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MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA DEPLANTA
CURSO
SISTEMAS NEUMTICOS
TRABAJO
PROYECTO DE FABRICACIN DE UNALINEA DE DOBLADO DE SILLAS
PRESENTADO POR:
DOCENTE
ING. MIGUEL LEN
2012
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AUTOMATIZACIN DE UN PROCESO DEDOBLADO DE UNA SILLA
Introduccin
El presente proyecto propone una alternativa de solucin para un maquinado de un
proceso de doblado de una lnea de fabricacin de sillas de manera automatizada viendo
que una silla normal tiene que ser operada con personal. La dobladora es una maquina
utilizada para realizar mecanizados doblado y manipulacin de ngulos para la
fabricacin de sillas adems que ayuda a crear ms variedad de sillas mediante el
movimiento de una maquina en diferentes ngulos que nos ayude a mecanizar losdiversos materiales como acero, fundicin de hierro, metales no frricos y materiales
sintticos, superficies planas o curvas, de entalladura, de ranuras, y diferente tipos de
materiales con los que se pueda hacer o utilizar en la fabricacin de sillas . En las
dobladoras tradicionales, la pieza se desplaza acercando las zonas a mecanizar a la
herramienta, permitiendo obtener formas diversas, desde superficies planas a otras ms
complejas .
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JUSTIFICACIN
Teniendo la oportunidad de poder hacer una mejora a la maquina dobladora se vio por
idea hacerla funcionar de manera automtica con el fin de facilitar muchas funciones
comparando por ejemplo con de torno CNC o en la fresadora CNC se acoplara todo un
sistema neumtico con programacin de automatizada para la alimentacin de pieza,
recoger, transportar y realizar movimientos que normalmente lo hara un operario de la
maquina pero con un sistema automtico se ahorra tiempo y facilidad en su ejecucin.
As como tambin se tendra mayor precisin en los trabajos .Es as que para nuestro
trabajo seria idnea la automatizacin de la dobladora para que nos ayudara a tener una
mayor cantidad de sillas ya que le proceso se realiza de manera de ayuda de tubos , que
primero se calienta las patas de las sillas y luego las patas de las sillas se introducen en
unos tubos y estos por proceso de torsin se gira y se dobla las patas que funcional pero
es muy lento el proceso de fabricacin de las sillas
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Compresores de varias etapas,
COMPRESORES ROTATIVOS.
COMPRESORES CENTRFUGOS
DEPSITOS
La funcin que cumple un depsito en una instalacin de aire comprimido es mltiple:
Amortiguar las pulsaciones del caudal de salida de los compresores alternativos.
Permitir que los motores de arrastre de los compresores no tengan que trabajar de
manera continua, sino intermitente.
Hacer frente a las demandas picos del caudal sin que se provoquen cadas de
presin en la red.
Los factores que influyen ms decisivamente en el dimensionado de los depsitos son:
El caudal del compresor.Las variaciones de la demanda
La red de tuberas (Volumen suplementario).
El tipo de regulacin.
Diferencia de presin admisible en el interior de la red.
PREPARACIN DEL AIRE COMPRIMIDO.
El aire comprimido antes de alimentar los elementos neumticos, deber ser
tratado de nuevo para mejorar sus condiciones. Es necesario sacar el agua que haya
podido condensarse en el ltimo tramo antes de llegar al punto de utilizacin, adems de
las pequeas partculas que no han sido retenidas por el filtro de aspiracin del
compresor, contiene otras impurezas procedentes de la red de tuberas tales como
residuos de la oxidacin, polvo y cascarillas. Adems se producen fluctuaciones de
presin en la corriente de aire. Sin embargo, los consumidores deben poder trabajar
siempre con la misma presin de aire; a esto hay que agregar que las partes mviles de
los elementos neumticos tambin necesitan una lubricacin.
El conjunto de estos tres elementos recibe el nombre de unidad de mantenimiento la
cual consta de:Filtro de aire comprimido
Regulador de presin.
Lubricador de aire comprimido.
DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO
El dimetro de las tuberas debe elegirse de manera que si el consumo aumenta, la
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prdida de presin entre el depsito y el consumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la
cada de presin excede de este valor, la rentabilidad del sistema estar amenazada y el
rendimiento disminuir considerablemente. En la planificacin de instalaciones nuevas
debe preverse una futura ampliacin de la demanda de aire, por cuyo motivo debern
dimensionarse generosamente las tuberas. El montaje posterior de una red ms
importante supone costos dignos de mencin.
RED DE AIRE COMPRIMIDO
Se entiende por red de aire comprimido el conjunto de tuberas que parten del
depsito, colocadas fijamente, unidas entre si y que conducen el aire comprimido
a los puntos de toma para los equipos consumidores individuales.
DISPOSITIVOS NEUMATICOS.
CILINDROS NEUMATICOS
Los cilindros neumticos, son los elementos que realizan trabajo, siendo su
funcin trasformar la energa neumtica en trabajo mecnico de movimiento
rectilneo.
Existen diferentes tipos de cilindros neumticos. Segn la forma en que se
realice el retroceso del vstago, los cilindros se dividen en dos grupos:
Cilindros de simple efecto Cilindros de doble efecto
VALVULAS
Las vlvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la
direccin, as como la presin o el caudal del fluido enviado por un compresor o
almacenada en un depsito, esta es la definicin de la norma DIN/ISO 1219
conforme a una recomendacin del CETOP (Comit Europeo de Transmisiones Oleo-hidrulicas y Neumticas).
Las vlvulas segn su forma de accionamiento pueden ser:
Accionamiento mecnico,
Accionamiento Neumtico,
Accionamiento Elctrico,
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Segn su funcin las vlvulas se subdividen en 5 grupos:
Vlvulas de vas o distribuidoras
Vlvulas de bloqueo
Vlvulas de presin
Vlvulas de caudal
Vlvulas de cierre
Elementos que componen el circuito neumtico. Compresor
Unidad de mantenimiento (Filtro, regulador y Lubricador)
Mangueras
Acoples
Vlvula direccional 3/2
Vlvula direccional 5/2
Vlvula reguladora de velocidad
Cilindro de simple efecto
Cilindro de doble efecto
Elementos que componen el circuito elctrico. Fuente de alimentacin
Pulsadores
Finales de carrera
Solenoides
PLC
Alambres de conexin
Dispositivos luminosos
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CALCULO DE PRESION DE DISEO.
La fuerza ejercida por un elemento de trabajo depende de la presin del aire, del
dimetro del cilindro y del rozamiento de las juntas. La fuerza terica del mbolo en
cilindros de simple efecto se calcula con la siguiente frmula:
En la prctica es necesario conocer la fuerza real. Para determinarla hay que tener en
cuenta los rozamientos. En condiciones normales de servicio (presiones de 4 a 8 bar) se
puede suponer que las fuerzas de rozamiento representan de un 3 a un 20% de la fuerza
calculada.
Para los cilindros de doble efecto es necesario conocer la fuerza de salida y de retorno,
esto se calcula de la siguiente manera:
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distribucin de fuerzas que se muestran a continuacin (el equilibrio de fuerzas se
plantea sobre el mbolo):
Fig. 2. 1 - Distribucin de fuerzas en actuadores lineales de simple efecto.
Donde:
- P: Presin en la cmara posterior
- Pc: Presin en la cmara anterior
- S: superficie del mbolo en la cmara posterior
- S: Superficie del mbolo en la cmara anterior
- Sv: Superficie de la seccin del vstago
- Pe: Peso del mbolo
- R1 y R2: Reacciones del mbolo con la camisa debidas a Pe.
- Fr: Fuerza de rozamiento en el mbolo debida a R1 y R2.
- Fn: Fuerza a vencer
- Fm: Reaccin del muelle
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Tenemos, planteando el equilibrio en el mbolo:
Siendo:
,
Para ello los cilindros requieren un esfuerzo de 4.025 MPa. ejercida
sobre un rea, (largo de100 mm.
y ancho de12.7 mm.
), durante 5segundos con una presin de trabajo de 6 bar.y una carrera de 300mm.para el conformado perfecto.
a.
Seleccin de los cilindros:
Dimetro del mbolo:
Mtodo analtico:
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Mtodo grafico:
Con y presin de trabajo
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Dimetro del vstago:
Con la = N.y carrera de 300 mm.
Dimetro normalizado del embolo: 125 mm.
Dimetro normalizado del vstago: 20 mm.
arrera: 300 mm.
!"#"ND$% N%$M"'&D% DN()*+(3*0(,,-()3+*0/
300
7302.5 N
d=20
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b.Seleccin de vlvlas:
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&nlisis de cadal:
Teniendo en consideracin:
El modelo de cilindro !DN()*+(3*0(,,-()3+*0/ 1doble efecto2.
La Presin absoluta de trabajo ! bar/.
Numero de ciclos !) ciclo cada *0 segndos/.
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32 cm. de recorrido.
320 mm
125 mm
20
=>0.59 litros por cm. de
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,resin de trabao:
La !resin de trabajo esco"ida !ara #ue satis$a"a las necesidades
re#ueridas de dic%a a!licacin es de ! bares/&!resin absoluta'( la cual esun )alor en el cual la mayor*a de industrias trabajan.
4rabao:
+e acuerdo a la a!licacin a reali,ar( se tomo la decisin de ad#uirir una
)-l)ula de !+ vas/( ya # nos !ermite etender y retraer el )-sta"o del
cilindro a accionar sin nin"n !roblema ni !ercance/ de !* 5osiciones/ya
#ue en cada ciclo de trabajo es indis!ensable #ue el )-sta"o se encuentre
en al"una de las dos !osiciones de $inal de carrera &totalmente etendido o
totalmente retra*do'( con la $inalidad de no causar accidente al"uno.
&ccionamientos:
El accionamiento de dic%as )-l)ulas se reali,ara !or !accionamiento
elctrico/. Considerando la se"uridad del o!erado( el retorno se lle)ar- a
cabo !or la reaccin de un resorte !retorno 5or melle/ ya #ue esto
!ermitir- #ue la )-l)ula conmute inmediatamente a su !osicin de re!oso
al dejar de recibir la seal elctrica de accionamiento.
-l)ula distribuidora 52( con accionamiento elctrico y retorno !or muelle.
!6lectrovlvla ,6)0(M)78(+#(M+()9)/.
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Tamaos normalizados de cilindros y longitudes de carreras
Segn los datos de nuestro cilindro se escogi dichos valores de la tabla
CALCULO DE LA CARGA CRITICA DE PANDEO
Valores de la longitud de pandeo segn el tipo de fijacin
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1. K=2
2. Le= K*L
3. Calculo del radio de giro
R =
4. Calculo de la constante de la columna del cilindro
5. Calculo de la razn de Esbeltez
6. Carga critica
7. Carga Admisible
Le=(2*3.2) = 6.4m
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CONSUMO DE AIRE PARA CILINDROS NEUMTICOS
Para nuestro dimetro de 21.4 este es el valor que mas se asemeja en la tabla
Formulas para calcular el consumo del aire
Cilindro doble efecto:
Donde:
- V= Cantidad de aire (l/min)
- s = Longitud de carrera (cm)
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CALCULO DE PERDIDAS EN COMPONENTES Y ACCESORIOS.
En todo componente de un circuito neumtico se tiene perdidas, ya sea que estas se
produzcan por rozamiento y los accesorios de conexin; tales como vlvulas, acoples,
reguladores de velocidad, codos, etc.
Las prdidas en los accesorios varan dependiendo del fabricante, quienes proporcionan
en sus catlogos de productos las curvas caractersticas de cada uno de estos.
MANGUERAS
Para la alimentacin de los componentes neumticos en los circuitos industriales se
disean lneas de tuberas rgidas con dimetros considerables debido a que la cantidad
de aire que los componentes de trabajo requieren es elevada.
Para el caso de mquinas con control neumtico y otros diseos en los que los
componentes requieren pequeas cantidades de aire para su funcionamiento se utilizan
mangueras flexibles.
Por lo tanto el hacer un diseo para mangueras, no es viable, debido a que cuando se
trabaja con caudales pequeos los dimetros de estos elementos resultan ser de un
dimetro tal que no existen en el mercado, es por esto que se proceder directamente a
la seleccin de las mangueras del banco neumtico.
A continuacin presentamos las tablas que utilizaremos para la seleccin de las
mangueras.
Con los valores de caudal y presin definidos para la seleccin de mangueras se ingresa
a la grafica 6.1 produciendo un punto, el cual se ubica por debajo de la lnea
caracterstica de la manguera tipo 1(7.5 mm o 0.30 In) lo que indica que se puede
seleccionar la inmediata superior. Por tal razn se selecciona la manguera de , que es
usada comnmente en el mercado nacional. Los valores de las prdidas o cada de
presin en las tuberas son de un 10% por cada 100 pies de tubera.
Otro criterio para la seleccin de mangueras es la relacin presin longitud, la que no
aplica el en caso particular del banco neumtico, debido a que las longitudes son cortas.
A continuacin se muestra la tabla, para la seleccin de las mangueras bajo los
parmetros de presin-longitud
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Se presenta adems un cuadro resumen con los flujos de aire mximos recomendados para diferentes
dimetros de tuberas.
Clculo de prdidas en conductos lineales
Ya conociendo los datos sobre el caudal que llega a cada actuador y teniendo
definidas del mismo.
As mismo se debe considerar las fugas de caudal, perdidas de carga, los posibles
cambios de temperatura en todo el tramo de la instalacin ya que interfiere en la
modificacin del aire requerido.
Para el clculo de prdidas para perdidas lineales se puede usar la siguiente formula
Donde :
- L: longitud de la tubera
- V: Velocidad del fluido
- D: Dimetro de la tubera
- g: aceleracin de la gravedad
- f: coeficiente de friccin
Para calcular el coeficiente de friccin se usa la
siguiente formula
Para encontrar el nmero de Reynolds para el flujo en conductos
circulares es:
Determinar la viscosidad dinmica, se suele utilizar la expresin (Temperatura enKelvin ):
Para iniciar y mantener el flujo de gas en una tubera, es necesario la diferencia de
presin , para poder vencer el rozamiento de las paredes de la tubera y acoplamientos .
La frmula es :
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Donde :
o : es la cada de presin en baro f: es el factor de rozamientoo V: es flujo de volumen en l/s (aire libre)o d: es el dimetro interior de la tubera de mmo m: es la presin media absoluta en bar
Para tuberas convencionales de acero como las utilizadas para el aire comprimido a
presiones y temperaturas normalesf 500 con las unidades elegidas.
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CLCULO DEL CONSUMO DE AIRE
Otra caracterstica importante es la cantidad de aire a presin necesaria (caudal) para el
funcionamiento de un cilindro. La energa del aire comprimido que alimenta los
cilindros se consume en forma de trabajo y, una vez usado, el aire se expulsa a laatmsfera por el escape. El consumo terico de aire de un cilindro es el volumen
consumido por ciclo de trabajo. Un ciclo de trabajo se refiere al desplazamiento del
mbolo desde su posicin inicial hasta el final de su carrera de trabajo, ms el retorno a
su posicin inicial. Dimensionado el actuador o actuadores del circuito, se podr definir
la cantidad de aire requerida. Esta cantidad de aire es funcin del tiempo de duracin de
cada fase o de la frecuencia de realizacin de una determinada tarea (movimiento lineal
de una carga) o la velocidad de giro requerida (movimiento rotativo). Se debe tener en
cuenta que la cantidad de aire requerido se encuentra a una cierta presin. Por tanto, se
habla de cantidad de aire en Condiciones Normales (subndice 0, como se defini al
principio del captulo). As se unifica el criterio, pasando el aire a presin atmosfrica.
Para este clculo, se usa la ecuacin de los gases perfectos de la frmula 1.3. De hecho,
esta frmula tiene bastante ms inters en neumtica si se dividen ambos trminos por
la variable tiempo, quedando:
Tambin se ha de considerar que la densidad del aire vara en funcin de la presin y de
la temperatura de trabajo. En cualquier libro de termodinmica podemos encontrar
tablas que recoge dicha evolucin.
CONVERSIN DE LITROS DE AIRE A PRESIN EN LITROS DE AIRE
LIBRECon la siguiente frmula pasamos a las condiciones estndar una cantidad de aire a
presin para calcular consumos, ya que este valor se usa para dimensionar componentes.
Donde:
Q1= Litros de aire comprimido a presin P.
Q = Litros de aire libre.
P = Presin del aire comprimido en Kg/cm2.
GASTO DE CILINDROS NEUMTICOS
Q= 184.98 l/mm
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Donde:
Q= Litros de aire libre en l/mn.
D = Dimetro del mbolo en mm.
L = Carrera del cilindro en mm.
P = Presin del aire en Kg/cm2.
t = Tiempo en realizarse la carrera.
Finalmente, cada fabricante acaba proponiendo la forma de calcular el caudal o cantidad
de aire requerida en funcin de la geometra y caractersticas de sus productos. En la
tabla vemos el consumo de aire en un cilindro en funcin de la presin de trabajo y el
dimetro del mbolo.
CONSUMO DE AIRE PARA CILINDROS NEUMATICOS
Para disponer de aire y conocer el gasto de energa, es importante conocer el consumo
de la instalacin. Para una presin de trabajo, un dimetro y una carrera de mbolos
determinados, el consumo de aire se calcula como sigue: Relacin de compresin
Superficie del mbolo Carrera La relacin de compresin e2/e1 se calcula de la
forma siguiente:
(101.3+600)/101.3 = 6.92 ppm
Donde:
El resultado se da en KPa (referido al nivel del mar)Con ayuda de la tabla de la figura siguiente, se pueden establecer los datos del consumo
de aire de una manera ms sencilla y rpida.
Los valores estn expresados por cm de carrera para los dimetros ms corrientes de
cilindros y para presiones de 200 a 1.500 kPa (2 15 bar). El consumo se expresa en los
clculos en litros (de aire aspirado) por minuto.
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LONGITUD DE CILINDROS NEUMTICOS
La longitud de carrera en cilindros neumticos no debe exceder de 2000 mm. Conmbolos de gran tamao y carrera larga, el sistema neumtico no resulta econmico por
el elevado consumo del aire. Cuando la carrera es muy larga, el esfuerzo mecnico del
vstago y de los cojinetes de gua es demasiado grande. Para evitar el riesgo de pandeo,
s las carreras son grandes deben adoptarse vstagos de dimetro superior a lo normal.
Adems, al prolongar la carrera la distancia entre cojinetes aumenta y, con ello, mejora
la gua del vstago.