Dibujo de Una Prensa y Calculos

8/14/2019 Dibujo de Una Prensa y Calculos

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REINGENIERA A UNA PRENSA HIDRULICA DE CONSTRUMECAM, PARAMEJORAR LA EFICIENCIA DE SU PRODUCCIN

HECTOR ALEXANDER PAYAN COBO

UNIVERSIDAD AUTNOMA DE OCCIDENTE

FACULTAD DE INGENIERADEPARTAMENTO DE ENERGTICA Y MECNICA

PROGRAMA INGENIERA MECNICASANTIAGO DE CALI,

2012


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REINGENIERA A UNA PRENSA HIDRULICA DE CONSTRUMECAM, PARAMEJORAR LA EFICIENCIA DE SU PRODUCCIN

HECTOR ALEXANDER PAYAN COBO

Proyecto de grado para optar al ttulo deIngeniero Mecnico

DirectorHugo Cenen Hoyos Escobar

Ingeniero Mecnico

UNIVERSIDAD AUTNOMA DE OCCIDENTE

FACULTAD DE INGENIERADEPARTAMENTO ENERGTICA Y MECNICA

PROGRAMA INGENIERA MECNICASANTIAGO DE CALI,

2012


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Nota de aceptacin

Aprobado por el Comit de Grado en

cumplimiento de los requisitos exigidospor la Universidad Autnoma deOccidente para optar al ttulo deIngeniero Mecnico

Jurado

Firma del Jurado

Firma del Jurado

Santiago de Cali, diciembre de 2012


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A mis queridos padres, Jaime Payan y Marleny Cobo, por sus consejos, sucompresin y por el apoyo incondicional para el desarrollo de este proyecto.


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CONTENIDO

GLOSARIO 11

RESUMEN 12

INTRODUCCION 13

1.OBJETIVO 15

1.1 OBJETIVO GENERAL 15

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 15

2.DESARROLLO DEL PROYECTO 16

3. ANALISIS DE DESEMPEO DEL ACTUAL DISEO 17

4. DISEO MECANICO DE LA PRENSA DE CONSTRUMECAM 19

4.1 DISEO TEORICO 20

4.1.1 Definicin factor de seguridad 20

4.1.2 Diseo de columna 20

4.1.3 Anlisis de platina superior 24

4.1.4 Anlisis bastidor 26

4.1.5 Anlisis y determinacin de la carga mxima 26

4.1.6 Anlisis pasador 28

4.2 ANLISIS EN SOLIDWORKS 30

4.2.1 Anlisis columnas 31

4.2.2 Anlisis de platina superior 32

4.2.3 Anlisis bastidor 33

4.2.4 Resultados del estudio 36

5. DISEO SISTEMA HIDRAULICO 37

5.1 ANALISIS DE FUERZAS Y CAUDAL 38

5.1.1 Presin mxima de trabajo, dimensiones del cilindro de simple efecto 39


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5.1.2 Anlisis de presin de vlvula de alivio 40

5.1.3 Anlisis caudal bomba 42

5.1.4 Seleccin de la bomba 43

5.1.5 Anlisis desplazamiento volumtrico de la bomba 425.1.6 Anlisis de la potencia de entrada 44

5.1.7 corte y doblez de lminas 45

5.1.8 Circuito hidrulico 46

5.1.9 Estructura del control automtico 45

5.1.10 Ventajas del actual diseo 46

6. SELECCIN DE COMPONENTES DEL SISTEMA HIDRULICO 486.1 FILTRO 48

6.2 BOMBA DE PISTONES 48

6.3 MOTOR ELECTRICO 48

6.4 VALVULA DE CONTROL DIRECCIONAL ELECTROHIDRAULICA 49

6.5 CILINDRO HIDRAULICO DE SIMPLE EFECTO 50

6.6 LINEAS HIDRAULICAS 51

6.7 ACEITE 52

6.8 SISTEMA ELECTRICO 53

7. ANALISIS FINANCIERO 54

8. CONCLUSIONES 55

9. RECOMENDACIONES 56

BIBLIOGRAFIA 57

ANEXOS 58


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LISTA DE TABLAS

Pg.

Tabla 1. Propiedades materiales solidworks 25Tabla 2. Dimetros de alambre y materiales para resortes 34Tabla 3. Tratamientos en los extremos para resortes helicoidales 40


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LISTA DE FIGURAS

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ANEXO A. Propiedades acero 60

ANEXO B. Propiedades filtro de succin 61

ANEXO C. Caractersticas bomba. 62

ANEXO D. Motor. 63

ANEXO E. Vlvula direccional. 64

ANEXO F. Caractersticas cilindro de simpleefecto. 65

ANEXO G. Seleccin dimetro mangueras. 66

ANEXO H. Propiedades tubera flexible de alta presin. 67

ANEXO I. Propiedades aceite. 68

ANEXO J. Pulsador. 69

ANEXO K. Contactor rel. 70

ANEXO L. Cotizacin. 71

ANEXO M. Formulas y conceptos generales. 71


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GLOSARIO

AISC:american Institute of Steel construction.

ANSI: american National Standards Institute.

Carga: es la accin de una fuerza estacionaria sobre un cuerpo, haciendo queeste experiment pequeos desplazamientos.

Columna: es un elemento vertical de forma esbelta, que es usada como soporteestructural, sujeto a pandeo.

Empotramiento:es la unin entres dos elementos de alta resistencia, respecto aun sistema de referencia inmvil, que elimina cualquier movimiento de ambossolidos hacia cualquier punto.

Flexin: es la deformacin que se genera en un elemento estructural en ladireccin perpendicular a su eje longitudinal.

Limite elstico: es el esfuerzo mximo que puede soportar un elemento antes desufrir deformacin plstica permanente

Pandeo: se presenta como inestabilidad elstica, en elementos sometidos acompresin, y se observa como una deformacin en la seccin trasversal delcomponente esbelto.

Potencia:es la cantidad de trabajo producida por unidad de tiempo.

Viga: es un elemento de alta resistencia, con una seccin trasversal pequeausada para el soporte de cargas, generalmente sometida a flexin.


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RESUMEN

Este proyecto analiza una prensa hidrulica de la firma CONSTRUMECAM en

Cali, a fin de realizarle una reingeniera, que permita automatizar sus procesos ymejorar la eficiencia de los mismos. Se procede por lo tanto al anlisis de cadauno de los elementos que la componen, a identificar los diferentes procesos queen ella se realizan, al igual que los parmetros de funcionamiento, para la parteestructural y el sistema hidrulico de transmisin de potencia.

Para realizar la reingeniera a la prensa hidrulica y llevar a cabo el anlisis quediera como resultado, una adecuada implementacin del sistema hidrulico deaccionamiento de las piezas que intervienen en los diferentes procesos que en ella

se realizan, fue necesario optar una serie de medidas como son: identificar losdiferentes procesos para lo cual era utilizada, al igual que los diferentes tipos demateriales y tamao de las piezas que son intervenidas en la prensa, laslimitaciones del funcionamiento actual de la prensa en los diferentes procesos,como son sus condiciones de operacin, tiempos de ejecucin de cada operacin,y capacidad de carga o aplicacin de fuerza o potencia mediante la prensa,identificar las limitaciones de su sistema hidrulico actual, el tipo deaccionamiento, carrera del embolo del cilindro, y dems caractersticas propias delos elementos que intervienen en el circuito hidrulico.

Luego se determin mediante un anlisis de tipo esttico y siguiendo lasrecomendaciones de las normas AISC (Steel constructions manual 13th), la cargamxima permisible en la estructura. A partir de lo anterior, se realiz un anlisispor elementos finitos para identificar los efectos de la carga en cada pieza,teniendo en cuenta conceptos como, esfuerzo de Von Misses, factores deseguridad para la verificacin de la estructura de la prensa utilizando losesfuerzos admisibles y las diversas cargas a la cual est sometida la mquina.

Por ltimo se diseo un nuevo sistema hidrulico que comprende, la bombahidrulica, su motor, el circuito hidrulico y el control automtico del mismo,teniendo en cuenta las condiciones de la secuencia operacional al aplicar lascargas mximas permisible y las dimensiones de la prensa

Palabras claves:AISIC, hidrulica, prensa, control, carga, esfuerzo


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INTRODUCCIN

Al considerar los procesos que se realizan en el taller de la empresa

CONSTRUMECAN, donde en su mayora son procesos metalmecnicos como eldoblez de laminas de 1/8 de acero al carbono y otras piezas mecnicas, seplantea la necesidad de mejorar una maquina herramienta, la cual se suponeinicialmente genera un incremento en los tiempos de los procesos, con lo cualreduce el desempeo eficiente de los diferentes procesos que en sta se realizan.Basado en lo anterior, y partiendo de la existencia de la estructura de prensamecnica, se proyecta la posibilidad de automatizar sus procesos y modificar sudiseo si es del caso, para mejorar la eficiencia de estos.

Al entender la necesidad de disponer de una prensa hidrulica ms eficiente y defcil operacin, es preciso recurrir a un anlisis previo de la estructura actual de laprensa, para definir sus actuales parmetros de funcionamiento y operatividad, detal manera que permita la seleccin de las mejores alternativas afines para estesistema. Por medio de presente proyecto se realizar la reingeniera a esta prensamecnica, para mejorar y automatizar su sistema hidrulico mecnico.

La situacin actual de la prensa, presenta una problemtica de limitacin decapacidad productiva para la empresa CONSTRUMECAM y se hace imperativobrindar una solucin que permita incrementar su eficiencia y capacidadoperacional, de tal forma que la compaa pueda ofrecer nuevos servicios enrangos de mayor capacidad en procesos de troquelado, punzando y estampado,de igual forma le permitira disminuir los tiempo de ejecucin y mantener losparmetros de produccin necesarios para ofrecer un producto con mejor calidad.

El objetivo principal del proyecto fue el rediseo de la prensa hidrulica, identificarlas limitantes que sta presenta en cuanto a su capacidad de produccin, carrera

del embolo y su sistema de accionamiento, para de esta forma, presentar unaalternativa viable para el mejoramiento de los procesos que en ella se realizan,mediante la implementacin de un circuito hidrulico que permita incrementar lacapacidad operativa, la eficiencia y que sea posible operarla de maneraautomtica.


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En este proyecto se presentar el rediseo de la prensa hidrulica deCONSTRUMECAM, donde se podrn encontrar los diferentes estudios realizados,los respectivos anlisis de las cargas que intervienen en cada una de las pieza,teniendo en cuenta el trabajo que realiza la prensa, y conforme a estos parmetros

de diseo, identificar y seleccionar los componentes del circuito hidrulico msadecuados para cumplir un mejoramiento de su productividad y eficiencia.


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1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Realizar la reingeniera al diseo de una prensa hidrulica manual de la EmpresaCONSTRUMECAM, a fin de mejorar sus parmetros de operacin e incrementarla eficiencia de su produccin.

1.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Analizar la capacidad operativa de la prensa hidrulica de la EmpresaCONSTRUMECAM, para definir los parmetros actuales de produccin para laque es utilizada.

Realizar un planteamiento de rediseo mecnico a la prensa, para adaptarle unsistema hidrulico accionado automticamente, que comprenda, la bombahidrulica y su motor, circuito hidrulico a implementar y un sistema de controlautomtico para el sistema hidrulico.

Definir la capacidad operativa de la prensa rediseada, a fin de determinarposibles procesos a realizar como doblado de lminas y su mximo espesor,punznado, corte y estampado para diferente materiales como acero alcarbono, aceros inoxidables, aceros rpidos y aluminio.

Determinar el valor de la inversin econmica del rediseo por reingeniera dela prensa hidrulica.

Entrega de planos para construccin de la parte rediseada.


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2. DESARROLLO DEL PROYECTO

La empresa CONSTRUMECAM a fin de mejorar sus procesos, ha optado por

realizar reingeniera a algunos de sus equipos, que actualmente operan sinautomatizacin en sus procesos, como es el caso de la prensa hidrulica, usadapara la realizacin de diversos procesos metalmecnicos, por lo que el rediseoque se desarrolle debe llevarse a cabo de manera tal, que se preserve la vida tildel conjunto de piezas de su estructura, mejorando sus condiciones operativas yde seguridad en la realizacin de sus procesos, a fin de no exceder el lmitemximo de su diseo original, como de igual forma poder garantizar elcumplimiento de los procesos productivos con mejores estndares de calidad.

Por medio de la reingeniera aplicada a la prensa se pretende su modernizacinmediante un rediseo que permita ampliar su vida til, adecundola para realizarautomticamente otras operaciones, a fin de mejorar su eficiencia operativa,reducir gastos en sus procesos e incrementar su capacidad en las operacionesdonde la prensa interviene. Pero para lograr el diseo requerido de la prensahidrulica, es necesario identificar algunos conceptos fundamentales que incidenen el desarrollo de cualquier dispositivo hidrulico, como; tipos estructural de laprensa, el sistemas hidrulico de su accionamiento, componentes que intervienenen el sistema hidrulico, factor de seguridad del diseo actual, parmetros deseleccin de componentes a adicionar, y normativa aplicada al diseo actual, a finde realizar una reingeniera adecuada para su mejoramiento.

La metodologa implementada para el desarrollo de este proyecto consiste en: unanlisis del funcionamiento y desempeo operacional actual de la prensa deCONSTRUMECAM, para posteriormente, realizar una verificacin terica de cadapieza que compone su estructura y de esta manera definir la carga mximapermisible en cada elemento analizado. Al concluir este anlisis, se realizar unestudio por elementos finitos mediante el software de simulacin de solidworks,

donde se simulen los efectos de la carga en cada una de las piezas quecomponen la prensa hidrulica, y de esta forma, verificar que el valor mximo de lacarga obtenida, es la carga mxima con seguridad, que se le podra aplicar a laestructura de la prensa; al finalizar este estudio se plantear el rediseo delsistema hidrulico con sus respectivos componentes, para finalmenteseleccionarlos, como son la bomba, el motor, las vlvulas y los cilindros.


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Finalmente se realizar un anlisis econmico donde se establezca el valor de lainversin necesaria para el proyecto.


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3. ANLISIS DE DESEMPEO DEL ACTUAL DISEO.

La prensa hidrulica de CONSTRUMECAM en su estado actual es utilizada

nicamente para realizar procesos de doblez de lminas que van desde 1/8 a 1/4de espesor de aceros al carbono y aceros inoxidables, donde el diseo actual dela prensa presenta un sistema hidrulico de accionamiento manual, en el cual setiene una bomba que es accionada por palanca, un cilindro de simple efecto y unmanmetro para el seguimiento de la presin impuesta al sistema, y que suestructura se compone principalmente de dos soportes verticales o columnas, unabase y una platina en la parte superior donde se sita el cilindro. En la figura 1 sepuede observar la ubicacin de cada una de estas piezas.

La principal limitacin de la prensa actual es la poca versatilidad que presenta, yaque solo es empleada para realizar procesos de doblez de lminas, en el cual seemplean tiempos muy elevados para efectuar esta funcin, contribuyendo de

Figura 1. Estructuras y elementos de la prensa hidrulica.


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manera significativa al bajo rendimiento de la prensa, al igual que su sistemahidrulico de accionamiento manual, donde la puesta en macha del sistemarequiere de tiempos muy altos debido a las dificultades de operacin del mismo,dando esto como resultado procesos de manufactura lentos, donde la prensa no

es llevada a su mxima capacidad como consecuencia de las dificultades propiasque se producen durante el accionamiento del sistema hidrulico actual con el quecuenta la prensa hidrulica en el taller de CONSTRUMECAN.

A continuacin se hace una descripcin del funcionamiento del circuito hidrulicodel actual diseo.

Para el accionamiento de la prensa se hace necesario seguir los siguientes pasos:

Desbloquear la palanca de la bomba.

Bombear varias veces para llenar el circuito hidrulico interno de la bomba.

Bombear con la palanca de accionamiento de la bomba, el desplazamientodel embolo depender de la longitud de las mangueras y del flujo quesuministre la bomba.

Una vez que las mangueras del sistema hidrulico estn llenas, el embolo

iniciara su avance.

El cilindro dispone de un retroceso mecnico con la capacidad necesariapara soportar la carga mxima de la presin, con el fin de permitir desplazarel embolo hasta el final de su carrera.

Se mantiene la presin en el sistema durante un lapso de tiempo corto, sinbombear para verificar que la vlvula de retencin funciona correctamente.

El funcionamiento del circuito hidrulico de la prensa actual, se inicia cuando ellquido entra en la cmara del cilindro por uno de sus extremos. Por la resistenciaque genera el embolo se presenta una presin en el lquido, que al ser vencida, elembolo se desplaza y su vstago sale, el embolo regresa al cambiar la vlvuladistribuidora mediante accionamiento externo.


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En la figura 2 se puede observar el diseo del circuito hidrulico actual de laprensa y sus componentes.

Figura 2. Circuito hidrulico prensa actual.


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4. DISEO MECANICO DE LA PRENSA DE CONSTRUMECAM

De acuerdo al diseo mecnico de la prensa hidrulica, y acorde a las normas

establecidas en el manual AISC, se procedi a realizar un anlisis para el conjuntode piezas que conforman la estructura de la prensa hidrulica, con el fin deidentificar la carga mxima permisible en la estructura, y por medio de la cual seestablecern los parmetros requeridos para el circuito hidrulico.

4.1 DISEO TERICO

Por medio de este anlisis se tiene como principal objetivo realizar un anlisisterico de cada pieza que compone la estructura de la prensa hidrulica, y de

esta manera definir la carga mxima permisible en cada elemento analizado.

4.1.1 Definicin factor de seguridad. Este trmino se utiliza para evaluar lascondiciones de seguridad de un elemento. En un diseo se tiene que evitar la fallaestructural, las cargas a las que ser sometido un elemento cuando est enoperacin, deben ser menores que las cargas que la estructura es capaz desoportar, con lo anterior se presentan las siguientes ecuaciones.

Ecuacin 4 Y Ecuacin 4.1 Ecuacin 4.2

4.1.2 Diseo de columna. Las columnas son los elementos estructuralesencargados de dar soporte al resto de los componentes, de mantener laestabilidad de la estructura, son los elementos verticales que soportan cargas decompresin y flexin. Para el anlisis de la columna se tom como punto departida las dimensiones de la misma como el espesor (213 mm), la longitud


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(2200 mm) y el ancho (400 mm), de igual forma las propiedades del material delcual estn fabricadas, acero AISI 1045 (ver Anexo A).

La figura 3 muestra el esquema de las dimensiones de la columna, y el diagramade cuerpo libre, tambin se puede observar que el elemento empleado comocolumna es un perfil rectangular.

a) Isomtrico b) dimensiones c) diagrama cuerpo libre

Para facilitar los clculos se ha trasladado la carga de trabajo de su posicinnormal a la parte superior de la columna como se observa en la figura 3b,asumiendo de esta forma que la longitud total de la columna est sometida acompresin y como consecuencia al efecto de pandeo, adems teniendo encuenta que ambos extremos estn fijos. Los datos que se muestran a continuacincorresponden a las propiedades de la seccin transversal del perfil rectangulardonde se tiene que: I es el momento de inercia, A es el rea de la seccintransversal, K radio de giro y L la longitud de la columna.

Figura 3. Columnas.


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( ) Ecuacin 4.3Aplicando la ecuacin 4.3 tenemos que:

() ()

Ecuacin 4.4 Ecuacin 4.5Como se tiene dos posibles ejes de orientacin, con las ecuaciones 4.4 y 4.5 seobtiene los valores de las inercias para cada eje.

( ) ( )

Figura 4. Perfil rectangular.


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( ) ( )

De acuerdo a la orientacin que presenten los ejes X y Y, se van a obtener dosvalores de radio de giro (K), a partir de las ecuaciones 4.3 y 3.4 (ver anexos M)tenemos que:

De los dos radios de giro, se debe considerar el menor de los dos, ya que este esun indicativo de que tiene una seccin trasversal dbil sobre ese eje y por lo tantotendr una mayor posibilidad de pandeo en esa direccin.

A partir de la ecuacin 3.1 (ver anexos M) podemos determinar la relacin de

esbeltez que sirve como parmetro para conocer la estabilidad de la columna,como es una columna fija en ambos extremo tenemos que:

Le=0.5L Ecuacin 4.6

Le =0.5*220cm = 110cm

Con el resultado anterior, y teniendo en cuenta que para una Re < 30 se hace unanlisis por esfuerzos normales, se tiene que


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Ecuacin 4.7

De acuerdo al valor de esfuerzo obtenido se procede a calcular la carga P mximapara la columna, en este procedimiento y para el perfil de la columna, segn elmanual AISC1, se recomienda usar un factor de seguridad para elementos acompresin de 1.67.

Utilizando la ecuacin 4.1 para esfuerzos normales tenemos que:

De lo anterior, se puede decir que la carga mxima permisible en la columna es de4868.5KN, para las dimensiones dadas

4.1.3 Anlisis de platina superior. Este elemento est encargado de albergar ysoportar el cilindro hidrulico, conforman la parte superior de la prensa y estsujeta a la columna, puede soportar momentos flectores por lo que se haconsiderado para el anlisis como una viga empotrada en ambos extremos y con

carga simtrica ubicada en el centro, estas suposiciones se hacen con el fin defacilitar los clculos, ya que estos no se encuentran muy alejados de la realidad.

1Manual del AISC Steel constructions 13th P3-13.


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El esquema de las fuerzas que actan en la platina superior se muestra en eldiagrama de cuerpo libre de la figura 5.

a) Dimensiones b) diagrama cuerpo libre

De acuerdo con el grafico anterior se puede concluir que las reacciones en la vigaempotrada son:

El momento flector mximo se calcula por medio de la tabla 4 (ver anexos M), el

cual queda como:

Con el momento flector mximo anterior, se puede calcular el esfuerzo mximopara una viga sometida a flexin con la ecuacin 3, donde I es la inercia de laseccin trasversal de una viga de perfil rectangular definida en la ecuacin 4.4, y c

Figura 5. Platina superior


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es la distancia que hay desde el eje neutro hasta la partcula ms externa, esto sedefine como:

De acuerdo al valor de esfuerzo obtenido se procede a calcular la carga P mximapara la platina, en este procedimiento se establece un factor de seguridad de 1.67recomendado por el manual AISC2, para elementos sometidos a flexin.

Utilizando la ecuacin 4.1 para esfuerzos normales se tiene que:

Con el factor de seguridad establecido se concluye que las dimensiones de lapieza son adecuadas para soportar una carga de trabajo P aproximada de 837.7KN.

2Manual del AISC Steel constructions 13th P3-13.


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4.1.4 anlisis bastidor.La base o bastidor es el elemento encargado de alojar laspiezas de trabajo y soportar las cargas trasmitidas por el cilindro, forman la parteinferior de la prensa y est sujeta a las columna, debido a la naturaleza de las

cargas, esta debe soportar momentos flectores, por lo que se ha considerado parael anlisis como una viga empotrada en ambos extremos y con carga simtricaubicada en el centro, con el fin de facilitar los clculos.

El esquema de las fuerzas que actan en la base se muestra en el diagrama decuerpo libre de la figura 6, y sus dimensiones.

a) Dimensiones b) Diagrama cuerpo libre

De acuerdo con el grafico anterior, se procede a calcular las reacciones en losextremos de la viga como se muestra a continuacin:

El momento flector mximo se calcula por medio de la tabla 4 (ver anexos M), elcual queda como:

Figura 6.Bastidor.Figura 6.Bastidor.


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Con el momento flector mximo anterior, se puede calcular el esfuerzo mximopara una viga sometida a flexin a partir de la ecuacin 3.

Con el resultado anterior de esfuerzo se procede a calcular la carga P mximapara la base, en este procedimiento se establece un factor de seguridad de 1.67que es un valor recomendado por el manual AISC3 , para esta pieza utilizando laecuacin 3.1 para esfuerzos normales.

Con el resultado anterior, se puede interpretar que las dimensiones del bastidorpermiten soportar la carga P de 461.8KN calculada en el punto anterior.

3Manual Del AISC Steel constructions 13th P3-13.


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4.1.5 Anlisis y determinacin de la carga mxima de trabajo.A partir de losvalores obtenidos de carga para cada pieza, se seleccion la carga mnimacalculada, ya que de esta manera se asegurar que ninguna de las pieza fallar porla accin de la misma.

Con el valor anterior, se concluye que el valor mximo de trabajo para la prensa esde 47 toneladas.

4.1.6 Anlisis pasador.Estos elementos son los encargados de soportar la baseo bastidor de la prensa, con esto se genera un sistema de cargas y reaccionessobre el dispositivo como se muestran en la figura 7.

a) dimensiones b) diagrama cuerpo libre.

Para el diseo de este, y el resto de los componentes se ha tomado como baseuna carga puntual que afecta a todos los elementos de esta maquina. Como seobserva en el diagrama de cuerpo libre la carga puntual generada por elaccionamiento del cilindro hidrulico se transmite a la base P/2 y esta se trasmite

al pasador P, esta carga se distribuye en cuatro punto de la base, e induce a lospasadores el efecto de cizallamiento.

Figura 7.Pasador.


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Con el valor de la carga obtenida en el punto anterior se procede a calcular elfactor de seguridad del pasador, y de esta forma conocer la fiabilidad del mismoen el sistema.

Utilizando la ecuacin de para esfuerzo cortante , y remplazando en rea de lacircunferencia del perno en A.

Ecuacin 4.8

A partir del resultado anterior, y de acuerdo al manual AISC4, para el diseo depasadores sometidos a cortante, el esfuerzo permisible sometido a cortante seenuncia como:

4Manual Del AISC 13th Specification section J4.1.


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Se obtiene el factor de seguridad correspondiente para el sistema de carga y lasdimensiones del perno como sigue a continuacin.

El factor de 2.38, comprueba que material y las dimensiones seleccionadas sonlas apropiadas, por lo tanto se garantiza que este elemento no va a fallar bajo lascondiciones de carga aplicada.

4.2 ANLISIS POR ELEMENTOS FINITOS.

Mediante el uso del software de simulacin de solidworks, se realizara el clculodel factor de seguridad para cada componente, para este procedimiento seestablecer el criterio de mxima energa de distorsin, como parmetro paradeterminar el factor de seguridad, con lo anterior tenemos que:

En el sistema utilizado, el simulador de evaluacin de diseo muestra el factor deseguridad por medio de colores, donde los factores de seguridad mnimospermisibles son de color rojo, y los sectores con factores mayores con azul, elmaterial seleccionado en el sistema es un AISI 1020, ya que posee propiedades

con valores aproximados al del material seleccionado para la prensa AISI 1045, acontinuacin se muestra una tabla con las propiedades del material en solidworks.


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Con la imagen anterior se puede determinar que la mxima tensin de VonMisses es 49.9MPa, la cual es menor al limite elstico del material 350MPa, conesto se puede concluir que el elemento no fallar, bajo estas condiciones de carga.

El desplazamiento mximo que ocurre en el elemento analizado tenemos un

mximo de 1.379e-001mm, en la parte superior de la columna, desplazamientoque no afecta el correcto funcionamiento de la maquina.

Figura 9. Desplazamientos columnas.

Figura 10. Factor de seguridad columnas.


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El resultado del factor de seguridad es de 8.09 en su punto mas critico, en la basede la columna debido al impacto del bastidor; este factor de seguridad al sermayor que 1, permite concluir que el elemento no fallara con la carga actualaplicada.

4.2.2 Anlisis platina superior. Para este anlisis, la platina estar sujeta en susdos caras laterales, con una carga central.

Con la informacin generada en la grafica anterior se puede determinar que lamxima tensin de von misses es 290MPa, la cual es menor al limite elstico delmaterial 350MPa, con esto se puede concluir que el elemento no fallar, bajo estascondiciones de carga.

Figura 11.Tensiones de von misses platina superior.


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El desplazamiento mximo presente en el dispositivo analizado, tiene un mximode 7.745 e-00mm, en la parte inferior central del elemento, desplazamiento que noafecta el correcto funcionamiento de la maquina.

Figura 12.desplazamientos platina superior.

Figura 13. Factor de seguridad platina superior.


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En base a los parmetros especificados, el factor de seguridad mas bajoencontrando en el diseo es de 1.21, ubicado en los extremos de la platina, estefactor de seguridad al ser mayor que 1, permite concluir que el elemento no fallaracon la carga actual aplicada.

4.2.3 Anlisis bastidor. Para el siguiente anlisis del bastidor, la carga estasoportada por todo el elemento, sujeto mediante pasadores en sus extremos.

En la grafica anterior se observa que el valor mximo de tensin de von misses es252MPa, la cual es menor al limite elstico del material 350MPa, con esto sepuede concluir que el elemento no fallara, bajo estas condiciones de carga.

Figura 14. Tensiones de von misses bastidor.


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El desplazamiento mximo presente en el dispositivo analizado, tiene un mximode 6.924e-0.001mm, en la parte inferior central del elemento, desplazamiento queno afecta el correcto funcionamiento de la maquina.

Figura 15. Desplazamientos bastidor

Figura 16. Factor de seguridad bastidor.


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El factor de seguridad mas bajo encontrando en el diseo es de 1.4, ubicado enlos extremos de la platina (agujeros de pasadores), este factor de seguridad al sermayor que 1, permite concluir que el elemento no fallara con la carga actualaplicada.

4.2.4 Resultados del estudio. De acuerdo a los datos obtenidos por el softwarede simulacin, se puede observar que todas las piezas de la estructura de laprensa hidrulica analizadas presentan factores de seguridad superiores a uno yque los esfuerzos y desplazamientos presentes no afectan la estructura de lamisma, comprobando que la carga estimada para el sistema es la ms adecuada yque se puede tomar como referencia para realizar el diseo del circuito hidrulicode la prensa.


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5. DISEO SISTEMA HIDRULICO

A partir del valor de la carga mxima permisible obtenido mediante el anlisis

terico y el estudio realizado mediante el software de simulacin por medio delcual se comprobaron los efectos propios de la carga en cada pieza y sus factoresde seguridad, se procede a realizar el diseo del sistema hidrulico de la prensade CONSTRUMECAM, en el cual se tiene como objetivo adaptarle un sistemahidrulico accionado automticamente, que comprenda, la bomba hidrulica y sumotor, circuito hidrulico, y un sistema de control automtico, que brinde unagaranta de fiabilidad y que permita operar bajo diversas condiciones detemperatura y presin, durante varios ciclos, diseo por medio del cual seaccionaran tres cilindros de simple efecto para el retroceso, de forma automtica,con indicadores luminoso que den al operario informacin del encendido del

sistema y accionamiento de los cilindros.

Para el diseo del sistema hidrulico se cuenta con los siguientes parmetros defuncionamiento:

Fuerza total mxima permisible por cada cilindro = 15 TN (toneladas)*

Velocidad estndar de cilindros = 0.15.1 ANLISIS DE FUERZAS Y CAUDAL.

En un sistema hidrulico como el requerido para la prensa hidrulica, donde segenera, trasmite y controla la aplicacin de energa a travs de un lquido, se haceimprescindible determinar el caudal y la presin presentes en el sistema.

5.1.1 Presin mxima de trabajo y Dimensiones del cilindro de simple efecto.Para determinar la presin de trabajo del sistema, y las dimensiones de los

cilindros del sistema hidrulico de la prensa, partimos de la carga de diseoanteriormente calculada de 47 toneladas, a partir de lo anterior se divide estacarga en tres que es el nmero de cilindros que se situarn en la prensahidrulica, luego tenemos que:


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39

Luego de realizar el diagrama de carga en el cilindro se tiene que:

Ecuacin 5 Ecuacin 5.1

Ahora cuanto mayor es la presin, menor ser el dimetro del cilindro, pero sedeber tener en cuenta esto para los dems componentes. Si la presin es mayor

a 210 bares (3045Psi), las opciones en cuanto a la seleccin de bombas, vlvulasy actuadores sern ms reducidas, a partir de esto la presin en el sistema quedadefinida para 17.24 MPa (2500 Psi) un valor adecuado para una maquina como laprensa hidrulica y definimos un dimetro tentativo de cilindro de 114 mm (4.5 in)con el objetivo de obtener la fuerza del muelle necesaria para las 15 toneladas decada cilindro y determinar la factibilidad del diseo.

A partir de la ecuacin 5 tenemos que:

Figura 17.Diagrama de cargas en el cilindro.


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Donde

=

() ()

Por medio de la ecuacin 5.1 se tiene que:

Donde es la deflexin del resorte en este caso la carrera del cilindro 333mm

Ahora se procede a calcular el resorte de recuperacin de cilindro donde tenemosque D es el dimetro de la espira y d dimetro del alambre.

() Ecuacin 5.4


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Como recomendacin practica puede tomarse para C, el rango de valores dadopor 4 C 12, A partir del valor calculado de la constante del resorte K, se puedecalcular el numero total de espiras, donde G es el modulo de rigidez a cortante(80.8GPa) y Na el numero de espiras activas como se muestra a continuacin

()

()

Se aproxima al 1/2 de espira ms prximo, ya que la tolerancia de fabricacin noconsigue una precisin mejor, y si observamos la tabla 1b, para extremoscuadrados y rectificados, tenemos que:

Con el valor anterior del nmero de espiras totales Nt, se finaliza el diseo delcilindro de simple efecto.


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42

Tabla 2. Dimetros de alambre y materiales para resortes.

Fuente:Norton, Robert. Diseo de maquinas. 1 ed. Mxico: Prentice Hall, 1999. p.817.


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Tabla 3.Tratamientos en los extremos para resortes helicoidales de compresin.

Fuente:Norton, Robert. Diseo de maquinas. 1 ed. Mxico: Prentice Hall, 1999. p.823.

Con los valores obtenidos mediante la ecuacin 5.4, se observa que el dimetrode trabajo mas aproximado a estos es de 0.5 in (14 mm), y el material a utilizarser el SAE 1066, que esta comercialmente disponible para dicho dimetro.

5.1.2 Anlisis de presin de vlvula de alivio. Para obtener el valor de presin

de la vlvula de alivio del sistema, se siguen las recomendaciones realizadas porlos especialistas en hidrulica, los cuales aseveran que la presin de la vlvuladebera ser un 5% mayor a la presin de trabajo como se muestra a continuacin.

()

5.1.3 Anlisis caudal bomba.Para realizar el clculo del caudal necesario para elsistema hidrulico de la prensa, se toma como base el dimetro del pistn y lavelocidad requerida por el mismo, este tipo de datos se tomaron en relacin a lostrabajos a realizarse en la maquina, para determina el caudal del sistema seplantea la siguiente ecuacin.


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Ecuacin 5.2Donde

Q= caudal V= velocidad de desplazamiento

A=rea del pistnA partir de la ecuacin 5 se determina el caudal necesario para el sistema, y

tomamos la velocidad de 0.1, la cual se regulara por medio de vlvulas

reguladora de flujo.

( ) 50 GPMEl valor de caudal obtenido es el valor necesario para operar los tres cilindros de

la prensa hidrulica a una velocidad de avance de 0.1

de forma simultnea.

5.1.4 Seleccin de la bomba. A partir de los parmetros de caudal analizadosinicialmente, se selecciono una bomba de pistones de desplazamiento variable(ver anexos D), de 50GPM a 2700rpm y 3500Psi, este tipo de bomba esrespectivamente mas costosa comparada con otras, pero se justifica por su altorendimiento y alto factor de ergonoma, gracias al bajo ruido que produce almomento de operar.

5.1.5 Anlisis de desplazamiento volumtrico de la bomba seleccionada.Eldesplazamiento se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar porcada revolucin, y se puede calcular, de acuerdo a los datos suministrados por elproveedor, de caudal y las rpm, como se muestra a continuacin.


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Ecuacin 5.2

5.1.6 Anlisis de la potencia de entrada. Al tomar el caudal de la bomba y lapresin del sistema se puede obtener la potencia requerida en el sistemahidrulico de la prensa.

A continuacin se plantea la ecuacin por medio de la cual se calcula la potenciade entrada al sistema.

Ecuacin 5.3

5.1.7 Corte y doblez de lminas. Con la implementacin del circuito hidrulico enla prensa para una carga total mxima de 45 toneladas, es posible realizar un

corte 80mm de dimetro en aceros al carbono con resistencia al corte de 555

y 3mm de espesor, al igual que en aceros inoxidables austeniticos con

resistencias a la corte no superior a 590 , para aceros con mayor tenacidad esnecesario determinar mediante la siguiente formula los valores adecuados deespesor y dimetro de corte.

Ecuacin 5.4


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Para el doblez de lminas de aceros al carbono con un lmite elstico de 380

se pueden trabajar espesores de hasta , de igual forma para aceros inoxidables

austeniticos con limite elstico de entre 280

y 450

, para aceros con alta

resistencia a la fluencia se hace necesario determinar los valores adecuados deespesor, largo y ancho de la lamina por medio de la siguiente formula, donde I esla inercia y c es la distancia desde el eje neutro hasta la fibra mas externa parauna fuerza total mxima de 450000 N.

() Ecuacin 5.55.1.8 Circuito hidrulico. El diseo del circuito hidrulico de la prensa tiene comofuncin accionar tres cilindros de simple efecto para el retroceso mediantes unaelectrovlvulas de gobierno tres dos vas normalmente cerradas, que cambian deposicin por medio de un interruptores normalmente abierto, de la misma manerapor medio de un interruptor normalmente abierto, se energiza la bobina del motor ya su vez la bomba, para el diseo se empleara el software AUTAMATION STUDIO5.0. En la figura 18 se puede observar el esquema del circuito hidrulico con cadauno de sus componentes

5.1.9 Estructura del control automtico. Se diseara un sistema de control detipo americano para el sistema hidrulico de la prensa, el cual da la posibilidad deaccionar los tres cilindros a travs de un tablero de control donde estarn lospulsadores e indicadores lumnicos del sistema hidrulico. En la figura 19 sepresenta el diseo.


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Fi ura 18. Es uema hidrulico.


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5.1.10 Ventajas del actual diseo. Con la implementacin de este sistemahidrulico se garantiza que cada uno de los cilindros dispuestos se podr accionarde forma automtica y de manera independiente, de igual forma se podrmantener un control mas adecuado sobre la fuerza, carrera y los tiempos deoperacin, permitiendo alcanzar a la prensa su mxima capacidad mas fcil,rpido y eficientemente, tambin se podrn realizar otros procesos

metalmecnicos como corte de laminas, punznado, estampado, y para el doblezde laminas esta podrn tener espesores desde 1/8 hasta 1/4, llevando a niveleptimos de rendimiento a la prensa hidrulica necesarios para obtener un productoa bajo costo y con calidad.

Figura 19.Esquema de control automtico.


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6. SELECCIN DE COMPONENTES DEL SISTEMA HIDRULICO

El sistema hidrulico de la prensa hidrulica, presenta varios accesorios que lo

componen, cada uno en una posicin especifica. A continuacin se detallan lascaractersticas de cada componente hidrulico acoplado al sistema de la prensa.

6.1 FILTRO

Generalmente estos elementos se construyen de aluminio, con una pantalla deacero inoxidable para proteger las bombas hidrulicas de las partculas de tamaoconsiderable, que tiende a acumularse en el fondo del depsito. (Ver anexos A).

Cuadro de caracterstica tcnicas filtro

Fuente: Direct, Industry site. [En lnea]. [Consultado el 10 enero de 2012]. Disponible en internet:

http://www.directindustry.es/prod/argo-hytos/filtros-de-aspiracion-hidraulicos-7313-506475.html

6.2 BOMBA DE PISTONES BOSCH REXROTH

La bomba que se seleccin para el proyecto es de tipo pistn, ya que presentanun gran rendimiento y bajo ruido, en las aplicaciones mecnicas de la hidrulica, acontinuacin se muestra un a tabla con las caractersticas tcnicas de la bombaseleccionada. (Ver anexos B).

Especificaciones tcnicas

Mxima presin permitida 20barTemperatura de operacin 100cMaterial del filtro Tela metlica en aceroGrado de filtrado 50 a 200m

Figura 20.Filtro de succin.


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Fuente: Direct, Industry site. [En lnea]. [Consultado el 10 enero de 2012]. Disponible en internet:http://www.directindustry.es/prod/eaton-hydraulics/bombas-hidraulicas-de-alta-presion-con-

pistones-axiales-7323-372716.html

6.3 MOTOR ELCTRICO

El motor de la prensa ser accionado a travs de un tablero de control, mediantecontactores y rels, se selecciono un motor siemens, que presenta las siguientescaractersticas tcnicas (ver anexos C).

Caractersticas tcnicas de la bomba

Presin mxima continua bar (psi) -------------------------- 350 (5000)

Flujo mximo L/min (USgpm) ----------------------------------- 225(60)

Velocidad mxima rev/min ---------------------------------------- 2200Torque mximo a 350 bar (5000psi) ----------------------------- 696Nm

Cilindrada cm3 ------------------------------------------------------- 125

Figura 21. Bomba
http://www.directindustry.es/prod/eaton-hydraulics/bombas-hidraulicas-de-alta-presion-con-pistones-axiales-7323-372716.htmlhttp://www.directindustry.es/prod/eaton-hydraulics/bombas-hidraulicas-de-alta-presion-con-pistones-axiales-7323-372716.htmlhttp://www.directindustry.es/prod/eaton-hydraulics/bombas-hidraulicas-de-alta-presion-con-pistones-axiales-7323-372716.htmlhttp://www.directindustry.es/prod/eaton-hydraulics/bombas-hidraulicas-de-alta-presion-con-pistones-axiales-7323-372716.htmlhttp://www.directindustry.es/prod/eaton-hydraulics/bombas-hidraulicas-de-alta-presion-con-pistones-axiales-7323-372716.html


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http://www.directindustry.es/prod/motive/motores-electricos-asincronos-trifasicos-14726-57498.html

Caractersticas tcnicas motor elctrico siemens

Marca (tipo) ------------------------------------ Siemens (1LA4 207-2YA80)

Potencia KW (HP) ---------------------------- 54(75)

Eficiencia -------------------------------------- 94%

Peso Kg --------------------------------------- 360Lneas de sistema ---------------------------- Trifsico

Velocidad Max rpm -------------------------- 3540Voltaje ------------------------------------------- 220-440

6.4 VLVULA DE CONTROL DIRECCIONAL ELECTROHIDRULICA.

La vlvula direccional de 3/2 vas con solenoide ser accionada por los pulsadoresen el tablero de control, por medio de los cuales se accionaran los cilindros en laprensa hidrulica. (Ver anexos D).

Figura 22.Motor
http://www.directindustry.es/prod/motive/motores-electricos-asincronos-trifasicos-14726-57498.htmlhttp://www.directindustry.es/prod/motive/motores-electricos-asincronos-trifasicos-14726-57498.html


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http://www.directindustry.es/prod/kawasaki-precision-machinery/electrovalvulas-de-cajon-

direccionales-hidraulicas-7291-525474.html

Caractersticas tcnicas vlvula de control direccional

Marca (tipo) ------------------------------- ENERPAC (VE32D)

Presin de servicio mxima bar (Psi) - 700 (10152)

Caudal mximo l/min --------------------- 171

Retorno ------------------------------------- Por resorte

6.5 CILINDRO HIDRULICO DE SIMPLE EFECTO.

Los cilindros seleccionados para la prensa hidrulica son de simple efecto para elretroceso, su accionamiento ser de forma independiente mediante pulsadores enel tablero de control del sistema (ver anexos E).

Figura 23.Valvula de control direccional.
http://www.directindustry.es/prod/kawasaki-precision-machinery/electrovalvulas-de-cajon-direccionales-hidraulicas-7291-525474.htmlhttp://www.directindustry.es/prod/kawasaki-precision-machinery/electrovalvulas-de-cajon-direccionales-hidraulicas-7291-525474.htmlhttp://www.directindustry.es/prod/kawasaki-precision-machinery/electrovalvulas-de-cajon-direccionales-hidraulicas-7291-525474.htmlhttp://www.directindustry.es/prod/kawasaki-precision-machinery/electrovalvulas-de-cajon-direccionales-hidraulicas-7291-525474.html


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http://www.directindustry.es/prod/simplex/cilindros-hidraulicos-14060-533030.html

Caractersticas tcnicas de los cilindros

Marca (tipo) ------------------------- ENERPAC (RC-10010)

Presin de servicio mxima bar(Psi)

----- 700 (10152)

Fuerza del cilindro ton (KN) ---- 75 (718)

Carrera mm ------------------------ 333

rea efectiva cm2 ----------------- 102

Capacidad de aceite cm3 -------- 3417

Figura 24.Cilindro de simple efecto.


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6.6 LNEAS HIDRULICAS.

A travs de las lneas hidrulicas se desplazara el fluido del sistema hidrulico, ypor esto que es preciso dimensionar las tuberas de acuerdo al caudal que

circulara por ellas, ya que un dimetro inadecuado para el sistema puede generarelevadas velocidades y con esto perdidas de presin por friccin, por medio de latabla A4 (ver anexos F) se seleccin un dimetro de 11.01 mm, finalmenteaproximamos este valor de dimetro obtenido a uno comercial y el mas adecuadoes de 3/8 las caractersticas de las mangueras seleccionas se presentan en la veren anexos G.


http://www.directindustry.es/prod/simplex/cilindros-hidraulicos-14060-533030.html

6.7 ACEITE.

El tipo de aceite seleccionado para el sistema hidrulico de la prensa es el ShellTellus T HM 46, es un aceite hidrulico anti desgast que proporciona proteccincontra productos tpicos de contaminacin, tales como el agua y calcio, de igualforma presenta una gran estabilidad trmica permitiendo trabajar bajo condiciones

extremas de temperatura.( ver anexos I).

Figura 25.Tubo flexible hidrulico de alta presin.


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6.8 SISTEMA ELCTRICO.

Por medio de los pulsadores se energiza el motor y los rels del sistema, con lospulsadores de doble botn de control se accionara cada cilindro permitiendo el

avance o retroceso del mismo durante cada operacin (ver anexos J).


http://www.directindustry.es/tab/pulsadores.html

El rel es un dispositivo que funciona como interruptor y es controlado por una

bobina que acciona varios contactos que permiten abrir o cerrar circuitos elctricosindependientes, a travs de ellos se activa los solenoides de las vlvulasdistribuidoras que permiten el movimiento de los cilindros (ver anexos K).

Figura 26.Pulsador y contactor rel


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7. COTIZACIN MEJORAS PROPUESTAS

Para determinar el costo del proyecto partimos de los precios de cada producto de

la cotizacin adquirida en la empresa FISA FERRETERIA INDSUTRIAL S.A.S, acontinuacin consignamos los costos referentes al proyecto.

DESCRIPCION COSTO

BOMBA ELECTROHIDRULICA ------------------------------------------- 8.079.300CILINDRO HIDRULICO CAPACIDAD 15 TONELADAS (X3) -------- 3.233.700MANGUERA 3/8 1 METRO (X3) ------------------------------------------ 2.231.259MANMETRO 10 TON 10000PSI ------------------------------------------ 200.000

ADAPTADOR PARA MANMETRO --------------------------------------- 123.000ACOPLE PARA MANGUERA Y CILINDRO DE 3/8 (X3) -------------- 438.930DERIVADOR ------------------------------------------------------------------- 1.745.243ELECTROVALVULA DIRECCIONAL 3/2 VIAS -------------------------- 1.751.666SISTEMA ELECTRICO ------------------------------------------------------ 726.157TOTAL (pesos colombianos) --------------------------------------------- 16.777.589

La bomba versin estndar trae incluida una vlvula solenoide de seguridad, en elportafolio de Power Team viene un derivador para 4 cilindros, en los cuales sepuede regular el caudal y la bomba posee una vlvula restrictora de presinincluida de fbrica la cotizacin del sistema aparece en el anexo L.


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8. CONCLUSIONES

Para mejorar las condiciones de operacin de la prensa hidrulica y generar

mayor versatilidad en los procesos que en esta se realizan, se hace inevitableredisear la forma en que opera su sistema hidrulico. Con el circuito hidrulicoactual accionado por palanca el tiempo que emplea el cilindro al extenderse es de1 minuto en promedio, mientras que con el diseo del sistema accionado de formaautomtica propuesto , el tiempo que emplea es de aproximadamente 2 segundos,a partir de esto por medio del diseo propuesto en este proyecto para la prensahidrulica, se reduciran los tiempos de operacin, teniendo en cuenta lascondiciones de trabajo como presin, temperatura de fluido y carrera del cilindro.

Con el diseo del sistema hidrulico propuesto es posible realizar otros procesosen la prensa hidrulica como corte y estampado de aceros, procesos que no sonposibles de realizar con el sistema hidrulico actual debido a las limitaciones queeste presenta en su accionamiento, as mismo con la implementacin del nuevodiseo el operario solo debe accionar un interruptor para accionar el sistemahidrulico, a diferencia del sistema actual donde este debe bombear el fluido alsistema mediante el accionamiento de una palanca limitando su desempeo a lashabilidades del operario, por otro lado la posibilidad de alcanzar la mximacapacidad de carga en tiempos muy cortos, permite extender el tiempo realaprovechable de la prensa hidrulica.


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9. RECOMENDACIONES

Cuando se accione el sistema hidrulico, asegrese que este no presentefugas de aceite, esto reduce el rendimiento de la maquina y puedeocasionar accidentes durante su manipulacin.

No sobrepase las 47 Toneladas establecidas como limite de carga para laestructura.

Al utilizar la maquina tenga siempre presente todas las normas deseguridad industrial, particularmente durante su accionamiento a mximacapacidad.

Ubiqu la prensa hidrulica en un ambiente limpio libre de polvo, yfiltraciones de agua o cualquier otro lquido que puedan afectar elfuncionamiento de la prensa u ocasionar algn tipo de fallo.

Al realizar el ensamble de la maquina, ponga especial atencin en lacorrecta posicin de los dispositivos hidrulicos, al igual que la posicin delos componentes que soportan directamente la carga de operacin.

En caso de sufrir daos o algn tipo de desgaste de algn componenteremplcelo por otro que tenga igual caractersticas establecidas en eldiseo hidrulico.

Realizar mantenimientos preventivos programados, donde se verifique queno hayan cables sueltos, inspeccionar los filtros y engrasar las guas de losvstagos.

Mantener las condiciones del aceite iguales a las iniciales, regular latemperatura del aceite a valores recomendados por el fabricante.

El sistema elctrico es una rea critica de mantenimiento, las bobinas ycontactos tiene una vida til tpica, se deben remplazar antes de que fallenpara disminuir horas de mantenimiento correctivo, adems se debeinspeccionar el cableado de control una vez al ao, verificando que lasconexiones estn apretadas y localizando cables en malas condiciones.


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ANEXOS

ANEXO A. Propiedades acero.


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ANEXO B.Propiedades filtro de succin.


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ANEXO C. Caractersticas bomba.


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ANEXO D. Motor.


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ANEXO E. Vlvula direccional.


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ANEXO F. Caractersticas cilindro de simpleefecto.


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ANEXO G. Seleccin dimetro mangueras.


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ANEXO H. Propiedades tubera flexible de alta presin.


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ANEXO I. Propiedades aceite.


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ANEXO J. Pulsador.


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ANEXO K. Contactor rel.


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El precio del cilindro en esta cotizacin corresponde a uno de 100 toneladas q nopertenece al cilindro utilizado en el proyecto que es de 15 toneladas el cual tieneun valor de 1077900.

ANEXO L. Cotizacin.


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ANEXO M. Formulas y conceptos generales.

TIPOS Y ANLISIS DE ESTRUCTURAS

La prensa hidrulica de accionamiento manual de COMSTRUMECAM en generalpresenta una estructura en su mayora de acero, y se utilizan barras, planchas,columnas y perfiles que forman en conjunto un cuerpo rgido ligado entre s que notrasmiten movimiento. Estos elementos son preparados para el ensamblado,mediante diferentes procesos como: soldado, remachado o punznado. Con lainteraccin de estos elementos se busca dar resistencia a las estructuras parasostener cargas considerables y para resistir diversos tipos de esfuerzos, debe sercapaz de recibir cargas externas, resistirlas internamente y trasmitirlas a losapoyos.La estructura es una de las partes ms grandes y fundamental de la prensa, suobjetivo principal es el de resistir cargas resultantes de su uso y de su peso propioy darle forma a un cuerpo, de la mquina, de forma tal que su funcionamiento seaseguro y permita un rendimiento ptimo de la mquina.Existen varios tipos de estructuras, y cada una de ellas ofrece caractersticasdiferentes y se pueden clasificar desde el punto de vista de los mtodos deanlisis en estticamente determinadas o isostticas, en estticamenteindeterminadas o hiposttica e hiperestticas.

Estructura Isostticas. Como se ha mencionado anteriormente, este tipo deestructura son aquellas donde se pueden determinar las reacciones, los esfuerzosaxiales en todos los eslabones, al igual que se pueden encontrar las fuerzascortantes, fuerzas normales, momentos torsionales y flexionan ts, a partir de lascondiciones de equilibrio nicamente (ecuaciones de equilibrio de la esttica).

Figura Condicin isosttica.


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Estructura Hiperestticas. Este tipo de estructura se presenta cuando existe unnmero de reacciones o fuerzas desconocidas mayor que el nmero deecuaciones de equilibrio esttico que se pueden obtener. Las ecuacionesadicionales que son necesarias para dar solucin a estas estructuras se

consiguen, considerando las deformaciones entre los eslabones y los apoyos. Escomn encontrar que la mayora de las estructuras presentes en las maquinas sonde este tipo ya que cuentan con un equilibrio estable y en algunos casosrepresentan un ahorro en cuanto al costos o simplemente por la naturaleza delmaterial. Pero es importante mencionar que se requieren de un amplioconocimiento de la esttica, al igual que de las propiedades de los elementoscomo el momento de inercia, reas de seccin transversal y el mdulo deelasticidad.

Figura Condicin Hiperestticas.

Vigas. Son elementos estructurales rgidos, que se sitan horizontalmente, suprincipal funcin es la de recibir las cargas de los elementos que se encuentransobre ella, y de esta forma transmitir estas cargas a los elementos estructuralesverticales o columnas, de estas a la base y de all al suelo. Se pueden encontrarde diversos materiales como: hormign (pretensado o armando), acero (perfiles

normales o compuestos) y de madera. El tipo de material y las dimensionesdependern de los esfuerzos a las cuales va ser sometida y de la estructura lacual integre.


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En un inicio, cabe resaltar que en la teora aplicada a las vigas se contemplaaquello a lo que se le ha designado como resistencia de los materiales; ya que conesto es posible analizar la resistencia del material del cual est formada la viga, aligual que la tensin, los esfuerzos y sus desplazamientos.

Figura Vigas.

Fuente: ARQHYS, Architects site. Rep. Dominicana. . [En lnea]. [Consultado el 10 enero de 2012].Disponible en internet: http://www.arqhys.com/construccion/vigas.html

Anlisis de Vigas. En general la mayora de estas estructuras estn sometidas oson las encargadas de soportar cargas perpendiculares a su eje de forma tal quese presentan esfuerzos internos de flexin y cortantes en la viga. La deformacinen una viga se suele formular desde la posicin no deformada, es decir se midedesde el plano neutro de la viga deformada hasta la posicin original de esta. Pararealizar el anlisis de vigas se puede proceder de la siguiente forma:

1. Se debe realizar un anlisis de las cargas que interviene sobre la viga, paraesto se hace necesario realizar el diagrama de cuerpo libre de esta, que consisteen una representacin grfica de las condiciones y tipos de cargas a la que estsometida la viga (ver figura 2.4).


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Figura Diagrama de cuerpo libre.

2. Teniendo el sistema de cargas ya definido se procede a calcular las reaccionesen los apoyos por las ecuaciones de la esttica.

3. Luego se calcula la fuerza cortante mxima que soporta la viga en undeterminado punto, debido a la carga aplicada (tabla A2).

4. Se contina con el anlisis del momento flector mximo aplicado en la viga(tabla A2.1).

5. Por ltimo se calculan los esfuerzos normales causados por la flexin y sedetermina el factor de seguridad correspondiente.

Ecuacin 3Apoyos.En las diferentes estructuras existentes, estn presenta los apoyos, queson los elementos que le proporcionan la estabilidad y soporte a el sistema y porlo general se encuentran en los extremos o muy cerca de ellos. Uno de los pasosque son obligatorios para determina el tipo de estructura que se est analizando,reside en fijar el nmero de reacciones que se despliegan en los apoyos. En una

estructura plana se presentan tres grados de libertad, uno de rotacin y dos detraslacin, donde para lograr un equilibrio y estabilidad del sistema, debern serrestringidos para evitar toda tendencia de movimiento.Los tres tipos de apoyos de us ms comn son:


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Apoyo simple:impide a la estructura los desplazamientos verticales, peroadmite los horizontales, rotaciones o giros (figura 1.4a).

Apoyo empotrado: restringe los tres movimientos que pueden presentarse

en el plano, los desplazamientos verticales, horizontales y la rotacin (figura1.4b).

Apoyo articulado: impide los desplazamientos verticales y horizontales,pero permite la rotacin (figura 4.1c).

Figura Tipos de apoyos.

a) apoyo simple b) articulado c) empotrado

Fuente: GONZALEZ CUEVAS, Oscar Manuel. Anlisis estructural .Mxico, Limusa,Universidad Autnoma Metropolitana, 2003 p19.

Columnas.La mayora de las maquinas presentan elementos axiales que estnsometidos a cargas de compresin, a estos se les denomina como columnas,elemento estructurales largos y esbeltos, en algunos casos pueden presentarfallas no por que se hayan superado su lmite de resistencia, sino porque bajo laaccin de una carga creciente menor a la requerida para romperla poraplastamiento, falla por flexin lateral o pandeo, como consecuencia de la pocaseccin transversal que presenta con respecto a su longitud.

pandeo. Pandeo es la forma de falla que resulta generalmente de una prdida deestabilidad estructural debido a la accin compresiva sobre un elementoestructural. Ahora bien, la estabilidad de una estructura es la facultad de conservarsu estado, y esta condicin recibe el nombre de estable, el cual se caracteriza por


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los efectos pequeos, caracterizndose un estado inestable por los efectosgrandes, al producirse perturbaciones iniciales de poca cuanta.Para explicar mejor este efecto consideremos una columna real a la cual se leaplica una carga de compresin axial (P), y una pequea fuerza lateral (F) (Ver

figura 2.4).Esta columna adquiere una pequea deflexin. Si se incrementa elvalor de P y se realiza el mismo procedimiento para F, se llegar a un valor de Pen la cual la columna no regresa a su condicin inicial y adquiere una deflexin, aeste valor de P al que se llega se le denomina carga de pandeo 5.

Figura Pandeo.

Fuente: GERE, James M, BARRY, J Goodno. Mecnica de materiales (7) edicin .Mxico,

Cengage Learning Editores, 2009 p819

Es importante mencionar que este fenmeno sucede de manera repentina, es poresto que este tipo de fallos debido al pandeo son en numerosas ocasionespeligrosos y se hace necesario tener un buen criterio de diseo. Para el diseo decolumnas, es necesario conocer algunos conceptos bsicos, que permitan obtenerdiseos seguros y que cumplan con los requerimientos de la estructura quecomponen al igual que las diversas teoras existentes que dan solucin alproblema de pandeo.

5 JARAMILLO SUAREZ, Hctor. Columnas consideraciones generales sobre el diseo decolumnas,Colombia, Universidad Autnoma de Occidente 2004 3p


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Relacin de esbeltez (Re): es un factor que ayuda a determina laestabilidad de una columna, esta relacin es un parmetro y se definecomo, el cociente de la longitud efectiva de la columna entre su radio degiro mnimo, esto es.

Ecuacin 3.1De donde, Ecuacin 3.2

Longitud efectiva (Le): se define como la longitud de la columna que securva o pandea, cuando se aplica una carga (figura 2.5).

Radio de giro (K).Describe la manera en la cual el rea transversal de unaestructura se distribuye alrededor de su eje centroidal.

Ecuacin 3.3

Ecuacin 3.4La relacin de esbeltez es un parmetro que permite seleccionar el procedimiento

de clculo ms adecuado, nicamente para columnas de acero, a partir de esto sepuede decir que:

Cuando, Re 30, se procede a realizar un anlisis por esfuerzos normales, paracolumnas con carga axial a compresin.

Ecuacin 3.5Se asume para todas las formulaciones y conceptos anteriores que la carga aplica

es axial en el centroide de rea de la seccin transversal. Para casos donde lacarga sea excntrica se procede con la frmula de la secante.


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SISTEMA HIDRULICO

La hidrulica tiene como finalidad la creacin de fuerzas y movimientos mediantela utilizacin de fluidos sometidos a alta presin, ya que estos son el medio para la

transmisin de energa.

Los sistemas hidrulicos se pueden presentar de forma simple o compleja, peroestos deben ser lo ms funcionales posible y esto se consigue en su mayorareduciendo el nmero de elementos que lo componen, esto, sin limitar lacapacidad requerida, este tipo de sistemas consiguen operar a altas presiones,altas temperaturas, ciclos rpidos, y gracias a la incompresibilidad de los fluidosque forman parte integral del sistema, se le brindan la capacidad de obteneravances o desplazamientos lentos, adems cuenta con la posibilidad de aumentarla presin de trabajo y generar las cargas elevadas que se precisan en ciertasmaquinas como la prensa hidrulica. A pesar de estas ventajas hay tambinciertos inconvenientes debido al fluido empleado, puesto que las grandespresiones que se manejan dan lugar a posibles accidentes, por esto es precisocuidar los diferentes elementos que forman parte del sistema.

Bombas de embolo. Las bombas de embolo o pistn, son especialmenterequeridas en la industria por su alto rendimiento, con una eficiencia volumtrica

aproximada del 90% al 95%, y por la facilidad que ofrece para poder operar apresin por encima de las 2000 lb/plg2 .Existen una gran variedad de bombas deembolo, pero en todas ellas podemos encontrar caractersticas como: capacidadpara bombear material particulado y productos sensibles a esfuerzos de cizalla,permite trabajar a temperaturas de ms de 120C ,junto con un diseo higinico.Este dispositivo tiene un amplio rango de aplicacin, de donde se destaca laindustria de productos lcteos, bebidas y la industria de protenas. Los pistonesque generan el bombeo en su movimiento de vaivn, pueden ser de dos tiposradial o en posicin axial en relacin al eje de rotacin. los pistones axiales estnsituados en la direccin del eje de giro, alrededor de l; el eje de accionamiento

provoca el giro del bloque de cilindro y de los pistones. En la base de cada pistnhay una junta esfrica situada en el interior de un patn; el cual se desliza sobreuna plataforma inclinada que permanece quieta, provocando que los pistonesavancen y retroceden alternativamente. En la posicin mostrada en la figura 2.6, elpistn de la parte superior ha retrocedido en el interior del cilindro, aspirando unacantidad de aceite igual a su cilindrada; el pistn de la parte inferior acaba de


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avanzar, impulsando el aceite que haba en su cilindro. Cuando los pistones y suscilindros giren 180, el pistn que ha pasado de la parte superior a la inferior sehabr visto forzado a impulsar el aceite que haba aspirado. Cuanto mayor sea elnmero de pistones que tenga la bomba, ms uniforme ser el caudal impulsado

por la bomba6.

Figura Bomba de embolo.

Fuente: SIERRA, Jancito Gil. Bombas: Elementos hidrulicos en los tractores y mquinasagrcolas Edicin (2).Espaa, Editorial Mundi-prensa 1998 P42.

Cilindro de doble efecto. Este tipo de cilindros confieren su fuerza a compresin ytensin en ambas direcciones de su carrera, los cilindros de doble efecto pueden teneruno o dos vstagos, donde el fluido puede introducirse en cualquiera de las dos cmaras,de esta forma accionara por una cara al pistn mientras sale de la otra cmara, yconvierte al fluido en el controlador de los desplazamientos del pistn y su vstago enambas direcciones.

Vlvulas de control direccional.Estas vlvulas son las encargadas de manejar la ruta yla desviacin de una corriente de fluido, incluyendo el paro y el arranque, sin afectar lapresin del sistema o el caudal, este tipo de vlvulas que contralan la direccin del

movimientos de un cilindro o de un motor hidrulico pueden ser de 3 vas, 4 vas y enalgunos casos de 5 vas. La simbologa usada en las vlvulas de control de direccin estdefinida por la norma DIN ISO 1219. Estas vlvulas pueden presentarse de dos tipossegn su funcionamiento, en continuas o discretas. En el funcionamiento continuo las

6 SIERRA, Jancito Gil. Bombas: Elementos hidrulicos en los tractores y mquinasagrcolas Edicin (2).Espaa, Editorial Mundi-prensa 1998 P41.


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vlvulas tienen dos estados finales y un total ilimitado de posiciones intermedias condiferentes caractersticas de estrangulamiento, se conocen como servo vlvulas ovlvulas proporcionales. Las vlvulas de funcionamiento discreto siempre tienen unacantidad limitada de posiciones y se denominan como vlvulas direccionales.

Vlvula anti retorno.Las vlvulas de retencin son utilizadas con el propsito de no dejarregresar un fluido dentro de una tubera. Su funcin es prevenir que el flujo bombeadoregrese una vez que las bombas se detienen. Obviamente que es una vlvulaunidireccional y que debe ser instalada de la forma adecuada para que realice su funcinempleando el sentido de circulacin correcto. Por lo general Las vlvulas check tipocolumpio son las ms usadas, donde el fluido y su presin abren el disco hacia arriba yeste regresa cuando deja de pasar, la vlvula check al permitir el flujo en una soladireccin, evita que el cilindro se desplace de la posicin en que fue dejado y seprevienen accidentes, como la cada de la carga o contrapresin por el peso que tiene.

Filtros hidrulicos. El dispositivo ms comn instalado en los circuitos hidrulicos quetiene como finalidad detener cualquier tipo de material particulado y contaminacin en elsistema se denomina como filtro. Los filtros pueden ser ubicados en la tubera de retornoo succin, en la lnea de presin o cualquier otro lugar que el diseador considerenecesario para mantener un control de las impurezas, con el objetivo de prolongar la vidatil de todos los elementos del circuito hidrulico, al igual que evitar paradas del sistemapor la acumulacin de partculas en los orificios de las vlvulas. Por lo general se ubicanen el circuito principal y suele pasar por ellos una fraccin de la presin de retorno,

haciendo que su eficacia en el sistema sea muy limitada. No es muy comn encontrarfiltros en las lneas de presin ya que deberan tener una gran resistencia para aguantarlas altas presin que all se generan. En las tuberas de succin de las bombas, sepodran presentar restricciones que produciran cavitacin disminuyendo de maneraradical la vida til de las bombas. Existen diversas normas que especifican los parmetrosde diseo y construccin de los sistemas de filtracin hidrulicos.

Motor. Los circuitos hidrulicos son accionados por motores elctricos o de combustininterna. Es muy frecuente la utilizacin de los motores elctricos en sistemas hidrulicosestacionarios, los motores forman parte esencial de estos sistemas, debido a que son los

encargados de accionar las bombas hidrulicas y con esto poner en marcha a todo elcircuito hidrulico.


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Tabla 4

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Dibujo de Una Prensa y Calculos

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