SEP DGEST SES

INSTITUTO TECNOLGICO DE LZARO CRDENAS

DOBLADORA DE TUBOS

SISTEMAS Y MAQUINAS DE FLUIDOS

ALUMNO: LUIS ANGEL NUEZ PANTALEON

INGENIERA ELECTROMECANICA

CATEDRATICO: ING. JORGE SALAZAR ROCHA

CD. LAZARO CARDENAS MICH. 07 DIC. 2008

INDICE

OBJETIVOS.. Pg. 3

MARCO TEORICO...Pg. 4

INTRODUCCION AL SISTEMA HIDRAULICO. Pg. 6

INTRODUCCION A LAS VIGAS Y COLUMNAS.. Pg. 7

DISEO DE VIGAS Y COLUMNAS.. ..Pg.9

SISTEMA HIDRULICO.... Pg.11

HOJA DE CALCULO HIDRAULICO.Pg. 13

CONCLUCIN..Pg.20

BIBLIOGRAFIA.Pg.21

OBJETIVOS

En las gases de salida de un motor de combustin interna se busca que lo gases no perjudiquen la visin del conductor del automvil para eso se realizo un sistema a base de tubos que dirija estos gases hacia la parte trasera del mismo.

Por la forma distinta de cada automvil en su parte inferior y por los diferentes tipos de motores de combustin que utilizan(en v o en lnea), se busco desarrollar una maquina que permitiera realizar varios dobleces de diferentes ngulos para poder direccionar los gases hacia la parte trasera del automvil.

Adems poder observar como trabaja y los fenmenos que se estn presentando en cada una de las piezas que conforman la maquina dobladora de tubos.

MARCO TEORICO

Desde la creacin el hombre ha estado empeado en multiplicar su fuerza fsica. Inicialmente se asocio con otros para aplicar cada uno su fuerza individual a un solo objeto. Tambin el hombre al lado del desarrollo de los dispositivos mecnicos, empez desde muy temprano la experimentacin de la utilizacin de recursos naturales tan abundantes como el agua y el viento. La rueda hidrulica y el molino de viento Son prembulos de mucho inters para la historia de los sistemas con potencia fluida, pues familiarizaron al hombre con las posibilidades de los fluidos para generar y transmitir energa y le ensearon en forma emprica los rudimentos de la Hidromecnica y sus propiedades. La primera bomba construida por el hombre fue la jeringa y se debe a los antiguos egipcios, quienes la utilizaron para embalsamar las momias. Galileo en 1612 elaboro el primer estudio sistemtico de los fundamentos de la Hidrosttica. Un alumno de Galileo, torriceli, enunci en 1643 la ley del flujo libre de lquidos a travs de orificios. Construyo El barmetro para la medicin de la presin atmosfrica.Blaise Pascal, fue uno de los grandes cientficos y matemticos del siglo XVII. Fue responsable de muchos descubrimientos importantes, como:La formulacin de la ley de la distribucin de la presin en un lquido contenido en un recipiente. Se conoce esta, como ley de Pascal.A Isaac Newton, adems de muchas contribuciones a la ciencia y a las matemticas, se le debe en Mecnica de Fluidos:El primer enunciado de la ley de friccin en un fluido en movimiento.La introduccin del concepto de viscosidad en un fluido.Los fundamentos de la teora de la similaridad hidrodinmica.Estos, sin embargo, fueron trabajados aislados de los cuales resultaron leyes y soluciones a problemas no conexos. Hasta la mitad del siglo XVIII no exista aun una ciencia integrada sobre el comportamiento de los fluidos.Los fundamentos tericos de la Mecnica de Fluidos como una ciencia se deben a Daniel Bernoulli y a Leonard Euler en el siglo XVIII.Daniel Bernoulli, perteneci a una famosa familia suiza en la cual hubo once sabios celebres, la mayora de ellos matemticos o mecnicos. Gran parte de su trabajo se realizo en San Petersburgo, como miembro de la academia rusa de ciencias. En 1738 en su "Hidrodinmica", formulo la ley fundamental del movimiento de los fluidos que da la relacin entre presin, velocidad y cabeza de fluido. Leonard Euler, tambin suizo, desarrollo las ecuaciones diferenciales generales del flujo para los llamados fluidos ideales (no viscosos). Esto marco El principio de los mtodos tericos de anlisis en la Mecnica de Fluidos. A Euler se le debe tambin la ecuacin general del trabajo para todas las maquinas hidrulicas rotodinamicas (turbinas, bombas centrifugas, ventiladores, etc.), adems de los fundamentos de la teora de la flotacin.En 1985, despus de 135 aos de la formulacin de la ley de Pascal, Joseph Bramah, construyo en Inglaterra la primera prensa hidrulica. Esta primera prensa utilizaba sello de cuero y agua como fluido de trabajo. El accionamiento se realizaba por medio de una bomba manual y no superaba los 10 bares de presin. Sin embargo, la fuerza desarrollada por ella fue algo descomunal e inesperada para el mundo tcnico e industrial de entonces.En el periodo siguiente, al final del siglo XIX y principios del XX, se tom en cuenta la viscosidad y la teora de la similaridad. Se avanz con mayor rapidez por la expansin tecnolgica y las fuerzas productivas. A este perodo estn asociados los nombres de George Stokes y de Osborne Reynolds.En la Hidrulica contempornea se deben mencionar a: Luidwig Prandtl, Theodor Von Karman Y Johan Nikuradse. Los dos primeros por sus trabajos en Aerodinmica y Mecnica de Fluidos que sirvieron para dilucidar la teora del flujo turbulento; el ltimo sobre flujo en tuberas.En 1930 se empezaron a construir las bombas de paletas de alta presin y se introdujeron los sellos de caucho sinttico. Diez aos despus los servomecanismos electrohidrulicos ampliaron el campo de aplicacin de la oleohidrulica (rama de la hidrulica que utiliza aceite mineral como fluido). Desde los aos sesenta el esfuerzo investigativo de la industria y las entidades de formacin profesional ha conducido hasta los sofisticados circuitos de la hidrulica.

INTRODUCCION AL SISTEMA HIDRAULICOEl sistema ms destacado que conforma la dobladora de tubos es sin duda el sistema hidrulico ya que su funcin es esencial para realizar el trabajo.La carrera del vstago del cilindro no debe ser muy larga ya que la distancia entre el tubo a doblar y el dado(elemento doblador) no es muy larga, claro esto depende la dimensin del tubo a doblar y como el dimetro mximo del tubo a doblar es de 3 pulg. Por lo tanto la no es necesario un cilindro de arrera larga.El cilindro hidrulico lleva una vlvula de compuerta de la cual salen dos lneas que van conectadas al pistn de doble efecto que se encuentra visible en la parte superior de la maquina, se le inyectara aceite a una determinada presin que ser suministrado por una bomba.Calculo de la Fuerza de Empuje.Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistn y vstago trabajando dentro de la camisa de un cilindro. El fluido actuando sobre la cara anterior o posterior del pistn provoca el desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a travs del vstago.El desplazamiento hacia adelante y atrs del cilindro se llama "carrera". La carrera de empuje se observa en la Fig.6-2A y la de traccin o retraccin en la Fig. 6-2B.La presin ejercida por el aire comprimido o el fluido hidrulico sobre el pistn se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo. Velocidad del cilindroLa velocidad de un cilindro hidrulico es fcil de calcular si se emplea una bomba de desplazamiento positivo. En la figura 6-5 mostramos un ejemplo tpico, con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro. Teniendo el rea del pistn de 78 para encontrar la velocidad primero convertiremos los litro en por minuto es decir: 40 x 1000= 40,000/min. Luego dividimos entre el rea del pistn obteniendo as la velocidad.

INTRODUCCION A VIGAS Y COLUMNAS

Cuando un cuerpo relativamente esbelto soporta cargas que estn aplicadas verticalmente a su eje longitudinal, el miembro se denomina viga. Cualquier miembro, ya se parte de una maquina, o una trabe en un puente o un edificio, que se flexiona bajo la aplicacin de las cargas se llama viga.Las columnas son miembros estructurales esbeltos cargados axialmente en compresin, si un miembro a compresin mas bien esbelto, puede fallar por flexin o deflexionarse en forma lateral en vez de por compresin directa del material. Este comportamiento se puede evidenciar en una regla de plstico o algn otro objeto esbelto. Cuando hay una flexin lateral decimos que la columna se a pandeado. Bajo una carga axial creciente, las deflexiones laterales tambin aumentan y la columna termina por fallar por completo.Se presentaran las vigas y columnas que sern tratadas para el desarrollo del proyecto tomando en cuenta todas las cargas a las que sern sometidas estos elementos por las fuerzas externas (peso del pistn) e internas (peso propio del elemento), tambin los momentos de inercia a los que sern sometidos.

DISEO DE VIGAS Y COLUMNAS

Las siguientes especificaciones fueron obtenidas de tablas del libro de MECANICA DE MATERIALES AUTOR: FITZGERALD.

Acero bajo contenido de carbn Esfuerzo de fluencia Mdulo de elasticidad

Estos parmetros sern para todas las vigas y columnas.

Primero se van a determinar los momentos de inercia, de acuerdo a las dimensiones requeridas de las vigas y columnas, para posteriormente determinar lo esfuerzos a los que sern sometidas.

ESFUERZOS EN VIGAS

La estructura de la dobladora de tubos esta conformada por una seria de vigas y columnas, estas solo son utilizadas para brindar un soporte de apoyo al pistn hidrulico y a los rodillos de soporte.

El tipo de perfil que se utilizara para realizar este proyecto es solo un y a continuacin se darn sus especificaciones. Propiedades mecnicas:

Vigas longitudinales (estructural PTR):H = Peralte altura (cm)B = Patn (cm)E = Espesor (cm)L = Longitud total de la viga (tipo ngulo)

Partiendo de un diseo general de las vigas (ESTRUCTURAL PTR) antes de su ensamble se dispone a dimencinarla con las siguientes medidas:

H=2.54 cmB=2.54 cmE=0.3 cmL=100 cm

Consultando las tablas obtenidas en base a internet de la industria de perfiles aceros del pacifico para las vigas (estructurales PTR) se obtuvieron las siguientes especificaciones:

rea transversal=1.4

Peso por metro=1.62

Ix-x=1.34

=372.28N

L=1

=4=(372.28)(1)4=93.07N

Entonces si = , donde c= 0.0125

Por lo tanto ==86819029.85

Ahora para las vigas de 50 cm

W=372.28N , L=.5m

=4=(372.28)(.5)4=46.535N

Por lo tanto ==43409514.93

ESFUERZO EN COLUMNAS

Las columnas son cualquier estructura que est sometida a compresin axial, en nuestro caso la compresin axial ser provocada por el peso de la placa y el pistn sern los elementos que aporten la mayor compresin.

Como ya se dijo anteriormente, tambin se usaran perfiles estructurales PTR para las columnas obteniendo las siguientes especificaciones:

rea transversal=1.18x4=4.8

Peso por metro=1.62

=0.00978

Iy-y=1.34

=372.28 N

L=1.2

Para realizar el clculo de la columna se debe tener en cuenta el factor K, este ya viene establecido conforme al mtodo de sujecin de la viga, para el desarrollo del proyecto se considerara un factor K=0.65

==140.49

Relacin de esbeltez = = =73.1

Para utilizar alguna de las siguientes ecuaciones se presentan las siguientes condiciones.Si es menor que entonces se utiliza

Si es mayor que entonces se utiliza

Sabiendo entonces la ecuacin a utilizar nos queda que:

(200)=104.17

Y el esfuerzo nominal que presenta la columna es la relacin entre la fuerza y el rea

Esto nos dice que la columna tiene un amplio rango de cargo sin tener ninguna deformacin considerable.SISTEMA HIDRAULICOTomando en cuenta a la bomba y sus especificaciones como el caudal, se llevara a cabo el clculo hidrulico para la determinacin de las presiones, perdidas y las diferentes velocidades dentro de la tubera y as mismo dentro del pistn.Con estas consideraciones nos basaremos para poder elegir lo bomba que mas nos convenga. Cabe mencionar que el pistn fue elegido del catalogo de ROEMHELD el cual nos dio las especificaciones que aqu se manejan.Primero sabemos que nuestro pistn no debe de ir muy rpido ya que si as lo fuera los tubos no quedaran con el ngulo de dobles deseado por lo tanto obtendremos los datos de caudal con la siguiente formula: Por lo tanto tendramos que GPM= si =7.79Y la velocidad ser de .4m por minuto es decir de .66cm por segundo entoncesGPM=(15.84pulg/min)(7.79)/231=.481 GPM

Con lo datos que ye se tienen ahora se empieza a realizar las operacionesPara el calculo de lo anteriormente mencionado.Primero se comienza convirtiendo el caudal por que lo tenemos en galones por minuto y lo necesitamos en

Como entonces Con el de la tubera nos da el rea=Sabiendo que se obtiene que Calculando el nmero de reynolds

Como ya se tiene reynolds se deduce el coeficiente de friccin

Ahora se van a considera las perdidas tanto en la descarga como en la succin.Perdidas en succin:

H=k si k=1.2 H=3.5

H=.406+3.5=.409 m

Con la formula de bernoulli

Como el punto 1 se tomara de referencia por lo tanto ; y no existe presin en el deposito

Esto es

de succin.

Perdidas en la primera descarga:

H k =(1.2)( conexin para la bomba

H k =(1)( conexin del pistn

H=.195+ + =.201m

Como las velocidades son iguales y

Para conocer la presin que se debe tener en el pistn hacemos

Donde P sera la fuerza necesaria para doblar el tubo considerando el tubo de 3 pulgadas ya que es el dimetro mayor que puede manejar la maquina.

; S= ; = ; C=

Igualando ecuaciones nos da que

M= como M=

Por lo tanto F== =17950.1N

P= = =3938301.18 Pa

Entonces por lo tanto

(472.3+.55+.201)(850)(9.81)=3944563.39

Como tambin se tiene una descarga del pistn hacia el tanque calculamos esta presin con sus debidas perdidas

Tomamos de referencia el punto 2, por lo tanto

Se hace la sumatoria4272.82+3944563.39+4001166.64=7950002.88Para la potencia de la bomba

Consideraciones de la bombaBomba de desplazamiento positivo Motor ;

DIBUJOS DE AUTOCAD CON COTAS

Esta es la vista superior donde se puede observar el pistn, las mangueras de alta presin el dado doblador que esta sujeto al vstago del pistn y la placa que sujeta a los rodillos dobladores.

Esta es la vista la vista derecha aqu se observan mejor los rodillos dobladores, el sistema hidrulico y la mesa donde esta montado, tambin se aprecia la parte trasera del motor y el tanque de almacenamiento, la caja de control que se encuentra en la esquina superior izquierda para que el operador de la maquina visualice los doblados de los tubos.

Esta es la vista frontal aqu se puede ver como el elemento doblador junto con los rodillos dobladores forman crculos del tamao de la tubera.

CONCLUSION

Para poder realizar este tipo de maquinaria se tiene que tomar en cuenta formulas de diseo ya que la utilizadas no darn la forma precisa en como trabajara la maquina, los clculos que aqu se llevaron acabo son un poco rudimentarios ya que la investigacin debe llegar mas a fondo.

Al introducirnos en vigas y columnas se toma un poco a la ligera ya que es muy difcil percibir el peso real del pistn y de la placa, estos valores que se dieron son aproximados por lo tanto los clculos tambin lo son.

Como tambin nos dimos cuenta no se tomaron varios factores como la temperatura a la que debe de trabajar la bomba, las formas de conexin entre la bomba y el pistn, etc.

El llevar acabo el diseo de una maquina hidrulica no es nada fcil y que se necesita tener mucho conocimiento de varias materias, lo que aqu se presento fue solamente un calculo bsico, pero sin duda la base con la que se podra continuar su desarrollo.

BIBLIOGRAFIA

MECANICA DE MATERIALESAUTOR: FITZGERALDEDITORIAL: ALFAOMEGA

MANUAL DE FORMULAS TECNICASAUTOR: GIECKEDITORIAL: ALFAOMEGA

ACEROS DEL PACIFICOEMPRESA DE PERFILES

ROEMHELDCATALOGO DE PISTONES

ING. ELECTROMECANICAPgina 2