Elevador Electro Hidraulico

UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR

Facultad de Ingeniera Automotriz

TESIS DE GRADO PARA LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERO EN MECANICA AUTOMOTRIZ

Diseo e Implementacin de un Elevador Electro-hidrulico de dos Columnas para Vehculos Livianos

Ramiro Patricio Njera Arias

Geovanny Rodrigo Jarrn Gallardo

Director: Ing. Edwin Puente

2011

Quito, Ecuador

C E R T I F I C A C I N

Nosotros, GEOVANNY RODRIGO JARRN GALLARDO y RAMIRO

PATRICIO NJERA ARIAS, declaramos que somos los autores exclusivos

de la presente investigacin y que sta es original y autntica. Todos los

efectos acadmicos y legales que se desprendan de la presente investigacin

sern de nuestra exclusiva responsabilidad.

Geovanny Jarrn G. Ramiro Njera A. CI: 1716633340 CI: 1720571676 Yo, ING. EDWIN PUENTE, declaro que, en lo que yo personalmente

conozco, los seores, GEOVANNY RODRIGO JARRN GALLARDO y

RAMIRO PATRICIO NJERA ARIAS, son los autores exclusivos de la

presente investigacin y que sta es original, autntica y personal suya.

Ing. Edwin Puente Director

i

AGRADECIMIENTO

Agradezco a mis padres por su apoyo incondicional a lo largo de toda mi vida,

por sus consejos, su tolerancia y paciencia.

A mis hermanos porque junto a ellos hemos tenido logros, tropezones, altos y

bajos y a pesar de todo hemos salido adelante 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 predisposicin al trabajo hizo posible en gran parte la

culminacin exitosa de nuestro proyecto de grado

Ramiro

Agradezco a mis padres quienes a lo largo de toda mi vida han apoyado y

motivado mi formacin acadmica, creyeron en m 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 enseanza.

Al Ing. Edwin Puente por su apoyo y ayuda, y finalmente a Ramiro por su

constante ayuda en la realizacin de este proyecto.

Geovanny

ii

DEDICATORIA

Dedico este proyecto en primera instancia a mis padres, ya que sin su apoyo

no hubiese sido posible la culminacin exitosa de mi carrera profesional, por

estar junto a m 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 corazn

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 educacin 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

iii

INDICE GENERAL

AGRADECIMIENTO ............................................................................................................. i

INDICE GENERAL .............................................................................................................. iii

INDICE DE TABLAS ........................................................................................................... vi

SNTESIS ............................................................................................................................... 1

CAPTULO 1.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN ELEVADOR ELECTRO-HIDRULICO DE DOS COLUMNAS. ............................................................................... 4

1.1. Descripcin del elevador electro-hidrulico de dos columnas. ............................... 4

1.2. Principio de funcionamiento del elevador ............................................................... 6

1.2.1. Mecnica de fluidos .......................................................................................... 7

1.2.2. Principio de pascal ............................................................................................ 7

1.3. ELEMENTOS HIDRULICOS.............................................................................. 9

1.3.1. Bombas ............................................................................................................. 9

1.3.2. Fluidos hidrulicos ......................................................................................... 13

1.3.3. Cilindros hidrulicos ...................................................................................... 18

1.3.4. Vlvulas .......................................................................................................... 21

1.3.5. Electrovlvulas ............................................................................................... 25

1.4. Control ................................................................................................................... 26

1.4.1. Control manual ............................................................................................... 26

1.4.2. Control elctrico ............................................................................................. 26

1.5. Columnas ............................................................................................................... 26

1.5.1. Empotramiento o fijacin ............................................................................... 27

1.5. Vigas de soporte......................................................................................................... 28

iv

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. Cables. ............................................................................................................ 37

1.7. Elementos elctricos. ............................................................................................. 40

1.7.1. Motor Trifsico. .............................................................................................. 40

1.8. Soldaduras. ............................................................................................................. 40

1.8.1. Tipos de Soldadura. ........................................................................................ 41

CAPITULO 2.- DISEO DEL ELEVADOR ELECTRO-HIDRULICO. ........................ 44

2.1. Parmetros de diseo. ................................................................................................ 44

2.2. Clculos del desarrollo del material........................................................................... 45

2.2.1. Relaciones entre cargas esfuerzos y deformaciones. .......................................... 45

2.3. Cargas. ....................................................................................................................... 46

2.4. Clculo y anlisis general de la estructura. ................................................................ 47

2.4.1. Carga critica de un soporte largo y esbelto ......................................................... 47

2.4.2. Clculos de las columnas .................................................................................... 51

2.4.3. Anlisis esttico de los brazos ............................................................................. 59

2.5. Diseo y seleccin de elementos hidrulicos ............................................................ 73

2.5.1. Diseo del cilindro. ............................................................................................. 73

2.5.2. Diseo del vstago del cilindro. .......................................................................... 76

2.5.3. Seleccin de la Unidad de Potencia. ................................................................... 80

2.5.4. Seleccin de accesorios hidrulicos. ................................................................... 84

v

2.5.5. Seleccin de las uniones de circuitos hidrulicos. .............................................. 85

2.6. Uso de software sap2000 versin 12 ......................................................................... 87

2.6.1. Ingeniera del proyecto. ....................................................................................... 87

2.7. CONCLUSIN ........................................................................................................ 100

CAPITULO 3. MONTAJE DEL ELEVADOR ELECTRO HIDRULICO ................. 101

3.1. Manual de instalacin del elevador electro hidrulico ......................................... 101

3.1.1. Instrucciones de instalacin .............................................................................. 101

3.1.2. Colocacin de los pernos de fijacin ................................................................ 102

3.2. Normas de seguridad ............................................................................................... 109

CAPITULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................ 111

SIMBOLOGA ................................................................................................................... 113

BIBLIOGRAFA ................................................................................................................ 116

ANEXOS ............................................................................................................................ 117

PLANOS............................................................................................................................. 131

vi

INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Clasificacin de las bombas ............................................................................................ 10

Tabla 2: Coacciones y grados de libertad segn los apoyos-empotramientos. ................................ 30

Tabla 3 : Tamao de cadena por rodamiento ................................................................................. 34

Tabla 4 : Propiedades del electrodo............................................................................................... 42

Tabla 5: Propiedades del proceso de soldadura .............................................................................. 42

Tabla 6 : Parmetros para soldar. .................................................................................................. 42

Tabla 7 : Aplicaciones y propiedades mecnicas del ACERO A588 .............................................. 46

Tabla 8 : Propiedades de la seccin de las columnas ..................................................................... 52

Tabla 9: Propiedades de la seccin de los brazos ........................................................................... 59

Tabla 10 : Datos para clculo del cable. ........................................................................................ 70

Tabla 11 : Cable normal para elevacin. ....................................................................................... 70

Tabla 12 : Dimetro de poleas segn el cable. ............................................................................... 71

Tabla 13: Caractesticas Motor Elctrico ....................................................................................... 82

Tabla 14 : Catlogo de Mangueras Hidrulicas. ............................................................................ 85

1

Sntesis

Un elevador electro-hidrulico es un sistema diseado para la elevacin de

vehculos, el cual tiene la finalidad de brindar todas las facilidades a las personas que

realizan tareas de mantenimiento y reparacin automotriz.

Es importante destacar a breves rasgos las funciones y mtodos de seguridad que

brinda un elevador electro-hidrulico como son: brazos del elevador, tacos regulables,

pistones, dispositivo de apoyo mecnico y desbloqueo mecnico y sus dispositivos de

seguridad. Esto ayudara a la comprensin del funcionamiento de algunos elementos bsicos

en el elevador.

El principio bsico de un elevador electro-hidrulico 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 hidrulico utiliza un fluido incompresible para transmitir la fuerza, por

lo que la mecnica de fluidos nos permitir dimensionar y seleccionar dispositivos que

funcionan con lquidos.

El fundamento del elevador hidrulico es el principio de pascal el cual dice que la

presin aplicada en un punto de un lquido contenido en un recipiente se transmite con el

mismo valor a cada una de las partes del mismo.

Los elementos hidrulicos 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

dar a conocer sus definiciones, clasificacin y descripcin de cada elemento como son:

bombas, cilindros hidrulicos, los aparatos y accesorios hidrulicos.

2

Los elementos mecnicos dentro del sistema del elevador son de metal que

constituyen los elementos de la maquina, dentro de los elementos mecnicos que forman

parte del elevador se encuentran tres que son los impulsores de cadena, poleas y cables.

Diseo

La Hidrulica es la aplicacin de la mecnica de fluidos en ingeniera, para construir

dispositivos que funcionan con lquidos, por lo general agua o aceite. El diseo del elevador

electro-hidrulico est basado en este principio para aprovechar toda la ventaja mecnica

que nos brinda un sistema hidrulico.

Tomando en cuenta distintos elementos como capacidad mxima, altura, ancho del

equipo, tiempo de ascenso y voltajes de alimentacin el elevador electro-hidrulico ser

diseado en base a las necesidades anteriormente descritas, llevndolo a su construccin

basados en los clculos del desarrollo del material.

Para el diseo del elevador electro-hidrulico se debe tomar en cuenta factores como

la resistencia del material a utilizar, determinando los esfuerzos realizados, las cargas

mximas permitidas, las deformaciones a las que pueden estar sometidos los distintos

materiales y finalmente un clculo exhaustivo de soldaduras.

Se utiliza un programa en lo posible que soporte formatos 3D para analizar

esfuerzos y puntos crticos en la estructura construida.

Construccin.

Trata de la utilizacin de los materiales aptos para la construccin del elevador

electro-hidrulico, siendo necesario el estudio de estos individualmente y en grupo optando

siempre por los materiales de mejor rendimiento y mxima seguridad.

3

Sera necesario analizar las caractersticas del material utilizado para la construccin

del elevador, tomando en cuenta resistencias y tolerancias de este para garantizar su

correcto funcionamiento.

Para la soldadura se deber hacer un anlisis de la mas solida y durable, para esto

recurriremos a estudiar las ventajas y desventajas que cada una nos brinda, recurriremos

adems a la opinin de un experto en soldadura para determinar cul es la ms beneficiosa

ya en la prctica.

Para la determinacin de caudal y obviamente la seleccin de la bomba se realiza

clculos de tiempos de elevacin, dimetros de cilindro, carreras.

Manual de instalacin y mantenimiento.

Es muy importante crear un manual de instalacin que indique paso a paso la

instalacin teniendo en cuenta mbitos como son el lugar de instalacin, colocacin de

pernos, conexin de mangueras, cables, etc.

Como tambin se proporcionara un manual de mantenimiento con recomendaciones de

chequeos previos al funcionamiento y durante del mismo para lograr un mejor

funcionamiento y durabilidad.

4

CAPTULO 1.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN ELEVADOR ELECTRO-HIDRULICO DE DOS COLUMNAS.

1.1. DESCRIPCIN DEL ELEVADOR ELECTRO-HIDRULICO DE DOS

COLUMNAS.

Figura 1.1 Elevador electro-hidrulico1

El funcionamiento del elevador electro-hidrulico est 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 prcticas en menor tiempo y menor esfuerzo fsico.

1 FUENTE: http://www.fitesl.com/pdfs/werther/sat/Elev.%202%20columnas/Manuales/208I%28300%29_R8.pdf

5

El elevador est compuesto, principalmente por:

o Estructura fija

Est constituida por dos columnas de acero en cuya base est 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 mviles del elevador y a un

costado el cuadro de comandos.

En la parte superior se encuentra un travesao superior que mediante tornillos

conecta las columnas.

o Estructura mvil

La estructura mvil lo constituye un carro de acero, conectada en la parte

superior del cilindro hidrulico y en la parte inferior conectada a los brazos de

elevacin.

El denominado carro se moviliza a lo largo de la columna.

Tambin lo constituyen dos brazos telescpicos 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 vehculo.

o Grupo de elevacin

Las partes que forman el grupo de elevacin son: los cilindros hidrulicos, un

motor elctrico de mando, una bomba hidrulica, vlvulas de seguridad, vlvula

de presin mxima, un deposito de aceite, un tubo de envi y recuperacin de

aceite.

6

o Caja de mando

La caja de mandos es la que se encargara de regular la altura que el tcnico o

estudiante desee para la realizacin de la prctica en el vehculo.

1.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL ELEVADOR

El elevador electro-hidrulico est 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 pequea 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 Funcionamiento2

2 FUENTE: http://www.galeon.com/home3/ciencia/hidraulica.html

7

Esto hace que al emplear una pequea bomba pueda levantar un gran peso como es el peso

de un automvil.

1.2.1. Mecnica de fluidos

La mecnica de fluidos es una rama de la fsica encargada de estudiar la accin de

los fluidos. Un fluido es toda sustancia que no puede mantener una deformacin, esta

descripcin se refiere a la forma en que un material reacciona a fuerzas externas, y esto

aplica a gases como a lquidos. De acuerdo a nuestra necesidad adoptaremos un lquido que

ser primordial para el funcionamiento del elevador electro-hidrulico.

Cuando un fluido se encuentra en reposo, este ejerce una fuerza perpendicular sobre

cualquier superficie que este en contacto con l, 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 leos dinmicos se centran en el diseo de

activadores y prensas.

1.2.2. Principio de pascal

El fundamento del elevador electro-hidrulico es el principio de Pascal que dice que

la presin 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 fsico y matemtico francs Blaise Pascal (1623-1662).

El elevador hidrulico consiste en un pistn con una seccin transversal A1 que

ejerce una fuerza F1 sobre una superficie de un lquido incompresible (aceite). La presin

8

ejercida por el pistn sobre el fluido es P = F1 / A1 y se transmite a travs de un tubo en

forma de U que conecta a un gran pistn de seccin transversal A2.

P = F / A 3 (1-1)

Donde

P = Presin del fluido en el cilindro (N/m2)

F = Fuerza (N)

A = rea interior del cilindro (m2)

Cuando se ejerce una F1 sobre el embolo de menor seccin A1, la presin p1 que se

origina en el liquido incompresible con l se transmite ntegramente y de forma instantnea

a todo el resto del liquido; por tanto la presin P2 que ejerce el liquido sobre el embolo de

mayor rea ser igual. Entonces:

P1 = P2 (1-2)

(1-3)

Por lo tanto la fuerza aplicada en F2 ser mayor que F1, debido a que si la seccin A2

es treinta veces mayor que la A1 la fuerza F1 aplicada sobre el embolo pequeo se ve

multiplicada por treinta en el embolo grande.

3 FUENTE: Claudio Mataix, Mecnica de fluidos y maquinas hidrulicas, Espaa Madrid, 1986 Pag. 581

9

Este fenmeno es claramente utilizado en gatos hidrulicos, elevadores y dentro de la

rama automotriz en los frenos de un automvil, donde una fuerza relativamente pequea

aplicada al pedal se multiplica para transmitir una fuerza grande a la zapata del freno.

1.3. ELEMENTOS HIDRULICOS

Los elementos hidrulicos 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

dar a conocer sus definiciones, clasificacin y descripcin de cada elemento como son:

bombas, cilindros hidrulicos y accesorios hidrulicos.

1.3.1. Bombas

La bomba es un elemento hidrulico el cual absorbe energa mecnica que por lo

general proviene de un motor elctrico, trmico, etc., y esta transforma en energa que le

transfiere a un fluido como energa leo dinmica la cual permite que el fluido se transporte

de un lugar a otro.

10

1.3.1.1. Clasificacin de las bombas

Tabla 1: Clasificacin de las bombas

Clase Tipo

Roto dinmicas

Centrifugas

- Flujo axial

- Flujo mixto

- Voluta

- Difusor

- Turbina

Desplazamiento

Positivo

De embolo rotativo

(Rotativas)

- Leva y pistn

- Engrane

- Lbulo

- Tornillo

Alternativas

- Accin directa

- Potencia

- Diafragma

- Rotatoria pistn

1.3.1.1.1. Bombas centrfugas

Una bomba centrifuga est constituida por un conjunto de paletas rotatorias

ubicadas dentro de una caja, crter o carcasa. Las paletas imparten energa al fluido por la

fuerza centrifuga. Estas bombas tambin conocidas como turbo bombas, tienen como

11

principio de funcionamiento la fuerza centrifuga, el elemento rotativo de la bomba se

denomina impulsor, el diseo 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 ms comunes.

Figura 1.3 Bomba Centrfuga4

1.3.1.1.2. Bombas de embolo rotativo

Las bombas de embolo rotativo estn 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 lquidos viscosos, pero puede manejar casi cualquier lquido


12

que est libre de slidos abrasivos. Se lo considera una bomba de desplazamiento positivo

ya que desplaza una cantidad constante de lquido generando grandes presiones.

Figura 1.4 Bomba rotativa (de engranes)5

1.3.1.1.3. Bombas Alternativas

Las bombas alternativas tambin conocidas como reciprocantes estn dentro de la

clasificacin de bombas de desplazamiento positivo. Estas bombas descargan una cantidad

definida de lquido durante el movimiento del pistn o mbolo a travs de la distancia de

carrera. Sin embargo, no todo el lquido 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.


13

Figura 1.5 Bomba alternativa 6

1.3.2. Fluidos hidrulicos

Los fluidos hidrulicos son lquidos transmisores de potencia que se utiliza para

transformar, controlar y transmitir los esfuerzos mecnicos a travs de una variacin de

presin o de flujo. Generalmente los fluidos hidrulicos son usados en transmisiones

automticas de automviles, frenos; vehculos para levantar cargas; tractores; niveladoras;

maquinaria industrial; y aviones.

Algunos fluidos hidrulicos son producidos de petrleo crudo y otros son

manufacturados.

Un fluido hidrulico de base petrleo usado en un sistema hidrulico industrial

cumple muchas funciones crticas. Debe servir no slo como un medio para la transmisin

de energa, sino como lubricante, sellador, y medio de transferencia trmica. Adems debe

de maximizar la potencia y eficiencia minimizando el desgaste del equipo.


14

Un lquido satisfactorio para un sistema particular debe poseer diferentes propiedades

como:

- Viscosidad.- es una de las caractersticas ms importantes, es una medida de la

resistencia de un lquido al flujo. La viscosidad vara segn la temperatura y

presin, a mayor temperatura la viscosidad disminuye y a mayor presin este

aumenta.

- Poder lubricante.- un fluido hidrulico para maquinas con movimiento entre

superficies en contacto tiene que tener la propiedad de lubricar, ya que la friccin

tiende a oponerse al movimiento. Diversos lquidos, incluyendo los aceites, varan

ampliamente no slo en su capacidad de lubricacin sino tambin en la resistencia

de la pelcula que esta deja al momento de fluir. El poder lubricante vara con los

cambios de temperatura. Las cualidades de lubricacin y de resistencia de la

pelcula se pueden mejorar mediante la adicin de ciertos agentes qumicos.

- Estabilidad qumica.- es una caracterstica importante al seleccionar un lquido

hidrulico. Es la capacidad del lquido a resistir la oxidacin y el deterioro por

largos periodos. Todos los lquidos tienden a experimentar cambios desfavorables

bajo condiciones de trabajo severas.

- Acidez.- un lquido hidrulico debe estar libre de cidos que causan corrosin de

los metales en el sistema. Por lo general un lquido nuevo no presenta acidez pero

con el uso este puede tender a ser corrosivo.

15

- Punto de inflamacin.- es la temperatura a la cual el lquido emite vapor en

suficiente cantidad para encender momentneamente. Es muy importante un lquido

con un alto punto de inflamacin ya que as proporciona una buena resistencia a la

combustin y un bajo grado a la evaporacin.

- Tendencia a producir espuma.- la espuma es una emulsin de burbujas de gas en el

lquido. Un lquido bajo alta presin puede contener un gran volumen de burbujas

de aire. Cuando se despresuriza este lquido, y luego alcanza al depsito, las

burbujas de gas en el fluido crecen y produce espuma. Esta espuma puede causar un

mal desempeo de la bomba.

1.3.2.1. Tipos de fluidos hidrulicos

A lo largo de la historia los tipos de fluidos hidrulicos han venido evolucionando y

se han creado aleaciones para satisfacer el alto rendimiento y exigencias que necesita un

equipo hidrulico, es as que a estos fluidos se los ha clasificado de la siguiente manera:

o Agua: Se utiliz hasta la segunda dcada del siglo XVII. Tiene los graves

inconvenientes de alta corrosin, punto de congelacin, bajo de ebullicin,

ausencia de poder lubricante, nulas propiedades anti desgaste y extrema presin.

Su uso fue sustituido por los aceites minerales.

16

o Aceite mineral: Los fluidos con estas bases son los ms utilizados en

aplicaciones hidrulicas. Los aceites minerales poseen una buena relacin

viscosidad/temperatura (ndice de viscosidad), baja presin de vapor, poder

refrigerante, una compresibilidad baja, inmiscibilidad con agua, de satisfactorias

o excelentes cualidades de proteccin, y no requieren especial cuidado respecto

a las juntas y pinturas normalmente utilizadas. Adems tienen buena relacin

entre calidad, precio y rendimiento.

o Emulsin de aceite en agua: tambin denominada emulsin directa, se trata de

una emulsin 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 utilizacin, pobre resistencia de la pelcula, dificultades con la

corrosin, problemas de estabilidad de la emulsin y problemas de evaporacin.

o Emulsin de agua en aceite: tambin denominada emulsin 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 utilizacin es muy limitada, su

poder lubricante medio, presenta problemas de evaporacin de agua/estabilidad,

y es un fluido no newtoniano.

o Fluidos agua-glicol: Son mezclas en disolucin del 20 al 45% de agua y

etileno-propilen-glicol, con aditivos anticorrosivos y mejoradores antidesgaste.

Tiene buena relacin viscosidad/temperatura, muy buenas propiedades de

17

resistencia a la llama, excelente comportamiento a bajas temperaturas, y un

costo que no es prohibitivo. Sin embargo, su temperatura de utilizacin est

limitada por el agua, suele tener problemas de corrosin, presenta problemas de

evaporacin y separacin de fases, y requiere frecuentes cuidados de

mantenimiento.

o Fluidos sintticos no acuosos: En la actualidad existen una gran variedad de

estos fluidos cada uno con sus caractersticas y propiedades muy diferentes. La

eleccin de estos tipos de fluidos deber hacerse teniendo en cuenta su alto

precio, la posible reaccin con juntas y materiales sellantes as como el ataque a

pinturas e influencia fisiolgica y ecolgica/medio-ambiental

1.3.2.2. Clasificacin de la viscosidad de aceites SAE

De acuerdo con el sistema de clasificacin de viscosidad SAE todos los aceites se

dividen en dos clases: monogrado y multigrado:

o Monogrado aceites hidrulicos

Los aceites hidrulicos monogrado son designados por un nmero (10, 20, 30, 40,

etc.) El nmero indica el nivel de la viscosidad del aceite a una temperatura dada. Cuanto

mayor sea el nmero de grado, mayor es la viscosidad del aceite.

La viscosidad de los aceites hidrulicos designado con un nico nmero, sin la letra "W"

(SAE 10, SAE 20, SAE 30, etc.) se ha especificado a la temperatura de 212 F (100

18

C). Estos aceites son aptos para su uso en ambientes con altas temperaturas.

La viscosidad de los aceites hidrulicos designado con un nmero 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 Multigrado aceites hidrulicos

La viscosidad de los aceites hidrulicos pueden ser estabilizados

por polmero aditivos ( ndice 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 nmeros y la letra "W" (SAE 5W30, SAE 10W20,

SAE 10W30, etc.) El primer nmero de la denominacin, especifica la viscosidad del aceite

a temperatura fra, el segundo nmero 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 hidrulica se utilizan en un amplio rango de temperaturas.

1.3.3. Cilindros hidrulicos

Los cilindros hidrulicos tambin conocidos como pistn, son los encargados de

convertir la presin y movimiento del fluido hidrulico en fuerza y movimiento mecnico

19

en lnea recta. El flujo del fluido dentro de un cilindro hace mover el pistn, la velocidad

con que se mueva el pistn depende del caudal de fluido y de la superficie del embolo.

La presin del fluido es la que determina la fuerza de empuje de un cilindro. La

combinacin de fuerza y recorrido produce trabajo, y cuando este trabajo es realizado en un

determinado tiempo produce potencia.

Figura 1.6 Cilindro Hidrulico 7

1.3.3.1. Tipos de cilindros hidrulicos

Los tipos de cilindros hidrulicos se definen por su sistema de desplazamiento, estos son:

Cilindro de simple efecto.- cilindro que proporciona una fuerza a tensin o a

compresin segn su aplicacin y regresan a su posicin inicial por medio de

resorte o el propio peso del pistn.

Cilindro de doble efecto.- cilindro que entrega una fuerza a tensin y a compresin

en ambos sentidos de su carrera. 7 FUENTE: Claudio Mataix, Mecnica de fluidos y maquinas hidrulicas, Espaa Madrid, 1986 Pag. 580

20

Cilindro telescpico.- cilindro que est compuesto por varias secciones

concntricas que generan un recorrido mucho ms largo que el tamao 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-hidrulico.

1.3.3.1.1. Cilindro de simple efecto

El cilindro de simple efecto aplica la fuerza solamente en una direccin, 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

Despus que el pistn ha completado su carrera de trabajo, el pistn es retornado a

su posicin original por la accin de un resorte o mediante gravedad u otro mecanismo

mecnico, esto depende del diseo y las necesidades de uso.


21

El fluido acta sobre el rea neta del pistn por lo tanto para calcular la fuerza se

debe considerar toda el rea sobre el cual se est aplicando el fluido.

1.3.4. Vlvulas

Para el presente proyecto se utilizara las siguientes vlvulas:

- Vlvula anti retorno

- Vlvula reguladora de presin

- Vlvula distribuidora (2/2)

- Vlvula reguladora de caudal

1.3.4.1. Vlvulas anti retorno

Las vlvulas anti retorno impiden el paso en un sentido; en el sentido contrario, el

aire circula con una prdida de presin mnima. La manera de impedir puede obtenerse

mediante un cono, una bola, un disco o una membrana. Existen varios tipos de vlvulas anti

retorno graficados en la figura 1.8.

Figura 1.8 Vlvulas anti retorno

22

a. Vlvula anti retorno. Paso del fluido en sentido 2-1. Flujo cortado cuando el origen

est en 1.

b. Vlvula anti retorno. Flujo cortado en sentido 1-2 habr paso si se pilota por 3.

c. Conjunto de dos vlvulas anti retorno a emplear en cilindros hidrulicos. Cuando se

enva fluido a travs de V A1, la vlvula permitir V A2 el paso del fluido 1- 2, al

estar pilotada por 3.

d. Vlvula anti retorno con presin limite regulada. Pasa fluido en sentido 1-2. No pasa

fluido en sentido 1-2 mientras que no se supere la presin regulada. No pasa fluido

en sentido 2-1.

e. Vlvula anti retorno con regulacin de la presin mxima, a voluntad.

Las vlvulas 4 y 5 se utilizan como vlvulas de presin mxima y tambin como

vlvulas de seguridad.

1.3.4.2. Reguladores de caudal

Estas vlvulas influyen sobre la cantidad de circulacin, 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 Vlvulas reguladoras de caudal

1. Regulador de caudal. Smbolo general.

23

2. Regulador de caudal con posibilidad de regulacin manual.

3. Diagrama reduccin de la seccin de la tubera en un punto dado para reducir el

caudal de paso.

4. Regulador de caudal en una direccin. De 1 hacia 2.

5. Regulador de caudal unidireccional. De 1 hacia 2.

6. Reguladores de caudal de tres vas, con descarga del fluido sobrante a travs de 3.

1.3.4.3. Vlvulas reductoras de presin

Las vlvulas reductoras de presin son vlvulas de asiento que estrangulan el paso

del fluido, para conseguir a su salida una presin constante. En la figura 1.10 se encuentran

los tipos de vlvulas reductoras de presin.

Figura 1.10 Vlvulas reductoras de presin

1. Vlvula reductora de presin. Smbolo general. Permite regular la presin en la

utilizacin. Es posible que no todos los aparatos funcionen con la misma presin,

24

por lo que ser necesario reducir a reductores de presin para dar a cada receptor la

presin que precise.

2. Vlvula reductora de presin en un solo sentido.

3. Vlvula reductora de presin que funciona de forma diferencial entre las presiones

de 1 a 2.

1.3.4.4. Vlvulas de control de distribucin

Estas vlvulas son las encargadas de interrumpir, autorizar o controlar un fluido,

como el operador as lo desee.

Figura 1.11 Vlvula distribuidora 2/2 (2vas, 2 posiciones)

En la figura1.11 se observa la vlvula distribuidora de 2 vias y 2 posiciones (2v/2p), (2/2)

Figura 1.12 Vlvula distribuidora 3/2 (3 vas, 2 posiciones)

25

La vlvula 3 vas 2 posiciones cambia la corriente del fluido. En esta vlvula como

su nombre lo indica, hay tres bocas de conexin o vas, la primera por donde entra la

presin desde la bomba, la segunda que se comunica con el cilindro hidrulico y la tercera

que es la conexin hacia el tanque o retorno.

En la figura 1.12, se muestra un corte de una vlvula de tres vas 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 presin con la salida del cilindro, mientras bloquea el

retorno al tanque, en la segunda posicin, bloquea ahora la entrada de presin y conecta el

retorno a tanque con el cilindro.

La posicin se logra por una seal de mando, que puede ser, manual, mecnica,

elctrica, por piloto hidrulico o neumtico, que al producirse provocan el deslizamiento

del husillo al lado opuesto.

Esta vlvula se emplea para controlar el accionamiento de cilindros de simple efecto

cuyo retorno se efecta por la accin de un resorte a cargas exteriores que no requiere

retorno hidrulico.

1.3.5. Electrovlvulas

Una electrovlvula es una vlvula electromecnica, esta es controlada mediante

corriente elctrica a travs de una bobina solenoidal. Tienen dos partes fundamentales que

son: el solenoide y la vlvula. A diferencia de las vlvulas mecnicas estas se accionan

mediante energa elctrica. El solenoide es el encargado de convertir la energa elctrica en

energa mecnica actuando directamente sobre la vlvula proporcionando toda la energa

necesaria para su movimiento.

26

1.4. CONTROL

El control de un elevador electro-hidrulico puede diferir en dos tipos: uno con

funcionamiento netamente manual y el otro asistido elctricamente.

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 elctrico

El control elctrico es una unidad de mando para una sola mano en ambas columnas

elevadoras, incorpora la retencin de seguridad controlada elctricamente; sus pulsadores

de manejo son de gran sensibilidad. Y muy a parte en cuanto al funcionamiento especifico

de elevador integrada una conexin elctrica de 220 Voltios, preparada para la conexin de

aire comprimido.

1.5. COLUMNAS

Una columna es una pieza estructural que soporta una carga axial por compresin y

tiende a fallar como resultado de inestabilidad elstica o pandeo ms que por trituracin de

material.

La inestabilidad elstica es aquella condicin de falla en la deformacin de la

columna y no es lo suficiente rgida para mantenerla recta bajo la accin de la carga.

27

1.5.1. Empotramiento o fijacin

La manera en que se apoyan o sustentan ambos extremos de las columnas presenta

una gran importancia debido a que segn la manera de fijacin depender como afecte la

longitud efectiva. Las maneras de fijacin son: atornillado, fija empotrada, empotrada libre

y empotrada atornillada.

Figura 1.13 Constante de fijacin en un extremo de una columna9

La manera en que se apoyan o sustentan ambos extremos de la columna afecta la

longitud efectiva, que se define como:

Le = L * K10 (1-4)

9 FUENTE: Robert L Mott, Diseo de Elementos de Maquinas, 4ta Edicin, Mxico, 2006 Pag 234 10 FUENTE: Robert L. Mott, Diseo de Elementos de Mquinas, 4ta Edicin, Mxico, 2006 Pag 233

28

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 flexin,

sometido a cargas lineales a lo largo de su eje. Dichas cargas inducen esfuerzos cortantes en

la viga provocando caractersticas de pandeo, teniendo adems 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

29

b. Cargas distribuidas.

La carga uniforme distribuida es aquella que es aplicada en una seccin 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 W11

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 Apoyos12

11 FUENTE: inciarco.info/comunidades/showthread.php?t=760 12 FUENTE: www.monografias.com/trabajos82/temario-temas-selectos-fisica/temario-temas-selectos-fisica2.shtml

30

Tabla 2: Coacciones y grados de libertad segn los apoyos-empotramientos.13

Tipo Desplazamiento

x Desplazamiento

y Desplazamiento

z Reaccin

x Reaccin

y Reaccin

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 actan fuerzas iguales, con la misma direccin y

sentido contrario. Dichas fuerzas estn ubicadas en el mismo plano o en planos muy

cercanos.

1.5.4. Momento flexionante.

El momento flexionante est definido como la aplicacin 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 seccin.

13 FUENTE: www.euskalnet.net/jmgomez/anesmef/anesmef1.html

31

1.5.4.1. Deflexin en vigas

Para comprobar a los esfuerzos y momentos a los que una viga est sometida se

calcular la deflexin mxima de uno de los extremos libres.

Figura 1.17 Vigas en voladizo14

Para el clculo de deflexin en la viga.

(1-5)

Donde:

F = Carga aplicada (N)

14 FUENTE: Joseph Edgard Shigley, Diseo en ingeniera mecnica, 3ra Edicin, Pg. 848

32

R1 = Carga Reactiva (N)

V = Fuerza cortante (N)

l = Longitud de la viga (m)

I = Momento de inercia (m4)

1.6. ELEMENTOS MECNICOS.

1.6.1. Cadenas.

Una cadena es un elemento de transmisin flexible el cual nos permite transmitir

potencias considerables, su construccin est basada en un conjunto de eslabones enlazados

entre s mediante pernos.

Sus principales caractersticas incluyen relaciones constantes de velocidad, permite

adems transmisin de fuerzas de traccin de magnitudes altas.

El tipo de cadena ms comn es la cadena de rodamientos, la cual su separacin

entre eslabones proporciona excepcionales fricciones entre la cadena y una rueda dentada.

33

Figura 1.18. Tipos de cadenas de eslabones15

La clasificacin de este tipo de cadenas esta dado bsicamente en la separacin de

los eslabones o paso como se muestra en la Figura 1.19.

Figura 1.19 Seccin de una cadena de rodillos16

15 FUENTE: Robert L Mott, Diseo de Elementos de Maquinas, 4ta Edicin, Mxico, 2006 Pag 284 16 FUENTE: Joseph Edgard Shigley, Diseo en ingeniera mecnica, 3ra Edicin, Pg. 815

34

Segn normas internacionales ISO y DIM una cadena de rodamientos lleva

designaciones estndares de dimetro, longitud y tolerancia para diversas aplicaciones tal y

como se muestra en la siguiente Tabla 3

Tabla 3 : Tamao de cadena por rodamiento17

REFERENCIA PASO DIAMETRO DE RODILLO

ANCHO INTERIOR

DIAMETRO EJE

LONGITUD DE EJE ANCHO MALLAS

GROSOR DE MALLAS

PASO TRANSVERSAL

FUERZA DE TENSION TOTAL

FUERZA DE TENSION MEDIA

DIN/ISO P d1 mx b1 min d2 mx L mx Lc mx h2 mx t/T mx Pt Q min Qo

mm. mm. mm. mm. mm. 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 trasmisin por cadena tiene un gran nmero de utilidades dentro de la industria

ya sea automotriz, agrcola, maquinaria pesada y estacionaria.

Al ser comparada la transmisin por cadena con otras transmisiones de enlace

flexible como las transmisiones por poleas y correa, la transmisin por cadena presenta

varias ventajas como:

17 FUENTE: Robert L Mott, Diseo de Elementos de Maquinas, 4ta Edicin, Mxico, 2006 Pag 284

35

a. Dimensiones exteriores son menores

b. Ausencia de deslizamiento

c. Alto rendimiento

d. Pequea magnitud de carga sobre los ejes.

e. Posibilidad de cambiar con facilidad su elemento flexible (cadena)

En cambio, entre las desventajas de la transmisin por cadena se encuentran:

a. Tienden a producir ruido.

b. Requieren de una adecuada y constante lubricacin.

c. Requiere de una precisa alineacin durante el montaje y un constante

mantenimiento.

El circuito que recorre la cadena dentro del sistema mecnico del elevador esta

descrito a continuacin. Figura 1.20

36

Figura 1.20 Representacin de la cadena en el elevador18

1.6.2. Poleas.

La polea es un instrumento mecnico de traccin o elevacin, est 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.

Bsicamente tiene dos propsitos: cambiar la fuerza mediante cuerdas o transmitir

un movimiento giratorio de un eje a otro; este movimiento sobre una polea fija no


37

proporciona ventaja mecnica, solo produce transmisin de fuerza cambiando la direccin y

sentido a travs de la cuerda.

Una polea mvil est sujeta al objeto y no a la viga, una polea mvil 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 metlicos son utilizados en la mayora 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, manipulacin y sujecin de cargas se las

encuentra en gras, cabrestantes e incluso en el trasporte de personas, telefricos,

ascensores, etc.

Es por lo antes mencionado que se debe conocer las caractersticas, tipos,

condiciones de mantenimiento y manipulacin para los cables metlicos.

1.6.3.1. Tipos de cables metlicos.

El tipo de cable metlico de acero se fabrica en dos tipos:

a) Torcido Normal.

Los alambres estn torcidos en un mismo sentido para formar los cordones, y estos

estn torcidos en sentido contrario para formar el cable. Como se muestra en la Figura 1.21

38

Figura 1.21 Torcido regular19

b) Torcido Lang

Los cables y los torones o nudos llevan la misma direccin. Los cables con Torcida

Lang son ligeramente ms flexibles y muy resistentes a la abrasin y a la fatiga; pero tiene

el inconveniente de tenderse a destorcer.

Figura 1.22 Torcido Lang20

1.6.3.2. Caractersticas de los cables.

Un cable metlico, de manera general puede estar compuesto por diversos cordones

metlicos dispuestos helicoidalmente alrededor de un alma, que puede ser textil, metlica o

mixta.

Esta unin es tal que se la considera como elemento nico el momento de realizar su

trabajo. A la vez un solo cordn puede estar compuesto por diversos alambres metlicos

dispuestos helicoidalmente en una o varias capas.

19 FUENTE: Joseph Edgard Shigley, Diseo en ingeniera mecnica, 3ra Edicin, Pg. 825 20 FUENTE: Joseph Edgard Shigley, Diseo en ingeniera mecnica, 3ra Edicin, Pg. 825

39

La estructura de un cable se expresa en la prctica de forma abreviada, mediante una

notacin compuesta por tres signos, cuya forma genrica es: A x B + C

Siendo:

A: El nmero de cordones

B: El nmero de alambres de cada cordn

C: El nmero de almas textiles.

Cuando el alma del cable no es textil o sea formada por alambres, se sustituye la

ltima cifra C, por una notacin entre parntesis que indica la composicin de dicha alma.

Si los cordones o ramales del cable son otros cables, se sustituye la segunda cifra B por una

notacin entre parntesis que indica la composicin.

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

electrohidrulico.

21 FUENTE: Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, Espaa.

40

Figura 1.23 Esquema del cable elevador22

1.7. ELEMENTOS ELCTRICOS.

1.7.1. Motor Trifsico.

El motor que incorpora el elevador electro-hidrulico de este proyecto en teora

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

presin y se define como la liga metalrgica entre los tomos del metal a unir y el aporte.


41

Existen varios procesos de soldadura los que difieren la manera de aplicar calor o la

energa para su unin. Para el presente proyecto se va a utilizar la soldadura continua MIC,

MAC, los cuales se detalla a continuacin.

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 ms

utilizada para estructuras en general, por lo que resulta ideal para las soldaduras del

presente proyecto.

Figura1.24 Soldadura MIG23

23 FUENTE:Pedro Claudio Rodrguez, Manual de soldadura, Editorial Alsina, Pg. 60

42

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 Anlisis del metal depositado:

C 0,1 % Si 0,90 % Mn 1,50 %

Descripcin : Alambre continuo cobrizado de acero micro-aleado Proceso: MAG (G.M.A.W)

Tabla 5: Propiedades del proceso de soldadura

MIG/MAG GAS DE PROTECCIN CO2 AGA MIX 20

RESISTENCIA A LA TRACCIN 58-63 Kg/mm2

80000 psi

Aplicaciones: Para soldar acero dulce en toda posicin, mediante proceso MIG,

usando CO2. Utilizado en estructuras por lo general, maquinarias, bastidores de autos,

puentes, muelles, torres, etc.

Tabla 6 : Parmetros para soldar.

PROCESO MAG AMPERAJE VOLTAJE FLUJO VELOCIDAD (GMAW) JE JE GAS ALIMEN

Mm Plg A V lt/min ALAM

CORTO CIRCUITO 0,8 0,03 90-110 15-21 8-15 500-860 0,9 0,035 90-110 16-22 8-15 400-760

1,0 0,04 100-120 17-22 8-15 310-630 1,2 0,045 100-130 17-22 8-15 250-560

43

Para soldar en posicin vertical y sobre cabeza, reducir el amperaje un 10 a 15%

1.8.1.3. Clculo y anlisis de sueldas.

A continuacin se muestra las frmulas que se van a emplear, con las cuales

podemos deducir la resistencia que cada una de estas va a lograr soportar, segn el trabajo

que realice.

F = (C*Xs)*re 24

(1-7)

Xs = (Lc 2) C 25 (1-8)

Donde:

F = Fuerza (N)

C = Espesor de la costura del electrodo (mm)

Xs = Longitud de soldadura de soporte (mm)

re = Resistencia del electrodo (N/mm2)

Lc = Longitud total del cordn (mm)

24 FUENTE: Nicols Larburu, Maquinas Prontuario, Editorial Paraninfo, Pg. 99 25 FUENTE: Nicols Larburu, Maquinas Prontuario, Editorial Paraninfo, Pg. 99

44

CAPITULO 2.- DISEO DEL ELEVADOR ELECTRO-HIDRULICO.

2.1. PARMETROS DE DISEO.

Figura 2.1 Parmetros de diseo26

Capacidad mxima de carga = 3200 Kg

Altura mxima de elevacin = 1900 mm

Altura mnima de elevacin = 115 mm

Separacin entre carros = 2760 mm

Ancho total = 3453 mm

Medidas de la base = 483 x 432 mm

Longitud mxima del brazo largo = 1250 mm

Longitud mnima del brazo largo = 870 mm

Longitud mxima del brazo corto = 1000 mm


45

Longitud mnima del brazo corto = 710 mm

Tiempo de subida del motor = 75 sec

Tiempo de descenso = 18 sect45 sec

2.2. CLCULOS DEL DESARROLLO DEL MATERIAL.

2.2.1. Relaciones entre cargas esfuerzos y deformaciones.

En esta seccin se toma en consideracin el inicio del diseo del elevador, en el cual

tomamos en cuenta todos los factores que han de ser determinantes en la construccin del

presente proyecto.

Dentro de los datos calculados es importante relevar que se aadir 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 actan sobre el elevador y as crear un diseo con previsiones de

desgaste o corrosin, posibles errores o desviaciones en las propiedades previstas de los

materiales, diferencias entre las propiedades tabuladas y las obtenibles en la realidad,

tolerancia de fabricacin o montaje, etc; es as como se inicia el desarrollo numrico.

Dentro del presente proyecto, se utiliza material de Acero A588 cuyas aplicaciones y

propiedades mecnicas son:

46

Tabla 7 : Aplicaciones y propiedades mecnicas del ACERO A58827

APLICACIONES PROPIEDADES MECNICAS Industria Automotriz

Resistencia ultima a la traccin Su = 485 MPa

Industria Petrolera

Resistencia a punto cedente S y = 345 Mpa

Industria Mecnica en general Construccin de puentes , etc.

Mdulo de elasticidad E = 200 GPa

2.3. CARGAS.

Se entiende por carga, a la relacin de un miembro a las fuerzas y su capacidad de

soportarlas. Tenemos tres tipos de cargas, las estticas o constantes, las repetidas y las de

choque o impacto.

En el presente proyecto, se utilizar todas las frmulas concernientes a las cargas

estticas o constantes, ya que en su definicin, 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

despus de que se aplican al mismo (brazo).

La carga total a elevar, est determinando en el postulado del presente proyecto de la

siguiente manera:

Carga neta = Peso a elevar

27 Propiedades fsicas medias de los materiales mas comunes

47

Carga neta = 3200 Kg

Carga total (CT) = 3200 Kg + 10 % Factor de seguridad

La Carga Real ser la (CT) = 34531.20 N dividido para dos columnas

Carga Real (CR) = 17265.60 N

El esfuerzo se repartir hacia los cuatro brazos telescpicos, los dos grandes y los dos

pequeos 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 diseo propuesto con las medidas reales, asegura elevar la

carga total, adems permitir desarrollar trabajos adicionales en el vehculo una vez que este

se encuentre suspendido sobre los brazos del elevador.

2.4. CLCULO Y ANLISIS GENERAL DE LA ESTRUCTURA.

Para la comprobacin estructural de este proyecto se utiliz el programa SAP 2000, el

cual nos permite un clculo como son momentos en un sistema esttico y una visualizacin

exacta para un ptimo funcionamiento.

2.4.1. Carga critica de un soporte largo y esbelto

Una de los principales y ms importantes clculos es la carga crtica de los extremos,

ya que estos estn sometidos a compresin axial y podra producir un pandeo en estos.

48

El anlisis de estas estructuras se lo realiza mediante un anlisis esttico en la posicin

crtica, estado en el cual se obtiene los mximos momentos y esfuerzos que actan sobre la

estructura.

En el caso de nuestro elevador se considera a una altura mxima de elevacin de 1900

mm del nivel del suelo, y los brazos a su longitud mxima, el brazo pequeo 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 sistema28

28 FUENTE: Software SAP 2000

49

Una vez planteado el problema y colocadas las fuerzas actuantes a las que sern

sometidas, se realizara el anlisis mediante la primera ley de Newton para esttica, la cual

establece que si la fuerza neta sobre un objeto es cero, si el objeto est en reposo, permanecer

en reposo y si est en movimiento permanecer en movimiento en lnea 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

actan (X, Y y Z).

Luego de hacer el anlisis de momentos y fuerzas se tiene los valores de las siguientes

reacciones y momentos como se observa en la Figura 2.3

50

Figura 2.3 Fuerzas resultantes en el sistema29

Rx = 0 Mx = 1314,95 N*m

Ry = 3559,63 N My = 9198,27 N*m

Rz = 19212,28 N Mz = 0

A continuacin para realizar el anlisis 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 direccin z y los brazos en direccin XY.


51

2.4.2. Clculos de las columnas

La columna debe ser analizada por estabilidad debido a que sta acta bajo

compresin, para esto debemos encontrar el punto crtico (Pcr).

Punto crtico es la carga crtica o mxima en la cual no existe deflexin o deformacin

del elemento como observamos en la Figura 2.4

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

Pcr

My = 9198,27 N Rx = 19212,28 N

52

Figura 2.5 Perfil de la columna y propiedades de la seccin

Tabla 8 : Propiedades de la seccin de las columnas30

A continuacin procedemos a calcular las caractersticas de la columna para este proyecto.


53

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 rea 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 clculos de inercia calculamos el radio de giro en cada uno de los ejes

utilizando la ecuacin.

rxx = ryy =

rxx = ryy =

rxx = 0,10336 m ryy = 0,08471 m

54

2.4.2.3. Calculo del factor esbeltez

Para este clculo procederemos a utilizar la ecuacin (2-3), en el cual necesitaremos el

valor de k (constante en funcin del tipo de empotramiento Figura 1.13)

Re = 44,86

Despus procedemos a calcular la razn de transicin de la delgadez Cc con la ecuacin (2-4).

(2-4)

Una vez obtenidos estos datos aplicamos la ecuacin (2-5) para determinar si se trata

de una columna corta o larga. Figura 2.6

Re > Cc (2-5)

Re > Cc = 44,86 > 106,97

55

Figura 2.6 Diagrama de anlisis de una columna31

Mediante esta relacin podemos darnos cuenta que se trata de una columna corta, por

lo que utilizaremos la frmula de Johnson; para calcular la carga permisible Pcr.

Formula de Johnson

Pcr = 1490875,16 N

31 FUENTE: Robert L. Mott, Diseo de Elementos de Mquinas, 4ta Edicin, Mxico, 2006 Pag 236

La columna es larga, use la frmula de Euler.

La columna es corta, use la frmula de Johnson.

Es Re>Ce?

Calcule carga permisible

SI NO

56

A continuacin calcularemos la carga permisible real Pa utilizando la ecuacin (2-6) a la cual

la columna empezara a deformarse.

Pa = Pcr / N (2-6)

Segn 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 clculos obtenidos podemos determinar que las cargas aplicadas en la

columna no provocaran ninguna deformacin ya que estn dentro del rango de carga

permisible a la que fue diseado nuestro proyecto.

Pa = Carga de Diseo

Pcr = Carga del calculo

Pa > Pcr

Pa = 471589,89 N > Pcr = 19212,28 N

2.4.2.4. Clculo de soldadura

Para el clculo de las soldaduras utilizamos las ecuaciones (1-7) y (1-8).

32 FUENTE: Robert L. Mott, Diseo de Elementos de Mquinas, 4ta Edicin, Mxico, 2006 Pag 242

57

2.4.2.4.1. Clculo de la placa soporte (Base)

Resistencia a la traccin 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) * re

F = (10 mm * 8680 mm) * 58 Kg / mm2

F = 5034400 Kg

F = 49387464 N

2.4.2.4.2. Clculo de soldadura de las nervaduras

Sumatoria total de todo el cordn de suelda.

58

Lc = 67 + 200 + 180

Lc = 447 mm

Xs = (Lc 2)C

Xs = (447 mm 2)*10 mm

Xs = 4450 mm

F = (C*Xs) * re

F = (10 * 4450 mm2) * 58 Kg / mm2

F = 2581000 Kg

F = 25319610 N

Esfuerzo total que soportara la base es:

FT = 49387464 N + 25319610 N FT = 74707074 N

CONCLUSION:

La Fuerza que va a soportar los cordones de suelda es de 74707074 N por lo que

podemos deducir que soportar la fuerza ejercida sobre la columna que es de 16797,12 N, por

lo que se garantiza su perfecto funcionamiento.

59

2.4.3. Anlisis esttico de los brazos

Para este diseo de los brazos se realizara un anlisis esttico. La seccin de los brazos

est compuesta por una seccin 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. Seccin de los brazos

Los parmetros de los brazos se calculan al igual que el anlisis de la columna.

Tabla 9: Propiedades de la seccin de los brazos33


60

Momentos de inercia

m

Iyy = 3,426 10-6 m

Radio de giro

Para calcular el radio de giro utilizaremos las siguientes ecuaciones:

rxx = ryy =

rxx = rxx =

rxx = 0,0383 m ryy = 0,0383 m

A continuacin veremos el anlisis de cada uno de los brazos del elevador.

2.4.3.1. Clculos del Brazo pequeo

Figura 2.7 Brazo pequeo del elevador

61

Para lo que son brazos se har un anlisis esttico en donde se considera que el brazo

se encuentra en un apoyo el cual restringe los movimientos solo en direccin axial, y se

encuentra aplicada una carga puntual 12085.92 N como se puede apreciar en la Figura 2.8

Figura 2.8 Diagrama de cuerpo libre

Donde:

F = Fuerza aplicada (N)

R1 = Fuerza Reactiva (N)

Tambin se tiene que calcular los esfuerzos en la seccin crtica donde el momento

flector es mximo, como se observa en la Figura 2.9

Figura 2.9 Diagrama de momento flexionante

F = 12085,92

R1

F = 12085.92

62

Mmax = F * d 34 (2-7)

Donde:

Mmax = Momento flector mximo (N*m)

d = Distancia del brazo (m)

Mmax = 12085.92 N * 1 m

Mmax = 12085.92 Nm

Los esfuerzos de tensin en la viga se calcula en la seccin crtica del perfil y se lo

hace con respecto al momento flector mximo.

= 35 (2-8)

Donde:

= Esfuerzo de tensin en la viga (MPa)

y = Distancia desde el eje neutro hasta el punto requerido (m)

Ixx = Momento de inercia (m4)

=

= 141.11 MPa

34 Joseph Edgard Shigley, Diseo en ingeniera mecnica, 6ta Edicin, Pag. 104 35 Joseph Edgard Shigley, Diseo en ingeniera mecnica, 6ta Edicin, Pag. 114

63

Tambin calcularemos los esfuerzos debidos al corte () 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 seccin del perfil se calcula con respecto a la

siguiente relacin:

= 36 (2-9)

Donde:

= Esfuerzo cortante (N*m)

V = Fuerza cortante (N)

A = rea (m2)

=

= 7794015,48 Pa

= 7.79 MPa

36 Joseph Edgard Shigley, Diseo en ingeniera mecnica, 6ta Edicin, Pag. 123

64

Ahora calculamos el factor de seguridad que se lo obtendr comparando el esfuerzo

mximo, con la resistencia a la fluencia del material (Acero A588).

La resistencia de la fluencia del material (Acero A588) Sy es 345 MPa

= 37 (2-10)

Donde:

= Factor de seguridad

= Resistencia a la fluencia (MPa)

= Esfuerzo mximo (MPa)

=

= 1.72

Conclusin:

De acuerdo a los valores obtenidos, podemos establecer que los factores de seguridad

se cumple satisfactoriamente teniendo un valor de = 1.72, con este valor podemos

determinar que el brazo va a soportar la carga y no fallara.

37 Joseph Edgard Shigley, Diseo en ingeniera mecnica, 6ta Edicin, Pag. 25

65

2.4.3.1.1. Clculo de suelda en los brazos pequeos

Para el clculo 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. Clculos del brazo largo.

Figura 2.11 Brazo largo del elevador

66

Para el clculo de brazos largos se hace un anlisis esttico 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

Adems se debe calcular los esfuerzos en la seccin crtica donde el momento flector

es el mximo utilizado, como se observa en la Figura 2.13. Para este clculo se utiliza la

ecuacin (2-7).

Figura 2.13 Diagrama de momento flexionante

Mmax = F * d

Mmax = 5179,68 N * 1,250 m

Mmax = 6474,6 N*m

67

Se debe calcular tambin el esfuerzo de tensin que soporta la viga, el anlisis se lo

hace en la seccin crtica del perfil y esto se calcula con respecto al momento flector mximo.

Se lo calcula utilizando la ecuacin (2-8).

= 6474,6 N.m * 0,04m 3,426 * 10-6 m4

= 75593695,27 N/m2

= 75,59 MPa

Adems los esfuerzos debidos al corte () 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 seccin del perfil se calcula

utilizando la ecuacin (2-9).

68

= 3340292,34 N/m2

= 3,34 MPa

Ahora se debe calcular el factor de seguridad que se lo obtendr comparando el valor

mximo calculado, con la resistencia a la fluencia del material (Acero A588) utilizando la

ecuacin (2-10).

La Sy resistencia a la fluencia del material Acero A588 es: Sy = 345 MPa

= 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.

69

2.4.3.2.1. Clculo de sueldas en brazos largos.

Para el clculo 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) * re

F = (10mm * 14760mm) * 58 Kg/mm2

F = 8560800 Kg

F = 83981448 N

Conclusin:

La fuerza que va a soportar los cordones de suelda es de 83981448 N por lo tanto

podr soportar la mxima 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.

70

2.4.3.3. Cables

2.4.3.3.1. Clculo de cable

Para determinar cul debe ser el dimetro del cable de acero para transportar cierta

cantidad de carga debemos siempre utilizar el factor de seguridad sugerido por el fabricante

dependiendo adems el uso al que va hacer sometido. Los datos para el clculo del cable se

pueden obtener en la Tabla 10.

Tabla 10 : Datos para clculo del cable.38

DATOS PARA EL CLCULO

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 elevacin.39

RESISTENCIA DE RUPTURA TONELADAS

Dimetro 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 FUENTE: Datos proporcionados por el fabricante. 39 FUENTE: John A. Roeblings Sons Co.

71

Conclusin:

De acuerdo con la carga aplicada en este caso es de 3,2 Ton y la tabla de seleccin de

cable. Tenemos por lo tanto la seleccin del cable de 3/8 de pulgada, el cual presenta una

resistencia a la ruptura de 6,10 Ton lo cual asegura un ptimo funcionamiento del presente

proyecto.

2.4.3.4. Poleas.

Con los datos del dimetro escogido para el cable que es de Cable = 3/8y la tabla de

relacin del tipo de cable y dimetro de polea, procedemos al clculo de dimetro de la polea

que se empleara en el presente proyecto.

Tabla 12 : Dimetro de poleas segn el cable.40

RELACIN TIPO DE CABLE Y DIMETRO DE POLEA

TIPO CABLE DIMETROS RECOMENDADOS DIAMETROS MINIMOS

6*7 7,2 x dimetro del cable 4,2 x dimetro del cable 6*19 seale 5,1 x dimetro del cable 3,4 x dimetro del cable

6*19 comn 3,9 x dimetro del cable 2,6 x dimetro del cable 18*7 5,1 x dimetro del cable 3,4 x dimetro del cable

6*25 filler (3/8) 8,0 x dimetro del cable 6,0 x dimetro del cable 6*36 warrington 3,4 x dimetro del cable 2,3 x dimetro del cable

6*37 comn 2,7 x dimetro del cable 1,8 x dimetro del cable 6*41 warrington 3,1 x dimetro del cable 2,0 x dimetro del cable

De acuerdo a la Tabla 12 la polea ideal ser:

6*25 filler (3/8) 8,0 x dimetro del cable 6,0 x dimetro del cable

40 FUENTE: www.incamet.com.ar/archivos/9_relacion_diametro_polea_diametro_cable.pdf

72

Con las condiciones presentadas tenemos los siguientes resultados:

Dimetro recomendado = 8,0 x dimetro del cable

Dimetro recomendado = 8 x 3/8

Dimetro recomendado = 3

Dimetro mnimo = 6,0 x dimetro del cable

Dimetro mnimo = 6,0 x 3/8

Dimetro mnimo = 2,25

2.4.3.5. Seleccin de cadenas

La seleccin de cadena depende de la carga aplicada que en este caso ser mximo 3,2

Ton y la tabla 1.2 de seleccin 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 tendr que soportar una carga a levantar total de

34517,12 N.

73

2.5. DISEO Y SELECCIN DE ELEMENTOS HIDRULICOS

2.5.1. Diseo del cilindro.

El cilindro se disea como un cilindro de pared gruesa, este est sometido a una

presin interna de p = 3,17 MPa que genera el fluido, de acuerdo a los manuales del

fabricante.

La fuerza mxima que debe transmitir cada cilindro para la capacidad del elevador en su

posicin crtica es de 17258,56 N.

Utilizando la ecuacin (1-1) calculamos el rea del cilindro.

A= 0,00544 m2

A continuacin calcularemos el dimetro interior del cilindro hidrulico.

41 (2-11)

41 Robert L. Mott, Diseo de elementos de Maquinas, 2da Edicin, Apndice 1

74

Donde:

P = presin del fluido (N/m2)

F = Fuerza transmitida (N)

A = rea del cilindro (m2)

Di = Dimetro 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 hidrulico con dimetro interior Di = 3.5

(0,889m). De tubo de acero sin costura A-53 grado B, clula 40 con esfuerzo permisible de

60000 psi de dimetro 3,5 pulgadas.

Propiedades fsicas del tubo de acero sin costura A-53 grado B.

Dimetro interior = 3,5 pulg

Dimetro exterior = 4 pulg

75

CLCULO DEL ESFUERZO PRODUCIDOPOR EL TUBO

Datos:

ri = 1,75 pulg

re = 2 pulg

42 (2-12)

Donde:

St = Esfuerzo tangencial en el radio r (MPa)

ri = Radio interior (Plg.)

re = Radio exterior (Plg.)

p1 = Presin interna (MPa) presiones

St = 12,35 MPa

El tubo seleccionado cumple satisfactoriamente la presin generada por el sistema, ya

que el esfuerzo tangencial calculado supera al esfuerzo tangencial diseado.

42 Baumeister, T. y otros, Marcks Manual de Ingeniero Mecnico, 8va Edicin, Pg. 3-26

76

S1 > p

S1 = Esfuerzo tangencial calculado = 12,35 MPa

p = Esfuerzo tangencial diseado = 3,17 MPa.

2.5.2. Diseo del vstago del cilindro.

El punto crtico del vstago del cilindro es cuando acta una presin de 3,17 MPa sobre el

rea del pistn a travs del sello principal del pistn.

El vstago 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 Robert L. Mott, Diseo de Elementos de Maquinas, 4ta Edicin, Pg. 234

77

CLCULO DE LA LONGITUD EFECTIVA (Le)

Para calcular la longitud efectiva del vstago del cilindro utilizaremos la ecuacin (1-4)

conjuntamente con los datos dados a continuacin.

Datos:

F = 17258,56 N

L = 1,25 m

Le = K * L

Le = 2 * 1,25m

Le = 2,50 m

RADIO DE GIRO.

44

rmin = 0,01125 m

44 Robert L. Mott, Diseo de Elementos de Maquinas, 4ta Edicin, APNDICE 1.

78

CLCULO DEL FACTOR DE ESBELTEZ.

Para calcular la relacin de esbeltez utilizaremos la ecuacin (2-3), y recurriremos a

los datos ya obtenidos en el clculo de la longitud efectiva.

Re = 222.22

Luego calcularemos la razn de transicin de delgadez utilizando la ecuacin (2-4).

Cc = 112,85

Ahora debemos analizar si se trata de una columna corta o una columna larga

utilizando la ecuacin (2-5).

KL/r > Cc

222,22 > 112,85

79

De esta relacin determinamos que se trata de una columna larga, por lo tanto

utilizamos la ecuacin de Euler para analizarla.

FRMULA DE EULER

Pcr = 63555,32 N

Ahora calcularemos la carga permisible Pa a la cual la columna empezara a

deformarse, utilizando la ecuacin (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

CONCLUSIN:

De los clculos obtenidos determinamos que las cargas aplicadas en el vstago del

cilindro no provocan ninguna deformacin en este ya que estn dentro del rango de carga

permisible a la que fue diseado nuestro proyecto.

80

Pa >Pcr

Pa = 21185,1 N > Pcr = 17258,56 N

2.5.3. Seleccin de la Unidad de Potencia.

2.5.3.1. Determinacin del caudal de la bomba.

Para el clculo del caudal de la bomba, necesitamos los siguientes parmetros: Tiempo

de elevacin, recorrido y dimetro interior del cilindro.

Datos:

Di = 3,5 plg (0,0889 m)

C = 1,25 m

T = 75 s = 1,25 min.

Para el clculo del caudal de la bomba utilizamos la siguiente ecuacin:

45 (2-13)

Donde:

Q = Caudal (GPM)

Di = Dimetro interior del cilindro (m)

C = Carrera til del pistn (m)

45 Parker, Industrial Hydraulic Technology, 21th Edicin, Ohio, 1986, Pg. 4 5

81

t = Tiempo de elevacin (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

mbolos de los cilindros en un tiempo de 75 segundos.

2.5.3.2. Determinacin de la potencia del motor elctrico.

La potencia del motor elctrico se calcula en funcin de la presin y el caudal que va a

generar la bomba.

Potencia = p * Q 46 (2-14)

46 Parker, Industrial Hydraulic Technology, 21th Edicin, Ohio, 1986, Pg. 4 5

82

Donde:

p = presin 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 est disponible en el mercado seleccionamos un motor elctrico con las siguientes

caractersticas:

Tabla 13: Caractesticas Motor Elctrico47

MOTOR ELCTRICO

Voltaje Frecuencia Corriente Potencia Revoluciones

(VCA) (Hz) (A) (HP) (rpm)

230 - 400 50 6,4 - 11 2,95 1400

2.5.3.3. Determi

Elevador Electro Hidraulico

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