varia en función de la
presión que tengan que soportar. Las tapas que usan tornillos
aguantan generalmente más presión que las tapas que van
atornilladas directamente en la camisa. Estas últimas pueden ser
atornilladas exteriormente o bien en la parte interior de la camisa.
Motores hidráulicos son generalmente de pistones y caudal fijo,
se utilizan generalmente para la traslación de las máquinas.
Filtros hidráulicos, van generalmente en derivación con el
circuito principal y suele pasar por ellos una parte de la presión de
retorno, circunstancia por la cual, su eficacia en el circuito es
limitada. No suelen colocarse en las líneas de presión porque
necesitarían ser muy reforzados para aguantar tan altas presiones y
serian antieconómicos.
En las líneas de aspiración de
las bombas podrían dar
lugar a restricciones que
producirían cavitación acortando así drásticamente la vida útil de las
mismas.
Como consecuencia de los cambios que están experimentando
los circuitos hidráulicos tanto en cuanto a su configuración, (nuevos
elementos electrónicos, sensores más eficaces, pasos de aceite más
restringidos), como en cuanto a su tecnología, (ajustes de válvulas
más pequeños, cilindros y vástagos con mecanizados más finos,
menores tolerancias en general en los circuitos), cada vez es mas
critica la limpieza del aceite que circula por los mismos, los
mantenimientos de los circuitos hidráulicos, al contrario que en otros
sistemas, se están acortando.
Un circuito hidráulico en el que se produzca una avería que dé
lugar a la rotura de algún componente, por sus especiales
características, trasladará la contaminación inmediatamente a todo el
resto del circuito, siendo muy probable que se tenga que desmontar y
limpiar el circuito completo para solucionar el problema.
