calculos neumáticos (pistones, mangueras, pandeo, compresor)

8/10/2019 Calculos Neumticos (Pistones, Mangueras, Pandeo, Compresor)

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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.

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