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Diseo de un Laboratorio de Ensayo para la Certificacin deCerraderas de uso Habitacional
Mario Tapia
Memoria para optar al ttulo de Ingeniero Civil MecnicoDepartamento de Mecnica
Facultad de Ciencias Fsicas y MatemticasUniversidad de Chile
Profesor Gua: Dr. Roberto Corvaln
2004
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ndice
1. INTRODUCCIN........................................................................................................2
1.1 MARCO GENERAL ....................................................................................................2
1.2 OBJETIVOS...............................................................................................................2
2. ANTECEDENTES ....................................................................................................... 4
2.1 NORMA NCH345 ..................................................................................................... 42.1.1 Parte 1: Terminologa y clasificacin (NCh 345/1.Of2001)..........................4 2.1.2 Parte 2: Requisitos generales (NCh 345/2.Of2001).......................................62.1.3 Parte 3: Ensayos para cerraduras de pomo (NCh 345/3.Of2001). ............... 72.1.4 Parte 4: Ensayos para cerraduras de sobreponer (NCh 345/4.Of2001). ....142.1.5 Parte 5: Ensayos para cerraduras de embutir (NCh 345/5.Of2001)...........21
2.2 CLASIFICACIN DE LOS ENSAYOS ..........................................................................292.3 SISTEMAS NEUMTICOS .........................................................................................30
2.3.1 Justificacin de su utilizacin en los diseos ............................................... 302.3.2 Principios bsicos de la neumtica..............................................................31
3. DISEO DE LAS MQUINAS DE ENSAYO DE FUNCIONAMIENTO YRESISTENCIA...................................................................................................................49
3.1 METODOLOGA DE DISEO UTILIZANDO SISTEMAS NEUMTICOS ...........................493.2 DISEO DE LAS MQUINAS ....................................................................................52
3.2.1 Diseo mquina 1: mquina para ensayos de funcionamiento y resistenciade cerraduras de pomo, embutir y sobreponer. ...........................................................523.2.2 Diseo mquina 2: Mquina para ensayos de resistencia para cerradurasde pomo, embutir y sobreponer montadas en puerta. ................................................ 100
3.2.3 Diseo mquina 3: Mquina para ensayos de resistencia para cerradurasde sobreponer y embutir montadas de manera horizontal.........................................1163.2.4 Diseo mquina 4: Mquina para ensayos de resistencia para cerradurasde pomo y embutir montadas de manera vertical.......................................................130
4. ESTRUCTURACIN GENERAL DEL LABORATORIO.................................142
4.1 REQUERIMIENTOS DE INFRAESTRUCTURA............................................................1434.2 SELECCIN DEL COMPRESOR Y DISEO DE LA RED...............................................144
5. ANLISIS DE COSTOS ......................................................................................... 147
6. DISCUSIN Y COMENTARIOS .......................................................................... 158
7. BIBLIOGRAFA ...................................................................................................... 1598. ANEXOS ................................................................................................................... 160
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1. Introduccin
1.1 Marco general
Durante el ao 2001 entr en vigencia la Norma Chilena 345, la cual establece los
requisitos operacionales y constructivos que deben cumplir las cerraduras domiciliarias
para la obtencin de certificaciones de calidad. Las certificaciones deben ser emitidas por
organismos debidamente acreditados por el Instituto Nacional de Normalizacin (INN), los
cuales deben verificar el cumplimiento de todos los requisitos estipulados en la norma. La
norma es de aplicacin en cerraduras de fabricacin nacional y de importacin.
El presente trabajo de ttulo presenta una propuesta de diseo de un laboratorio en elcual se pueden realizar los ensayos especificados en la norma antes aludida y se inicia con
el estudio de los antecedentes (norma NCh345), breve anlisis y clasificacin de los
ensayos, seleccin y descripcin del tipo de energizacin de las mquinas (sistemas
neumticos) y finalmente se presentan diseos para algunos tipos de ensayos de acuerdo a
la metodologa especificada. La norma especifica ensayos mecnicos de funcionamiento,
resistencia y qumicos, siendo estos ltimos no abarcados porque dependen de otra norma
de cdigo NCh 901.
1.2 Objetivos
El objetivo general del presente trabajo de ttulo, corresponde al diseo de un
laboratorio en el cual se puedan realizar los ensayos estipulados en la Norma Chilena de
cdigo NCh345, para la verificacin de los requisitos operacionales y constructivos que
deben cumplir las cerraduras domiciliarias para la obtencin de certificaciones de calidad.
Como objetivos especficos se presentan el anlisis de la normativa vigente en la
certificacin de cerraduras (norma NCh345), definicin de los requerimientos bsicos de
infraestructura y equipamiento del laboratorio, diseo de los equipos de ensayo y anlisis
de costos de inversin.
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De acuerdo a los objetivos especficos planteados, se esperan obtener como
resultados:
Maquetas electrnicas de las mquinas diseadas, incluyendo planos de
construccin y montaje realizadas en el programa SolidEdge V12.
Especificaciones tcnicas de los elementos utilizados en los diseos seleccionados
del mercado nacional.
Lay-out general del laboratorio (maqueta electrnica).
Especificaciones de requerimientos de infraestructura necesaria.
Especificacin econmica de costos de inversin y operacin de los equipos.
Para el desarrollo de las maquetas y planos de montaje se utilizar el software
SolidEdge V12 distribuido por EDS, y para los diseos de los circuitos neumticos seutilizar el software Fluidsim (versin Demo) distribuido por Festo Pneumatic.
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2. Antecedentes
2.1 Norma NCh345
El principal antecedente a utilizar es la Norma Chilena de cdigo NCh345, debido a
que en sta son descritos los ensayos a los cuales deben ser sometidos los diferentes tipos
de cerraduras, y en base a ello se disearn las mquinas necesarias para el laboratorio. Esta
norma est compuesta de 5 partes, las cuales estn descritas a continuacin:
2.1.1 Parte 1: Terminologa y clasif icacin (NCh 345/1.Of2001).
En esta parte se establece la terminologa utilizada en la descripcin de los ensayos
y componentes de los diferentes tipos de cerraduras; y su aplicacin corresponde a las
cerraduras de accionamiento manual o elctrico destinadas a emplearse en puertas y/o
ventanas exteriores e interiores, ya sea en edificios de habitacin, oficinas, locales
comerciales, cajas de escaleras y hospitales. A continuacin se presentan figuras y fotos
descriptivas de cada uno de los tipos de cerraduras:
Figura 1: Esquema cerradura de pomo.
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Figura 2: Foto cerradura de pomo.
Figura 3: Esquema cerradura de embutir.
Figura 4: Foto cerradura de embutir.
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Figura 5: Esquema cerradura de sobreponer.
Figura 6: Foto cerradura de sobreponer.
2.1.2 Parte 2: Requisi tos generales (NCh 345/2.Of2001).
En esta parte se establecen los requisitos generales que deben cumplir las cerraduras
para puertas. Se especifican los valores de fuerza, torque, distancia y dureza que se deben
aplicar en los ensayos descritos en las partes 3, 4 y 5 de la norma para las cerraduras de
pomo, sobreponer y embutir respectivamente. Los valores especificados para los ensayos se
presentan en 2 valores, grado 1 y grado 2, los cuales representan 2 niveles de exigencia (2
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tipos de certificaciones), siendo el primero el ms riguroso. Los valores de exigencia
referidos estn incluidos en la descripcin de los ensayos.
Antes de realizar la descripcin de los ensayos (partes 3, 4 y 5 de la norma), se
especificar la nomenclatura a utilizar para su designacin. Cada ensayo ser designado con
una letra P, E S, las cuales representan al tipo de cerradura que corresponde (pomo,
embutir sobreponer respectivamente), seguida de una letra F, R Q, las cuales
corresponden a ensayos de funcionamiento, resistencia qumico respectivamente y
finalmente un nmero que representa el orden utilizado en la norma. (Ejemplo: PF1
corresponde al primer ensayo de funcionamiento de las cerraduras de pomo).
2.1.3 Parte 3: Ensayos para cerraduras de pomo (NCh 345/3.Of2001).
Esta parte establece los ensayos mecnicos de funcionamiento y resistencia para los
principales elementos que conforman la cerradura de pomo, as como los ensayos qumicos
destinados a verificar la calidad del acabado superficial. A continuacin se presenta una
descripcin de los ensayos:
PF1. Accionamiento del picaporte con el pomo: Comprobar la fuerza del resorte dearrastre mediante la aplicacin de un torque sobre el pomo capaz de retirar el picaporte,
accionando en ambos sentidos de giro (Ver figura 7). Para ello, aplicar una fuerza con el
brazo durante 1 minuto para alcanzar un torque de T = 1 [Nm] para grado 1 y 2.
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Figura 7: Accionamiento del picaporte con el pomo.
PF2. Accionamiento del picaporte con la llave: Comprobar la fuerza del resorte de
arrastre mediante la aplicacin de un torque sobre la llave, capaz de retirar el picaporte.
Para ello, aplicar la fuerza correspondiente a la dimensin de la cabeza de la llave. El
picaporte no se debe retirar bajo un torque no superior a T = 1 [Nm] para grado 1 y 2.
PF3. Saliente mnimo del picaporte, estando accionado el pestillo de seguridad: Medir el
saliente de la cabeza del picaporte al estar bloqueado por el pestillo de seguridad (ver figura
8). La medida A debe ser A 9 [mm] para grado 1 y A 8 [mm] para grado 2.
Figura 8: Saliente mnimo del picaporte, estando accionado el pestillo de seguridad.
PF4. Saliente mnimo del pestillo de seguridad para traba del picaporte: Medir el salientemnimo que produce el bloqueo del picaporte (ver figura 9). La medida B del saliente debe
ser B 8 [mm] para grado 1 y B 6 [mm] para grado 2.
Figura 9: Saliente mnimo del pestillo de seguridad para traba del picaporte.
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PF5. Fuerza para cerrar el picaporte: Medir la fuerza del resorte del picaporte ante la
resistencia del contrafrontal. Para ello, aplicar una fuerza F 20 [N] (para grado 1y 2)
sobre el eje horizontal del picaporte y a una distancia de 25 [mm] del borde de la puerta,
estando el picaporte en contacto con el borde del contrafrontal, hasta que el picaporte haya
penetrado totalmente en ste (ver figura 10).
Figura 10: Fuerza para cerrar el picaporte.
PF6. Torque mximo para abrir la puerta contra una fuerza favorable a la apertura:
Aplicar una fuerza de 222 [N]a 25 [mm] sobre el borde de la puerta en el eje horizontal delpomo y en el sentido de la apertura; al mismo tiempo, aplicar sobre el pomo un torque T
5 [Nm] (para grado 1 y 2) hasta abrir la puerta (ver figura 11).
Figura 11: Torque mximo para abrir la puerta contra una fuerza favorable a la apertura.
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PF7. Repetir los ensayos PF1 al PF6 una vez realizado el 50 % de la prueba de los ciclos
(PF8 explicada ms adelante) considerando los siguientes valores:
Accionamiento del picaporte con el pomo: T = 1,2 [Nm] para grado 1 y 2.
Accionamiento del picaporte con la llave: T = 1,2 [Nm] para grado 1 y 2.
Saliente mnimo del picaporte, estando accionado el pestillo de seguridad: A 7,2
[mm] para grado 1 y A 6,4 [mm] para grado 2.
Saliente mnimo del pestillo de seguridad para traba del picaporte: B 6.4 [mm]
para grado 1 y B 4,8 [mm] para grado 2.
Fuerza para cerrar el picaporte: F 24 [N] (para grado 1y 2).
Torque mximo para abrir la puerta contra una fuerza favorable a la apertura:T
6,2 [Nm] (para grado 1 y 2).
PF8. Ensayo cclico: Accionamiento continuo de la cerradura mediante todos sus
elementos considerando 400.000 [ciclos] para cerraduras del grado 1 y 200.000 [ciclos]
para cerraduras del grado 2 a una velocidad de 60 [ciclos/min] para el picaporte y de 30
[ciclos/min] para el pomo.
PR1. Resistencia mnima del picaporte contra el contrafrontal: Aplicar una cargaperpendicular a la puerta, a la altura del eje horizontal de la cerradura estando el picaporte
introducido en el contrafrontal. Aumentar la carga progresivamente, no debiendo ser
inferior a F 3.500 [N] para grado 1 y F 1.750 [N] para grado 2. No de debe producir
una deformacin que impida el funcionamiento, antes de alcanzar los valores indicados (ver
figura 12).
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Figura 12: Resistencia mnima del picaporte contra el contrafrontal.
PR2. Carga axial mnima sobre el pomo: Comprobar la resistencia a una carga aplicada
en la cara frontal del pomo. Para ello, aplicar una fuerza F 1.300 [N] para grado 1 y F
1.120 [N] para grado2 no concentrada al pomo exterior, hasta oprimir el picaporte contra elcontrafrontal (ver figura 13).
Figura 13: Carga axial mnima sobre el pomo.
PR3. Repetir el ensayo anterior sobre el pomo interior.
PR4. Carga vertical mnima sobre el pomo: Determinar la resistencia del conjunto delpomo ante un esfuerzo normal a su eje. Aplicar una fuerza F vertical sobre el pomo exterior
y en su eje, de valor F 1.100 [N]para grado 1 y F 650 [N] para grado 2 (ver figura
14).
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Figura 14: Carga vertical mnima sobre el pomo
PR5. Par de torsin con pomo, sin o con traba: Determinar la resistencia a torsin del
mecanismo en sus dos sentidos de maniobra:
a.- Cerradura sin traba: Girar el pomo hasta el tope y forzar hasta alcanzar el valor de
15 [Nm] para grado1 y 13 [Nm] para grado 2. Repetirsentido contrario (ver figura
15)
Figura 15: Par de torsin con pomo sin traba.
b.- Cerradura con traba: Con el pomo trabado con la llave, botn o seguro, seguir el
procedimiento descrito a.
PR6. Traccin del pomo: Comprobar la resistencia de la retencin axial del pomo,
aplicando longitudinalmente una fuerza F 1.800 [N] para grado 1 y F 1.200 [N] para
grado 2 durante 1 minuto (ver figura 16).
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Figura 16: Traccin del pomo.
PR7. Ensayos de resistencia al rayado superficial en acabado de barniz: Colocar la
cerradura sobre una superficie plana y horizontal. Tomar el lpiz grafito de mayor dureza
mantenindolo inclinado 45 y presionar sobre el revestimiento con el borde de la mina,
trazndose una lnea recta a lo largo de 7 [mm].
PR8. Repetir el ensayo anterior con lpices de dureza decreciente hasta que uno de ellos
no raye el revestimiento, dando as la resistencia al rayado superficial, cuyos valores estn
indicados en la siguiente tabla:
Tabla 1: Requisitos para el acabado superficial (dureza) de las cerraduras de pomo.
PomosCaracterstica Tipo
Grado 1 Grado 2
Dureza (H) del
recubrimiento
Barniz o pintura 3 2
PQ1. Ensayo de niebla salina: Para este ensayo se establece el procedimiento de niebla
salina neutra indicado el NCh904. Las partes deben estar expuestas por el tiempo
especificado en la tabla 2, sin que el material base o substrato excedan en un punto de
corrosin visible al ojo, en un rea de 645 [mm^2] (1 [pulg^2]) de la superficie
significativa y ningn punto mayor que 1,6 [mm^2] (0.0625 [pulg^2]) de dimetro. Las
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manchas no deben exceder un 5 % de la superficie significativa del componente sometido a
ensayo y ninguna mancha mayor que 6,35 [mm] (0,25 [pulg]) de dimetro.
Tabla 2: Requisitos para el acabado superficial (corrosin) de las cerraduras de pomo.
PomosCaracterstica Tipo
Grado 1 Grado 2
Barniz o pintura 96 48
Cromado Sin requisito Sin requisito
Niebla salina (h)
Niquelado Sin requisito Sin requisito
PQ2. Las superficies sobre las cuales no se puede obtener depsitos controlados, tales
como: agujeros, bordes, ranuras, ngulos y reas similares, estn exentas de los
requerimientos de acabado superficial.
PQ3. Para componentes pequeos se deben utilizar probetas de ensayo con terminaciones
planas del mismo material base del producto a ensayar. Las probetas deben tener un rea
expuesta mnima de 64 [mm] x 95 [mm] (2,5 [pulg] x 3,75 [pulg]) y 1,6 [mm] +- 0,1
[mm] ( 0,064 [pulg] +- 0.004 [pulg]) de espesor.
Realizados los ensayos no destructivos, se requiere que todos los elementos de las
cerraduras continen funcionando, a pesar de las deformaciones que se puedan originar
durante el desarrollo de las pruebas.
2.1.4 Parte 4: Ensayos para cerraduras de sobreponer (NCh
345/4.Of2001).
En esta parte se establece los ensayos mecnicos de funcionamiento y de resistencia
para los principales elementos que conforman la cerradura de sobreponer, as como los
ensayos qumicos destinados a verificar la calidad del acabado superficial. A continuacin
se presenta una descripcin de los ensayos:
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SF1. Fuerza del resorte del picaporte ante una resistencia del contrafrontal: Medir la
fuerza del resorte del picaporte ante la resistencia del contrafrontal. Para ello, aplicar
gradualmente una fuerza de F 25 [N] (para grado 1 y 2) en la cerradura a una distancia
de 25 [mm] del borde de la puerta, hasta que el picaporte se aloje en el contrafrontal (ver
figura 17).
Figura 17: Fuerza del resorte del picaporte ante una resistencia del contrafrontal.
SF2. Torque necesario para retraer el picaporte con la llave: Aplica una fuerza sobre la
llave, capaz de retirar el picaporte. Medir el torque en el punto de accionamiento que
requiera el mayor esfuerzo. El valor del torque alcanzado debe ser T 0,7 [Nm] paragrados 1 y 2 (ver figura 18).
Figura 18: Torque necesario para retraer el picaporte con la llave
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SF3. Accionamiento del picaporte sometido a esfuerzo lateral: Aplicar una fuerza lateral
sobre el picaporte de 50 [N] en su posicin de cierre. Medir el torque en el punto de
accionamiento, con la llave, que requiera el mayor esfuerzo. El valor medido debe ser de T
2.5 [Nm]para grados 1 y 2 (ver figura 19).
Figura 19: Accionamiento del picaporte sometido a esfuerzo lateral.
SF4. Accionamiento con la llave: Determinar el torque necesario para accionar el cerrojo
en su punto de mayor esfuerzo, cuyo valor debe ser T 0.5 [Nm] para grados 1 y 2.
SF5. Accionamiento con la llave sometida a esfuerzo lateral: Determinar el torquenecesario para hacer funcionar el mecanismo con la llave. Para ello, aplicar una fuerza
sobre la cara lateral del cerrojo de 50 [N] en su posicin de cierre (ver figura 20). El valor
debe cumplir con T 2.5 [Nm] para los grados 1 y 2.
Figura 20: Accionamiento del picaporte sometido a esfuerzo lateral.
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SR1. Resistencia del picaporte: Montar la cerradura con el frontal horizontal y aplicar una
fuerza a 3 [mm] del frente durante 1 [min], hasta que se produzca una deformacin
permanente que impida el funcionamiento (ver figura 21). El valor de la fuerza debe ser F
5.000 [N]para grado 1 y F 3.000 [N] para grado 2.
Figura 21: Resistencia del picaporte.
SR2. Resistencia del cerrojo ante una fuerza lateral: Montar la cerradura con el frontal
horizontal y aplicar una fuerza a 3 [mm] del frente durante 1 [min], hasta que se produzca
una deformacin permanente que impida el funcionamiento (ver figura 22). El valor de la
fuerza debe ser F 8.000 [N]para grado 1 y F 4.000 [N] para grado 2.
Figura 22: Resistencia del cerrojo ante una fuerza lateral.
SR3. Resistencia lateral del contrafrontal: Aplicar una fuerza F 5.000 [N]para grado 1
y F 2.500 [N] hasta la ruptura del contrafrontal o una distorsin mxima de 6 [mm]. (
ver figura 23).
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Figura 23: Resistencia lateral del contrafrontal.
SR4. Resistencia a un torque sobre la llave y con una fuerza frontal al cerrojo: Colocar la
cerradura en posicin vertical y, mediante la llave, accionar el cerrojo que est sometido a
una fuerza frontal de 20 [N] que impide su salida (ver figura 24). El valor del torque
determinado debe ser T 1 [Nm]para grados 1 y 2.
Figura 24:Resistencia a un torque sobre la llave y con una fuerza frontal al cerrojo.
SR5. Resistencia del mecanismo sujetador del cerrojo: Aplicar una fuerza frontal sobre el
cerrojo, hasta que se produzca una deformacin o ruptura del mecanismo, que impida su
correcto funcionamiento (ver figura 25). El valor de la fuerza debe ser F 2.500 [N]para
grado 1 y F 1.500 [N] para grado 2.
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Figura 25: Resistencia del mecanismo sujetador del cerrojo.
SF6. Ensayo cclico: Accionamiento continuo de la cerradura mediante todos sus
elementos considerando para el picaporte, la fatiga del resorte 300.000 [ciclos] para grado 1
y 150.000 [ciclos] para grado 2 y, la accin del contrafrontal sobre el picaporte 200.000
[ciclos] para grado 1 y 100.000 [ciclos] para grado 2; para el cerrojo todos sus elementos
100.000 [ciclos] para grado 1 y 50.000 [ciclos] para grado 2. Utilizar una velocidad de 60
[ciclo /min] para el picaporte.
SR6. Ensayos de resistencia al rayado superficial en acabado de barniz: Colocar la
cerradura sobre una superficie plana y horizontal. Tomar el lpiz grafito de mayor dureza
mantenindolo inclinado 45 y presionar sobre el revestimiento con el borde de la mina,
trazndose una lnea recta a lo largo de 7 [mm].
SR7. Repetir el ensayo anterior con lpices de dureza decreciente hasta que uno de ellos
no raye el revestimiento, dando as la resistencia al rayado superficial, cuyos valores estn
indicados en la siguiente tabla:
Tabla 3: Requisitos para el acabado superficial (dureza) de las cerraduras de sobreponer.
PomosCaracterstica Tipo
Grado 1 Grado 2
Dureza (H) del
recubrimiento
Barniz o pintura 2 2
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SQ1. Ensayo de niebla salina: Para este ensayo se establece el procedimiento de niebla
salina neutra indicado el NCh904. Las partes deben estar expuestas por el tiempo
especificado en la tabla 4, sin que el material base o substrato excedan en un punto de
corrosin visible al ojo, en un rea de 645 [mm^2] (1 [pulg^2]) de la superficie
significativa y ningn punto mayor que 1,6 [mm^2] (0,0625 [pulg^2]) de dimetro. Las
manchas no deben exceder un 5 % de la superficie significativa del componente sometido a
ensayo y ninguna mancha mayor que 6,35 [mm] (0,25 [pulg]) de dimetro.
Tabla 4: Requisitos para el acabado superficial (corrosin) de las cerraduras de pomo.
SobreponerCaracterstica Tipo
Grado 1 Grado 2Barniz o pintura 96 48
Cromado 96 48
Niebla salina (h)
Niquelado 48 24
SQ2. Las superficies sobre las cuales no se puede obtener depsitos controlados, tales
como: agujeros, bordes, ranuras, ngulos y reas similares, estn exentas de los
requerimientos de acabado superficial.
SQ3. Para componentes pequeos se deben utilizar probetas de ensayo con terminaciones
planas del mismo material base del producto a ensayar. Las probetas deben tener un rea
expuesta mnima de 64 [mm] x 95 [mm] (2,5 [pulg] x 3,75 [pulg]) y 1,6 [mm] +- 0,1
[mm] ( 0,064 [pulg] +- 0,004 [pulg]) de espesor.
Realizados los ensayos no destructivos, se requiere que todos los elementos de las
cerraduras continen funcionando, a pesar de las deformaciones que se puedan originar
durante el desarrollo de las pruebas.
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2.1.5 Parte 5: Ensayos para cerraduras de embuti r (NCh 345/5.Of2001).
Esta parte establece los ensayos mecnicos de funcionamiento y de resistencia para
los principales elementos que conforman la cerradura de embutir, as como los ensayos
qumicos destinados a verificar la calidad del acabado superficial. A continuacin se
presenta una descripcin de los ensayos:
EF1. Fuerza del resorte del picaporte: Medir la fuerza del picaporte ante la resistencia del
contrafrontal. Para ello, aplicar gradualmente una fuerza en la cerradura a una distancia de
25 [mm] del borde de la puerta, hasta que el picaporte aloje en el contrafrontal. El valor de
la fuerza mxima del resorte debe ser F = 25 [N] para grado 1 y 2 (ver figura 26).
Figura 26: Fuerza del resorte del picaporte.
EF2. Torque necesario para retraer el picaporte con la manilla: Fijar la cerradura con el
frontal vertical y se aplica un torque a la nuez, determinando la fuerza que es capaz de
retraer el picaporte, cuyo valor debe estar dentro del intervalo 1 T 3 [Nm] para grado 1
y 2 (ver figura 27).
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Figura 27: Torque necesario para retraer el picaporte con la manilla.
EF3. Torque mximo para retraer el picaporte con la llave: Aplicar una fuerza sobre la
llave, capaz de retirar el picaporte. Medir el torque en el punto de accionamiento que
requiera el mayor esfuerzo. El valor del torque alcanzado debe ser T 0,7 [Nm] para grado1 y 2 (ver figura 28).
Figura 28: Torque mximo para retraer el picaporte con la llave.
EF4. Accionamiento del picaporte sometido a esfuerzo lateral: Aplicar una fuerza lateral
sobre el picaporte de 50 [N] en su posicin de cierre. Medir el torque en el punto de
accionamiento, con la llave, que requiera el mayor esfuerzo. El valor del torque debe ser de
T = 2,5 [Nm] para grados 1 y 2 (ver figura 29).
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Figura 29: Accionamiento del picaporte sometido a esfuerzo lateral.
EF5. Aplicacin simultnea de un esfuerzo y torque sobre la manilla: Aplicar una fuerzade 222 [N] perpendicular a la puerta, a 25 [mm] del borde y sobre la lnea central del
picaporte, midindose la fuerza necesaria para retraer el picaporte, cuyo valor debe ser T
8 [Nm] para grados 1 y 2 (ver figura 30).
Figura 30: Aplicacin simultnea de un esfuerzo y torque sobre la manilla.
EF6. Accionamiento con la llave: Determinar el torque mximo para accionar el cerrojo
en el punto de mayor esfuerzo, cuyo valor debe ser T 0,5 [Nm] para grados 1 y 2.
EF7. Accionamiento con la llave sometida a esfuerzo lateral: Determinar el torque
mximo para hacer funcionar el mecanismo con la llave. Para ello, aplicar una fuerza sobre
la cara lateral del cerrojo de 50 [N] en su posicin de cierre (ver figura 31). El valor debe
ser T 2,5 [Nm] para grados 1 y 2.
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Figura 31: Accionamiento con la llave sometida a esfuerzo lateral.
ER1. Resistencia de la nuez: Determinar la fuerza necesaria para producir deformacin
permanente o ruptura de uno de los elementos (ver figura 32). La fuerza aplicada debe ser F
500 [N] para grado1 y F 300 [N] para grado 2.
Figura 32: Resistencia de la nuez.
ER2. Resistencia del picaporte: Montar la cerradura con el frontal horizontal y aplicar una
fuerza a 3 [mm] del frontal durante 1 [min], hasta que se produzca una deformacin
permanente que impida el funcionamiento (ver figura 33). El valor de la fuerza debe ser F
3.500 [N]para grado 1 y F 2.500 [N] para grado2.
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Figura 33: Resistencia del picaporte.
ER3. Resistencia del cerrojo ante una fuerza lateral: Montar la cerradura con el frontal
horizontal y aplicar una fuerza a 3 [mm] del frontal durante 1 [min], hasta que se produzca
una deformacin permanente que impida el funcionamiento (ver figura 34). El valor de lafuerza aplicada debe ser F 3.000 [N] para grado 1 y F 1.500 [N]para grado 2.
Figura 34: Resistencia del cerrojo ante una fuerza lateral
ER4. Resistencia lateral del contrafrontal: Aplicar una fuerza F 3.000 [N] para grado 1
y F 1.800 [N] para grado 2, hasta la ruptura del contrafrontal o una distorsin mxima de
6 [mm] (ver figura 35).
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Figura 35: Resistencia lateral del contrafrontal.
ER5. Resistencia a un torque sobre la llave y con una fuerza frontal al cerrojo: Colocar la
cerradura en posicin vertical y, mediante la llave, accionar el cerrojo estando sometido a
una fuerza frontal de 20 [N] que impide su salida (ver figura 36). El valor del torque
determinado debe ser T 1 [Nm] para grados 1 y 2.
Figura 36: Resistencia a un torque sobre la llave y con una fuerza frontal al cerrojo.
ER6. Resistencia del mecanismo sujetador del cerrojo: Aplicar una fuerza frontal sobre el
cerrojo, en su posicin salida, hasta que se produzca una deformacin o ruptura del
mecanismo, que impida su correcto funcionamiento (ver figura 37). El valor de la fuerza
debe ser F 2.000 [N]para grado 1 y F 1.000 [N] para grado 2.
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Figura 37: Resistencia del mecanismo sujetador del cerrojo.
EF8. Ensayo cclico: Accionamiento continuo de la cerradura mediante todos sus
elementos considerando para el picaporte, la fatiga del resorte 300.000 [ciclos] para grado 1
y 150.000 [ciclos] para grado 2 y, la accin del contrafrontal sobre el picaporte 200.000[ciclos] para grado 1 y 100.000 [ciclos] para grado 2 y, para la accin de la nuez mediante
la manilla 250.000 [ciclo] para grado 1 y 150.000 [ciclos] para grado 2; para el cerrojo
todos sus elementos 100.000 [ciclos] para grado 1 y 50.000 [ciclos] para grado 2. Utilizar
una velocidad de 60 [ciclo /min] para el picaporte.
ER7. Ensayos de resistencia al rayado superficial en acabado de barniz: Colocar la
cerradura sobre una superficie plana y horizontal. Tomar el lpiz grafito de mayor dureza
mantenindolo inclinado 45 y presionar sobre el revestimiento con el borde de la mina,
trazndose una lnea recta a lo largo de 7 [mm].
ER8. Repetir el ensayo anterior con lpices de dureza decreciente hasta que uno de ellos
no raye el revestimiento, dando as la resistencia al rayado superficial, cuyos valores estn
indicados en la siguiente tabla:
Tabla5: Requisitos para el acabado superficial (dureza) de las cerraduras de sobreponer.
EmbutirCaracterstica Tipo
Grado 1 Grado 2
Dureza (H) Barniz o pintura 3 2
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EQ1. Ensayo de niebla salina: Para este ensayo se establece el procedimiento de niebla
salina neutra indicado el NCh904. Las partes deben estar expuestas por el tiempo
especificado en la tabla 6, sin que el material base o substrato excedan en un punto de
corrosin visible al ojo, en un rea de 645 [mm^2] (1 [pulg^2]) de la superficie
significativa y ningn punto mayor que 1,6 [mm^2] (0,0625 [pulg^2]) de dimetro. Las
manchas no deben exceder un 5 % de la superficie significativa del componente sometido a
ensayo y ninguna mancha mayor que 6,35 [mm] (0,25 [pulg]) de dimetro.
Tabla 6: Requisitos para el acabado superficial (corrosin) de las cerraduras de embutir.
EmbutirCaracterstica Tipo
Grado 1 Grado 2Barniz o pintura 96 48
Cromado Sin valor Sin valor
Niebla salina (h)
Niquelado Sin valor Sin valor
EQ2. Las superficies sobre las cuales no se puede obtener depsitos controlados, tales
como: agujeros, bordes, ranuras, ngulos y reas similares, estn exentas de los
requerimientos de acabado superficial.
EQ3. Para componentes pequeos se deben utilizar probetas de ensayo con terminaciones
planas del mismo material base del producto a ensayar. Las probetas deben tener un rea
expuesta mnima de 64 [mm] x 95 [mm] (2,5 [pulg] x 3,75 [pulg]) y 1,6 [mm] +- 0,1
[mm] ( 0,064 [pulg] +- 0,004 [pulg]) de espesor.
Realizados los ensayos no destructivos, se requiere que todos los elementos de las
cerraduras continen funcionando, a pesar de las deformaciones que se puedan originar
durante el desarrollo de las pruebas.
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2.2 Clasificacin de los ensayos
Los ensayos antes descritos se pueden clasificar de acuerdo al tipo de cargas o
requerimiento al que son sometidos, y dicha clasificacin ayudar en la seleccin de los
sistemas de accionamiento de las mquinas a disear, y posibilitar la combinacin de
ensayos.
Los ensayos consideran:
Torques.
Cargas lineales horizontales.
Cargas lineales verticales.
Torques y cargas lineales combinadas.
Ensayos de ciclos. Medicin de distancias.
Rayado.
Ensayos qumicos.
A continuacin se presenta una tabla de clasificacin de los ensayos por tipo:
Tabla 7: Clasificacin de los ensayos segn tipo.
De acuerdo a la tabla anterior se puede cruzar informacin de los ensayos para as
considerar varios ensayos para un mismo diseo de mquina. El que el ensayo sea de
resistencia R o funcionamiento F da una nocin de la magnitud de la carga a la que es
sometido el componente.
Tipo Pomo Sobreponer Embutir Torque A PF1, PF2, PR5 SF2, SF4 EF2, EF3, EF6Carga lineal horizontal B PF5, PR1, PR2, PR3, PR6 SF1, EF1, , ER6Carga lineal vertical C PR4 SR1, SR2, SR3, SR5 ER1, ER2, ER3, ER4Torque y carga lineal D PF6 SF3, SF5, SR4 EF4, EF5, EF7, ER5,Ensayos de cic los E PF8 SF6 EF8Medicin de distancias F PF3, PF4Rayado G PR7, PR8 SR6, SR7 ER7, ER8Qumico H PQ1, PQ2, PQ3 SQ1, SQ2, SQ3 EQ1, EQ2, EQ3
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De acuerdo a la norma la obtencin de los torques necesarios se deben generar
mediante la aplicacin de cargas lineales (con cierto brazo), por lo que los ensayos de tipo
A, B, C y D se remiten a una correcta aplicacin de una carga lineal (horizontal o vertical
cuando corresponda). Los ensayos de tipo E y H se analizan como unidades individuales
por ser aplicaciones especficas. Los ensayos de tipo F y G son de aplicacin manual y la
norma es bastante especfica en su aplicacin, por lo que se no requiriere una mayor
profundizacin.
Para la generacin de cargas lineales hay que evaluar alternativas, y las dos
principales son la utilizacin de cilindros neumticos y/o cilindros hidrulicos, siendo la
escogida la primera por razones explicadas ms adelante.
2.3 Sistemas neumticos
2.3.1 Justi ficacin de su utilizacin en los diseos
Las principales variables a considerar en la determinacin del tipo de cilindro a
utilizar son el nivel de carga a aplicar, la precisin de la fuerza y la velocidad de
acercamiento, esto ltimo a fin de evitar impactos entre los vstagos (o elementos de
aplicacin de fuerza) y las cerraduras o componentes de contacto que correspondan.
El rango de fuerza necesarias de aplicar est entre los 10 [N] y 8000 [N]
aproximadamente (1 [kp] y 800 [kp] respectivamente), el rango de aplicacin de los
cilindros neumticos va desde uno pocos [N] hasta los 30000 [N] (3000 [kp]) y el rango
para los cilindros hidrulicos est entre los 90 [N] y los 2.000.000 [N] (9 [kp] a 200.000
[kp] respectivamente). Los componentes de control (en neumtica e hidrulica) estn
diseados para operar bien en torno a las cargas de trabajo preestablecidas, y si se trabajara
con cilindros hidrulicos estos estaran fuera de su rango de operacin (fuerzas demasiado
bajas), por lo que no se asegurara un buen funcionamiento de los componentes de control,
a diferencia de los cilindros neumticos, que para los rangos de fuerzas necesarios tienen
asociados componentes especficos que aseguran buen funcionamiento.
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Los rangos de velocidad de acercamiento entre los elementos a ensayar de las
cerraduras y los componentes motrices (cilindros o vstagos especficamente) no estn
especificados en la norma, por lo tanto lo nico que hay que considerar es obtener una
velocidad adecuada que evite impactos. En este mbito los cilindros hidrulicos tiene una
gran ventaja sobre los neumticos, ya que pueden funcionar a bajas velocidades sin
necesidades de componentes externos, pero en cilindros neumticos ello est solucionado
con la adicin de componentes de control neumticos o hidroneumtico, logrando como
menor velocidad 1 [mm/seg], lo cual asegura la obtencin de las velocidades necesarias.
La precisin de la fuerza es similar en ambos casos (neumtica e hidrulica), la cual
debe ser calibrada de acuerdo a las necesidades mediante el uso de equipos adecuados.
En la eleccin del tipo de sistema neumtico de energizacin no fueron
considerados costes econmicos de la produccin, el almacenaje y transporte de la energa,solamente se consider la precisin de las fuerzas que se puede obtener, a fin de que los
ensayos sean lo mas certero posibles.
2.3.2 Principios bsicos de la neumtica
Las instalaciones neumticas son mquinas y aparatos que trabajan con aire
comprimido o con aire aspirado. La neumtica abarca la totalidad de las aplicaciones de lasinstalaciones neumticas. Entonces para poder realizar aplicaciones neumticas es
necesario comprender los sistemas desde la generacin de aire comprimido, hasta el
correcto funcionamiento del componente motriz a utilizar. De acuerdo con lo anterior, la
neumtica se puede dividir en componentes y mandos o controladores, los cuales se
describen a continuacin:
Componentes neumticos
Produccin de aire comprimido: Para el funcionamiento correcto de las mquinas
neumticas debe garantizarse un caudal suficiente y una presin determinada de aire, y para
ello se utilizan compresores los cuales mueven caudales desde unos pocos [Nl/min] hasta
ms de 50.000 [Nm3/min], a presiones que van desde algunos [kp/cm2] hasta ms de 100
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[kp/cm2]. El rango de presiones generales de trabajo en neumtica est entre 3 y 15
[kp/cm2], pero por lo general se trabaja en torno a los 6 [kp/cm2]. Para aplicaciones
neumticas principalmente se utilizan los compresores de mbolo y rotativos. La seleccin
del compresor se realiza mediante la presin y caudal de aire requerido. La instalacin es
especificada por el fabricante. Es necesario determinar la cantidad de agua que se genera
producto de la compresin del aire, lo cual se puede realizar utilizando una carta
sicromtrica. Para la seleccin del compresor se debe determinar el consumo total de todos
los equipos, sobredimensionndolo entre 10 y 30 % por prdidas por fugas y la presin
final no debe exceder mucho la ms alta necesaria.
Distribucin del aire comprimido: La distribucin del aire comprimido se realiza a travs
de acumuladores, tuberas exteriores (red) y tuberas interiores de las mquinas. Losdepsitos acumulados son estanques que almacenan aire comprimido, y se encuentran
entre el compresor y los componentes de trabajo, su principal funcin es compensar las
fluctuaciones de presin y separar el agua condensada. Su tamao depende del consumo de
aire comprimido y la potencia del compresor. Las tuberas pueden variar en dimetro
desde algunos [mm] hasta varios centmetro, pudiendo ser de goma, plstico o metal. El
criterio de determinacin de la red est dado por la velocidad de circulacin, la cada de
presin y la estanqueidad de la red en el conjunto. Para determinar el dimetro interior hay
que considerar el consumo requerido ms una reserva extra en caso de requerir una
expansin de la red en el futuro. El dimetro interior tambin est determinado por la
velocidad admisible, las prdidas admisibles, la presin P de trabajo, el nmero de puntos
de estrangulacin existentes en la tubera y la longitud de esta. Si aumenta la velocidad de
circulacin se presentar una mayor cada de presin entre el compresor y la toma. Los
rangos de velocidad estn comprendidos entre 6 y 10 [m/s]. Se debe considerar una cada
de presin no mayor a 0,1 [kp/cm2] hasta los consumidores acoplados. En la prctica se
considera un 5 [%] de la presin de trabajo. Para determinar las prdidas en los puntos de
estrangulacin (tubos-accesorios, codos, etc.) se saca su equivalente de su largo en metros
[m], sus equivalentes quedan registrados en la tabla 8.
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Tabla 8: Equivalente de prdidas de singularidades en metros.
Longitud equivalente de tubera en m
Dimetro interior de tubera en mm
Dispositivo
25 40 50 80 100 125 150
Vlvula de asiento 6 10 15 25 30 50 60
Vlvula de cierre 3 5 7 10 15 20 25
Vlvula de compuerta 0.3 0.5 0.7 1 1.5 2 2.5
Manguito acodado 1.5 2.5 3.5 5 7 10 15
Manguito acodado 1 2 2.5 4 6 7.5 10
Manguito acodado r = d 0.3 0.5 0.6 1 1.5 2 2.5
Manguito acodado r = 2D 0.15 0.25 0.3 0.5 0.8 1 1.5
Empalmes de tuberas, tubo T 2 3 4 7 10 15 20
Pieza reductora 0.5 0.7 1 2 2.5 3.5 4
Para determinar el dimetro interior de la tubera se utiliza el nomograma
presentado en la figura 38, en el cual se entra con el consumo [Nm3/min], la presin de
trabajo [[kp/cm2
], la longitud de la tubera [m] y la cada de presin admisible, y sedetermina con ello el dimetro interior de la tubera.
La instalacin de las tuberas deben ser en lugares accesibles, no empotradas o
galeras de tubos demasiado estrechas de modo que sea fcil su inspeccin. La instalacin
de las tuberas deben hacerse con una inclinacin de entre 1 y 2 [%] en el sentido de
circulacin. Las derivaciones verticales hacia abajo no deben terminar directamente en la
toma por el consumidor, ello debido a la posible acumulacin de agua de condensacin
(hay que instalar un pequeo acumulador con una purga).
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Figura 38: Nomograma para el clculo de tuberas neumticas.
Las tuberas que salen de la lnea principal deben salir hacia arriba con un
radio de curvatura igual a dos veces el dimetro exterior de la tubera de salida (figura 39).
Dr =2 (1)
Figura 39: Curvatura tubera de salida.
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Es conveniente instalar las tuberas de abastecimiento en anillos con acumulador
intermedio, ya que debido a ello se reduce en un tercio la seccin de la tubera comparada
con la lnea normal abierta. Dicha red se puede presentar con tuberas derivadas del anillo o
derivadas de las transversales (figura 40).
Figura 40: Redes de aire comprimido con tuberas en anillo y acumulador intermedio
(consumidores en rojo).
Los tubos de la red se pueden unir mediante uniones soldadas o uniones atornilladas
(acoples rpidos). La ventaja de las uniones soldadas es su buena estanqueidad, pero
presenta oxidacin y prdidas de material que se acumulan en los componentes.
La red de aire comprimido debe subdividirse en secciones mediante vlvulas de
bloqueo, con el fin de que en los trabajos de mantenimiento y reparaciones no se pierda aire
y que evacuada la red en su totalidad. El tamao de las secciones viene determinado por los
consumidores a ella conectados. Todas las naves o salas de produccin que estnconectadas a la red de aire comprimido deben poderse aislar.
Las tuberas interiores ms utilizadas son las de acero con paredes delgadas, cobre,
plstico y mangueras de goma o plstico. La seleccin est dada por el ambiente al que
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estarn en contacto, las cargas que debern resistir y la frecuencia de maniobra a las que
estarn sometidas. Las tuberas interiores se unen mediante racones (acoples).
Preparacin del aire comprimido: Luego del compresor y acumuladores el aire
comprimido debe ser preparado para que ingrese en ptimas condiciones a los componentes
generadores de trabajo. La unida de mantenimiento est compuesta por un filtro, un
regulador de presin y un engrasador del aire. Las partculas finas que no caen en el
condensador son abrasivas para los elementos neumticos. Las partes mviles de los
sistemas neumticos necesitan lubricacin. La funcin del filtroes liberar las impurezas y
el agua contenida en el aire comprimido, su funcionamiento es mediante la induccin de
rotacin del aire para generar fuerzas centrfugas y lograr la separacin. Tambin sirve para
enfriar el aire comprimido. El cartucho de filtro poroso (0.02-0.05 [mm]) debe limpiarse ycambiarse peridicamente. La purga del condensado puede ser de forma manual o
automtica. A continuacin se presenta una figura descriptiva:
Figura 41: Filtro de aire comprimido.
La funcin del regulador de presines mantener constante el consumo de aire y la
presin de trabajo (P secundaria) con independencia de la presin de la red variable
(presin primaria). La presin de entrada es siempre mayor que la de salida, est ltima es
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indicada por un manmetro. Su funcionamiento se basa en la regulacin de la presin de
salida a travs del manejo del caudal que circula. Se pueden distinguir 2 clases de
reguladores de presin, con y sin orificio de purga. A continuacin se presenta una figura
descriptiva:
Figura 42: Regulador con orificio de purga.
La funcin del engrasador es suministrar a los aparatos neumticos el lubricantesuficiente. Este funciona de acuerdo al principio de Venturi, el aceite contenido en el
depsito de alimentacin es aspirado y pulverizado al entrar en contacto con la corriente de
aire. Un esquema queda representado en la figura 43.
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Figura 43: Engrasador.
Actualmente los elementos anteriores se combinan pudiendo estar en una carcasa el
filtro y el regulador, y otra el engrasador, tambin los tres elementos pueden estar en una
carcasa, como el caso de la figura 44.
Figura 44: Unidad de mantenimiento combinada.
La unidad de mantenimiento no debe estar a ms de 5 [m] del ltimo consumidor,
para evitar la precipitacin de las partculas de aceite.
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Figura 45: Esquema de una instalacin de distribucin de aire comprimido
Elementos de trabajo y mando: Los principales elementos neumticos son los cilindros
neumticos, las vlvulas, los dispositivos hidroneumticosy los accesorios varios. Los
cilindros neumticos se utilizan como productores de trabajo para generar movimientos
rectilneos. Realizan la conversin de energa esttica en forma de presin de aire en trabajo
mecnico realizado por el vstago de un cilindro. El cilindro de aire comprimido es un
dispositivo motor en el que la energa esttica (energa neumtica del aire comprimido) se
transforma en trabajo mecnico mediante la reduccin de la sobrepresin hasta la presin
atmosfrica exterior. Los cilindros se pueden clasificar de acuerdo a su funcionamiento,siendo estos de simple efecto, doble efecto o especiales. Los cilindros de simple efecto son
aquellos que realizan trabajo en una sola direccin, pudiendo el vstago expandirse del
cilindro o contraerse. Pueden subdividirse en cilindros de membrana plana, de membrana
arrollable y de mbolo (figura 46), siendo este ltimo el ms utilizado.
Figura 46: Cilindro simple efecto de mbolo.
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La fuerza del resorte debe estar entre 10 y 15 [%] de la fuerza del mbolo a 6
[kp/cm2]. El cilindro de doble efecto puede producir trabajo en los 2 sentidos de
movimiento. Es un cilindro de mbolo y posee 2 tomas de aire ( figura 47).
Figura 47: Cilindro de doble efecto, mitad superior con amortiguador e inferior sin.
Las fijaciones de los cilindros dependen de los fabricantes y se seleccionan en
conjunto con los cilindros. Los cilindros especiales pueden ser ejecuciones especiales de
cilindros normales o cilindros especficos. Los primeros se refieren a variaciones en el
programa de fabricacin y no al cambio de alguna pieza particular del cilindro (por ejemplovstago reforzado). Los segundos presentan variaciones en sus componentes, y dentro de
este grupo estn los cilindros Tandem, los cuales en su vstago tiene 2 mbolos, as tiene 2
cilindros de doble efecto en serie, duplicando su capacidad sin aumentar el dimetro.
Tambin dentro del ltimo grupo estn los cilindros de mltiple posiciones, cilindros
rotativos y los cilindros de impacto.
Caracterizacin tcnica para cilindros: Las principales variables a considerar en la
seleccin de los cilindros neumticos, son la fuerza del cilindro, el consumo de aire, la
velocidad del mbolo y la carga de pandeo. La fuerza del cilindro es una funcin del
dimetro del cilindro, la presin del sistema y el roce del mbolo (dependiente de la
velocidad del mbolo). La fuerza de presin se mide en estado de reposo (esttico) y la
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resistencia de rozamiento corresponde a la fuerza del momento de arranque. La fuerza de
presin est dada por:
[ ]kpPAF
PreaF presinmbolopresin
=
= (2)
Para los cilindros de simple efecto, la fuerza se calcula restando la fuerza que ejerce
el resorte:
fPDF =4
2 [kp] (3)
D: dimetro cilindro [cm].
P: presin del sistema [kp/cm2].
f : fuerza resorte [kp].
Los cilindros de doble efecto no cuentan con un resorte para volver a su posicin de
equilibrio, as su fuerza no disminuye en la carrera de avance, pero en su carrera de
retroceso la fuerza disminuye, debido a la disminucin del rea del mbolo por la existencia
del vstago, la formulacin matemtica es la siguiente:
PdDF
PDF
R
A
=
=
4)(
4
22
2
(4)
FA: Fuerza de avance [kp].
FR: Fuerza de retroceso [kp].
D: Dimetro del mbolo [cm].
d: Dimetro del vstago [cm].
P: Presin del sistema [kp/cm2].
Para el rozamiento o el momento de roce se descuenta entre el 3 y 10 % de la fuerza
calculada. Para la seleccin de cilindros los fabricantes han preparado tablas, en las cuales
se entra con la presin de trabajo y la fuerza deseada, y se determina el dimetro adecuado
del cilindro. La energa del aire comprimido que alimenta los cilindros se consume
transformndose en trabajo. El aire comprimido ya utilizado afluye a la atmsfera por el
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escape durante la carrera de retroceso del mbolo. El consumo de aire es una funcin de la
relacin de compresin, el rea del mbolo y la carrera.
Consumo = Relacin de compresin * rea mbolo * carrera (5)
La relacin de compresin referida al nivel del mar est dada por:
033.1
]/[033.1 2cmkppresintrabajo+ (6)
El consumo de aire se indica siempre en litros de aire aspirado para la obtenervalores uniformes referidos a la potencia del compresor. Para simple efecto se tiene que:
min]/[NlqnsQ = (7)
Q: Consumo total de aire en [Nl/min].
s: Carrera en [cm].
n: Ciclos por minuto.q: Consumo de aire por cm de carrera.
Para el caso de cilindros de doble efecto se tiene que (el volumen del vstago se
desprecia):
min]/[2 NlqnsQ = (8)
Los espacios muertos pueden alcanzar hasta un 20 % del consumo de aire de
trabajo propiamente considerado. Los espacios muertos son principalmente las tuberas de
alimentacin de los propios cilindros, los espacios en las posiciones finales de los cilindros
no utilizados en las carreras, etc. La velocidad media del mbolo en los cilindros estndar
est comprendida entre 0.1 y 1.5 [m/s]. La velocidad del mbolodepende de la presin del
aire, la fuerza del resorte o antagonista, las secciones de las tuberas, la longitud de las
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tuberas entre la vlvula de mando y el cilindro y, el dimetro nominal de la vlvula de
mando. Tambin puede ser afectada por vlvulas de estrangulacin o vlvulas de escape de
escape rpido. Los fabricantes construyen sus cilindros teniendo en cuenta el pandeo, y
para la generalidad de los cilindros pueden escogerse en lugar del vstago normal uno de
mayor seccin.
Vlvulas: Las vlvulas son dispositivos para regular el arranque, parada y sentido as como
la presin o flujo del medio de presin, impulsado por una bomba hidrulica, un compresor,
una bomba de vaco o una depsito acumulador. Como principales caractersticas se
encuentra la definicin de su funcin, su forma de accionamiento y los tamaos de sus
roscas de conexin. La forma de accionamiento de las vlvulas puede ser manual,
mecnica, elctrica, hidrulica o neumtica. Las vlvulas principales son las vlvulasdistribuidoras o de vas, las vlvulas antiretorno o de bloqueo, las vlvulas
reguladoras de presin y las reguladoras de flujo o de velocidad. Las vlvulas
distribuidoras influyen en el camino del aire comprimido (de manera preferente arranque,
parada y sentido de paso). Dentro de las vas estn consideradas las conexiones de entrada
de aire comprimido, las conexiones de alimentacin para el consumidor, y los orificios de
purga o escape (aunque fuesen varios se cuentan como uno).
La nomenclatura en diagramas para las vas de las vlvulas son las siguientes:
La conexin del aire comprimido (alimentacin) se designa con la letra P.
Las tuberas de trabajo con letras maysculas en la secuencia A, B, C,
Los orificios de purga con R, S, T,
Las tuberas de control o accionamiento con Z, Y, X,
Vlvula normal cerrada: no permite el paso en posicin de reposo, si se acciona
permite circular el aire comprimido.
Vlvula normal abierta: en reposo el paso est libre y accionada est cerrada.
Se le llama posicin de partida a aquella posicin de maniobra que toman las partes
mviles de una vlvula tras incluirla en un equipo y establecen la presin de la red. Todos
los cilindros deben purgarse despus de realizar el trabajo con el fin de que pueda comenzar
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una nueva fase. Una vlvula distribuidora se selecciona y designa al mismo tiempo por el
nmero de vas a controlar y por las posiciones de partida. La designacin de las vlvulas
se realiza utilizando 2 nmeros, el primero da el nmero de vas y el segundo el nmero de
posiciones, por ejemplo en la figura 48 aparece una vlvula distribuidora 3/2, la cual tiene 3
vas y 2 posiciones. Las vlvulas tambin se caracterizan segn su construccin, pudiendo
ser estas vlvulas de asiento o vlvulas de corredera. En las de asiento el control de paso es
mediante placas, platos, bolas o conos. El tiempo de respuesta en las vlvulas de asiento es
muy corto. La estanqueidad del asiento de la vlvula se realiza siempre con juntas elsticas.
Figura 48: Representacin vlvula distribuidora 3/2 de accionamiento manual, normal
abierta (3 equivale a R, 1 a A y 2 a B).
Las vlvulas de corredera se pueden clasificar en vlvulas de distribuidor axial, de
cursor plano axial y de disco. Las vlvulas de distribuidor axial como elemento de control
poseen un mbolo que carga con aire comprimido y purga las tomas del cilindro mediante
un movimiento a lo largo del eje. Las vlvulas de cursor plano axial poseen un mbolo para
la inversin de la vlvula, pero las tomas son controladas por el distribuidor plano
adicional. Las vlvulas de disco distribuidor son por lo general de accionamiento manual o
por pedal, debido a que se precisa un giro para la inversin de la vlvula.
En los equipos la vlvula puede ser simultneamente elemento emisor de seales,
rgano de control y rgano de regulacin. Los tipos de accionamiento de las vlvulas
pueden ser manuales, mecnicos, neumticos y elctricos. Los rganos de accionamiento de
la vlvula pueden designarse con las letras minsculas a, b, c,; de acuerdo con la
correspondiente posicin de maniobra. El adicionamiento manual puede ser mediante un
pulsador, una palanca, un pedal o un pedal con enclavamiento. Para el caso de
accionamiento mecnico, este puede ser con una leva, un rodillo o un rodillo escamoteable.
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Figura 49: Vlvula 3/2 de accionamiento mecnico directo por rodillo (izquierda), vlvula
de mando indirecto 3/2 accionada neumticamente (derecha).
Las vlvulas de bloqueo se pueden clasificar en de retencin, selectiva,
estranguladora de retencin, de purga rpida y de simultaneidad. Las vlvulas de
retencin bloquean un solo sentido de paso, dejando el otro libre. Las vlvulas selectoras
poseen 2 entradas y 1 salida, y el efecto de bloqueo acta siempre en el sentido de la
entrada purgada, por lo que queda el paso desde la otra entrada hacia la salida. Las vlvulas
estranguladoras con retencin se les llama tambin reguladoras de velocidad, el punto de
estrangulacin es regulable, ajustndose as el flujo circulante. Las vlvulas de purga rpida
permiten una evacuacin rpida del aire en la carrera de retroceso del pistn aumentando su
velocidad. El aire de escape no debe recorrer el camino de vuelta por la lnea de mando de
la vlvula de control propiamente considerada, por lo que es conveniente montar una
vlvula de purga rpida directamente en la toma del cilindro. La vlvula de simultaneidadtiene dos entradas de presin y una salida, la seal de salida solo est presente si lo estn las
dos seales de entrada.
Figura 50: Representacin vlvula selectiva.
Las vlvulas de presin influyen sobre la presin del aire comprimido en
circulacin. Las vlvulas limitadoras de presin impiden la elevacin de la presin mxima
admisible del sistema, y su aplicacin principal es como sistema de seguridad. Las vlvulas
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de secuencia son similares a la anterior, pero cambia se aplicacin. La salida A de una
vlvula de secuencia permanece bloqueada hasta que se alcanza la presin seleccionada,
garantizando una presin mnima.
La vlvula reguladora de presinya fue explicada en la unidad de mantenimiento,
y su funcionamiento es a travs de un resorte y una membrana.
La accin de las vlvulas de flujo se limita exclusivamente al caudal circundante.
Las nicas vlvulas de este propsito son de estrangulacin, pudiendo tener estrechamiento
constante o variable.
Dispositivos hidroneumticos: A bajas velocidades los dispositivos neumticos presentan
problemas de continuidad de la velocidad, es decir, a medida que aumenta la estrangulacin
del flujo, disminuye la velocidad y aumentan las sacudidas y los tirones. Comoconsecuencia de la compresibilidad del aire, no puede mantenerse una velocidad de avance
desde el principio hasta el final de la carrera, fenmeno que no se presenta en los
dispositivos hidrulicos (el aceite es poco compresible), por lo que se utilizan como
complemento a los sistemas neumticos. Los principales dispositivos hidroneumticos son
los convertidores oleoneumticos, los cilindros freno de aceite y los transformadores
de presin. El convertidor oleoneumtico transforma la presin de un medio en una
presin equivalente en otro (pasa presin de aire en presin de aceite). El cilindro freno de
aceite es un circuito cerrado de aceite (pistn) que se monta en paralelo con el cilindro
neumtico y se unen a travs del mbolo, as controla la velocidad de desplazamiento del
pistn neumtico. El multiplicador de presin utiliza un pistn con dos mbolos, uno de
gran seccin est en contacto con la presin de aire, y el otro es de menor seccin y est en
contacto con aceite, as transforma una pequea presin de aire en una gran presin de
aceite. Los convertidores oleoneumticos y los multiplicadores de presin tienen un
volumen de aceite exactamente limitado en cada lado. Debe calcularse el volumen de aceite
necesario para el rgano de trabajo y, de acuerdo con el resultado, seleccionarse el tamao
del dispositivo oleoneumtico. El cilindro freno de aceite debe estar adaptado en su
longitud dela carrera del cilindro o bien a la longitud de la carrera de trabajo, para la que
debe realizarse la regulacin del movimiento uniforme lento mediante el cilindro freno de
aceite.
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Accesorios: Son todos los elementos que no pertenecen al mando ni al trabajo, tales como
las placas de montaje de las vlvulas, los silenciadores y los acoples flexibles por rtulas.
A continuacin se presenta una tabla resumen donde se consideran los elementos
antes mencionados con sus respectivas clasificaciones y unas figuras con las simbologas de
los principales componentes neumticos.
Tabla 9: Resumen de componentes neumticos.
Produccin de aire comprimido Compresor mboloRotativo
Distribucin aire comprimido Depsitos, acumuladoresTuberas (red)Tuberas interiores para equipos
Preparacin aire comprimido Unidad de mantenimiento Filtro
Regulador de presinEngrasadorUnidad combinada
Unidad de trabajo y mando Cilndros Simple efecto MembranaMembrana arrollablembolo
Doble efecto Con amortiguacinSin amortiguacin
Especiales TandemImpacto
Caractersticas de los cilndros Fuerza del cilndroConsumo de aireVelocidad del mboloPandeo
Vlvulas Distribuidoras Funcin "2/2""3/2""4/2""4/3"
Construccin Asiento BolaDisco
Corredera Distribuidor axial
Cursor plano axialde disco
Accionamiento Directo Muscular Mecnico
Indirecto NeumticoElctrico
De bloqueo De retencinSelectoraEstranguladora de retencin (velocidad)Purga rpidaSimultaneidad
De presin Limitadora (seguridad)Secuancia (presin mnima)
De flujo EstrangulacinDiafragma
Dispositivos hidroneumticos Convertidor oleohidrulicoCilindro freno de aceiteMultiplicador de presin
Disposi tivos combinados Unidad neumtica de avanceUnidad oleoneumtica de avanceUnidad de avance con sistema de retornoUnidad de avance rtmicoUnidad taladradora de avance
Accesorios Placas SueltasBateras
SilenciadorAcoplamiento flexible por rtula
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Figura 51: Simbologa principales componentes neumticos.
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3. Diseo de las mquinas de ensayo de funcionamiento y
resistencia
Para los ensayos que requieran cargas lineales se utilizarn cilindros neumticos dedoble efecto, y para los ensayos que requieran la aplicacin de torques se utilizarn
cilindros de eje rotativo combinados con los componentes neumticos de control
adecuados.
3.1 Metodologa de diseo util izando sistemas neumticos
El diseo de las mquinas en las cuales se utilicen sistemas neumticos se realizar
de la siguiente manera:
1.- Inicialmente se compararn los ensayos de acuerdo a la clasificacin presentada en
la tabla 7 (cargas lineales, torque, etc.), agrupando los que presenten mayor
similitud geomtrica. Luego se compararn los niveles de carga requeridos en cada
ensayo, agrupando los que requieran cargas de similar magnitud. Lo anterior se debe
a que si hay mucha variacin en las cargas, tambin lo habr en la presin detrabajo, produciendo un menor aprovechamiento de la presin disponible
(suponiendo que se trabaja con un mismo cilindro neumtico). Como resultado se
presentar una tabla con todos los ensayos asociados a una mquina con su
respectivo resumen de requerimientos.
2.- Luego de tener agrupado los ensayos, se proceder a la seleccin del cilindro de
acuerdo al mayor nivel de requerimiento (carga), para una presin normal de trabajo
de 6 [kp/cm2] (6 [bar]) y presin mxima de 7 [kp/cm2] (7 [bar]). La fuerza para los
cilindros de doble efecto en el lado del vstago est dada por:
PdDFR = 4)( 22
(9)
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En el caso del lado sin vstago (traccin) basta con eliminar d en la ecuacin
anterior, donde D es el dimetro del mbolo y d el del vstago. Dado los datos se
determina la diferencia D2-d2 necesaria, luego se calcula con datos de cilindros de
catlogo (D, d) seleccionando aquel que cumpla con el requisito que sea mayor o
igual.
P
FdD R
422 (10)
3.- Diseo del (los) circuito (s) que realicen los ensayos correspondientes, con las
explicaciones de funcionamiento y operacin respectivas. Tambin se especificarn
las presiones de trabajo para cada ensayo de acuerdo al cilindro especificado. Lapresin en el lado sin vstago est dada por:
2
2
102.0
==
D
F
A
FP
(11)
Variables: P [kp/cm2], F [N] y D [cm] (presin, fuerza y dimetro del cilindro
respectivamente).
Para el caso de la presin en el lado del vstago est dada por:
2
22
102.0
==
dD
F
A
FP
(12)
Variables: d [cm] dimetro del vstago.Tambin en esta punto se especifica el modo de operacin de la mquina (sistema
neumtico).
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4.- Seleccin y especificacin de los componentes utilizados en el circuito neumtico
(considerando como proveedor Pneumax), especificando parmetros de operacin.
5.- Diseo de las estructuras de montaje de los componentes neumticos, las cuales
deben cumplir con la funcionalidad requerida por cada ensayo (incluyendo
accesorios). Lo anterior aplicando la teora de diseo mecnico.
6.- Dibujo de los componentes en Solid Edge V12.
7.- Resumen resultados para cada mquina:
Circuito neumtico (plano de cada mquina).
Tabla de componentes neumticos seleccionados de proveedores. Tabla de elementos estructurales seleccionados de proveedores.
Especificaciones elementos a construir.
Maqueta electrnica del conjunto (esquema).
Maqueta de montaje (conjunto explosionado).
Maqueta de estructuras de montaje de componentes neumticos, planos
conjunto y despiece.
Especificaciones de componentes utilizados en el diseo de las
estructuras.
Ficha tcnica y de operacin de la mquina.
Ficha resumen de componentes a utilizar en supuesta fabricacin. Lo
anterior con el objetivo de realizar el anlisis econmico.
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3.2 Diseo de las mquinas
Las etapas de diseo se designarn de acuerdo a la metodologa (igual numeracin)
mencionada anteriormente.
3.2.1 Diseo mquina 1: mquina para ensayos de funcionamiento yresistencia de cerraduras de pomo, embutir y sobreponer.
1.- Los ensayos de funcionamiento para los tres tipos de cerraduras son similares, en los
cuales hay que aplicar cargas lineales y torques por ambos lado de la cerradura en
puntos espaciales similares, por lo que se asocian para la mquina 1 todos los
ensayos de funcionamiento.Tambin son considerados los ensayos PF7, que implican la aplicacin de los
ensayos PF1, PF2, PF5 y PF6 con variacin en sus parmetros de ejecucin en
cargas y torques.
De los ensayos de resistencia los que requieren cargas y geometras similares a los
de funcionamiento son los ensayos SR4 y ER5, por lo que tambin sern abarcados
por la mquina 1.
La norma explicita las cargas lineales, torques y lado de la cerradura donde debenser aplicados (interno a la puerta, externo a la puerta e indistinto). Segn lo anterior
se establece que debe haber un cilindro neumtico (cargas lineales) y un cilindro de
eje rotatorio por cada lado de la puerta (externo e interno). Los ensayos de
funcionamiento y los 2 de resistencia asociados deben ser realizados sobre una
puerta de medidas estndar . La tabla 10 presenta los ensayos asociados.
Tabla 10: Ensayos mquina
Tipo Pomo Sobreponer Embutir Torque A PF1, PF2 SF2, SF4 EF2, EF3, EF6Carga lineal horizontal B PF5 SF1 EF1Carga lineal vertical CTorque y carga lineal D PF6 SF3, SF5, SR4 EF4, EF5, EF7, ER5Ensayos de cicl os EMedicin de distancias FRayado GQumico H
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Tabla 11: Resumen datos ensayos mquina 1.
Ensayos de funcionamiento cerradura de pomo
Ensayo grado 1 Ensayo grado 2 Grado 1 PF7 Grado 2 PF7Ens ayo Lad o puerta Fuerza [N] Torque [ Nm] Fuerza [N] Torque [ Nm] Fuerza [N] Torq ue [Nm] Fuerza [N] To rq ue [Nm] F
PF1 1 indistinto 1.00 1.00 1.20 1.20PF2 externo 1.00 1.00 1.20 1.20PF5 interno 20.00 20.00 24.00 24.00PF6 externo 222.00 5.00 222.00 5.00 222.00 6.20 222.00 6.20
Ensayos de funcionamiento cerradura de sobreponerEnsayo grado 1 Ensayo grado 2 Ensayo Max. Requerimiento grado 1 125 %
Ensayo Lado puerta Fuerza [N] Torque [Nm] Fuerza [N] Torque [Nm] Fuerza [N] Torque [Nm]
SF1 Interno 25.00 25.00 31.25SF2 Indistinto 0.70 0.70 0.88SF3 Interno 50.00 2.50 50.00 2.50 62.50 3.13SF4 Indistinto 0.50 0.50 0.63
SF5 Interno 50.00 2.50 50.00 2.50 62.50 3.13
Ensayos de funcionamiento cerradura de embutirEnsayo grado 1 Ensayo grado 2 Ensayo Max. Requerimiento grado 1 125 %
Ensayo Lado puerta Fuerza [N] Torque [Nm] Fuerza [N] Torque [Nm] Fuerza [N] Torque [Nm]EF1 Interno 25.00 25.00 31.25EF2 Indistinto 3.00 3.00 3.75EF3 Indistinto 0.70 0.70 0.88EF4 Interno 50.00 2.50 50.00 2.50 62.50 3.13EF5 Torque interno 222.00 8.00 222.00 8.00 277.50 10.00
Fuerza externaEF6 Externo 0.50 0.50 0.63EF7 Fuerza interna 50.00 2.50 50.00 2.50 62.50 3.13
Torque indistinto
Ensayos de resistencia
Ensayo grado 1 Ensayo grado 2 Ensayo Max. Requerimiento grado 1 125 %Ensayo Lado puerta Fuerza [N] Torque [Nm] Fuerza [N] Torque [Nm] Fuerza [N] Torque [Nm]SR4 Frontal 20 20 25
interno 1 1 1.25ER5 Frontal 20 20 25
interno 1 1 1.25
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Como se mencion anteriormente se dispondrn se dos cilindros por cada lado de la
puerta, uno de carga lineal de doble efecto, y otro de eje rotativo para la generacin
de los torques necesarios; los que en conjunto con tenazas de torque y muones de
ataque (diseados ms adelante) sern los encargados de realizar los trabajos
necesarios para el desarrollo de los ensayos. En la tabla 11 se especifican los tipos
de cargas y el lado de aplicacin para cada uno de los ensayos involucrados en la
mquina 1. A continuacin se presenta unas figuras en las cuales se muestran la
disposicin de los cilindros con respecto a la puerta (el diseo de la puerta permite
el montaje de cerraduras de pomo, embutir y sobreponer, pero en este caso se
presenta como ejemplo la cerradura de pomo).
Figura 52: Disposicin cilindros mquina 1.
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Figura 53: Vista superior disposicin de los cilindros en mquina 1.
Figura 54: Vista frontal de los cilindros en la mquina 1.
De acuerdo con la informacin entregada en la tabla 11 se pueden establecer que
cilindros (A, B, C y/o D) debern trabajar en la ejecucin de los ensayos de
funcionamiento. De acuerdo a las figuras 52, 53 y 54 queda establecido que los
cilindros del lado externo son los A y B, y los de cilindros del lado externo son losC y D. El cilindro de doble efecto D trabaja en sentido de cierre de la puerta y el
cilindro de doble efecto B trabaja en sentido de apertura de la puerta. A
continuacin se presenta una tabla en la cual se especifican los cilindros que
trabajan en la ejecucin de cada uno de los ensayos de funcionamiento:
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Tabla 12: Funcionamiento de cilindros en los ensayos de la mquina 1.
Con la informacin entregada en la tabla 12 se establece en que ensayo tiene
inferencia cada cilindro, lo cual servir para poder dimensionar los mismos en el
punto 2 de la metodologa de diseo. Tambin se considera PF7 que corresponde a
la ejecucin de PF1, PF2, PF3 y PF4 con los valores especificados en la tabla 11.
Para la ejecucin de los ensayos SR4 y ER5 el cilindro D deber poder ser montado
perpendicular al frontal de la puerta.
Claramente por geometra podran asociarse varios ensayos de resistencia con los de
funcionamiento de acuerdo con la clasificacin de la tabla 7, pero los ensayos de
resistencia requieren de cargas lineales y torques mucho mayores (de 2 ordenes de
magnitud superiores), lo que producira una diferencia de presin de los cilindros
demasiado alta en la ejecucin de los diferentes ensayos (presin normal en losensayos de resistencia y muy baja en los ensayos de funcionamiento utilizando un
mismo cilindro neumtico), lo que se traduce en un bajo aprovechamiento de la
energa neumtica en forma de presin de aire, y tambin podran haber problemas
de control debido a que se estara operando fuera de los rangos de operacin
normales. Los 2 nicos ensayos de resistencia que requieren cargas bajas y
aplicaciones de geometra similar son los ensayos SR4 y ER5 que son tambin
incluidos en la mquina 1.
2.- De acuerdo a la informacin entregada en las tablas 11 y 12 se puede determinar el
mximo requerimiento para cada uno de los cilindros neumticos, considerando el
sobredimensionamiento de 25 % recomendado por el proveedor, con lo cual se
podrn determinar los dimetros de los cilindros de doble efecto y los cilindros de
Ensayos pomo Ci lindros Ensayos sobreponer Ci lindros Ensayos embuti r Ci lindrosPF1 A SF1 D EF1 DPF2 A SF2 C EF2 C
PF5 D SF3 C, D EF3 CPF6 A, B SF4 A EF4 C, DSF5 C, D EF5 B, CSR4 C, D EF6 A
EF7 D, AER5 C, D
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eje rotatorio, y as poder seleccionarlos de los catlogos de los proveedores. A
continuacin se presenta una tabla resumen con los mximos requerimientos para
cada uno de los cilindros:
Tabla 13: Requerimientos de diseos para los rganos motrices de la mquina 1.
La seleccin de los cilindros de eje rotatorio se basa completamente en la
informacin entregada por el proveedor, la cual se resume en la siguiente tabla,donde segn el dimetro del cilindro se entrega el torque que puede entregar en
funcin de la presin de trabajo.
Tabla 14: Informacin cilindros eje rotatorio.
De acuerdo con la informacin anterior, para la seleccin del cilindro de eje rotativo
se selecciona un dimetro, y dada la constante torque/presin se puede determinar la
presin de trabajo necesaria para un torque dado.
Para la seleccin del cilindro A se han considerado razones geomtricas impuestas
por el ensayo a PF6, debido a que tienen que actuar simultneamente los cilindros A
y B, por lo que se opta por seleccionar el cilindro de eje rotativo de menor dimetro,el cual corresponde a 32 mm.
Dimetro mm 32 40 50 63 80 100Momento torsin Nm/bar 0.9 1.7 2.9 5.55 13.2 23.8Carga axial mx. kg. 8 10 10 12 18 22
ngulo de amortiguacin 60 60 50 50 40 40
rgano motriz Mx. req. [N] Mx. req. [Nm]Cilindro A 6.2Cilindro B 277.5Cilindro C 8Cilindro D 62.5
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Tabla 15: Seleccin cilindro A.
En la seleccin del cilindro de eje rotatorio se ha considerado un ngulo de rotacin
de 90, ya que el giro mximo de apertura para el picaporte de las cerraduras de
pomo, embutir y sobreponer es cercano a los 30, y ello considerado en ambos
sentidos de apertura da un total de 60, por lo que hay una holgura de 30 (90-30).
Tambin se han seleccionado cilindros en los cuales se puede regular el ngulo derotacin.
Para la seleccin del cilindro B, se utiliza la relacin (9) eliminando d debido a que
la carga es en compresin, con una presin de 6 [bar]. Los resultados se resumen en
la siguiente tabla:
Tabla 16: Seleccin cilindro B.
De acuerdo con la informacin anterior se selecciona un microcilindro de dimetro
25 mm, con una carrera de 75 mm. El largo de la carrera se normaliza en 75 para
todos los cilindros, debido a que la distancia que deben realizar trabajo los vstagos
es mnima.
Presiones de t rabajo c i l indro e je rotat ivoC i l indro ADimetro cilindro [mm] 32
T/P 0.9Torque necesario [Nm] 6.2Presin de trabajo [bar] 6.89Cdigo Pneumax 1333.32.90.01R
Clculo de dimetro cilindro doble efecto compresin[kp/cm^2] [bar] [Pa]
Presin trabajo 6.00 5.89 588600.00[N] [kp]
Fuerza requerida 277.50 28.29[m^2] [cm^2] [mm^2]
D^2 requerido mnimo 0.00 6.00 600.30[m] [cm] [mm]
Dimetro minimo 0.02 2.43 24.27
Cdigo Pneumax cilindro 1260.25.75
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El requerimiento mximo para el cilindro de eje rotatorio C es de 8 [Nm], y de
acuerdo a la informacin de la tabla 14 el cilindro adecuado es de 40 mm, para una
presin de trabajo menor a los 6 [bar]. Los resultados se resumen en la siguiente
tabla:
Tabla 17: Seleccin cilindro eje rotatorio C.
El requerimiento mximo para el cilindro D es de 62.5 [N], y utilizando la misma
metodologa utilizada en la seleccin del cilindro B, se obtienen los siguientes
resultados:
Tabla 18: Seleccin cilindro D.
De acuerdo a lo anterior el dimetro del cilindro seleccionado es de 12 mm y carrera
75mm. A continuacin se presentan fotos de los 2 tipos de componentes neumticos
ya seleccionados (microcilindros y cilindros de eje rotatorio):
Presiones de trabajo cil indro eje rotativoCilindro BDimetro cilindro [mm] 40T/P 1.7Torque necesario [Nm] 8Presin de trabajo [bar] 4.71
Cdigo Pneumax 1333.40.90.01R
Clculo de dimetro cilindro doble efecto compresin[kp/cm^2] [bar] [Pa]
Presin trabajo 6.00 5.89 588600.00[N] [kp]
Fuerza requerida 62.50 6.37[m^2] [cm^2] [mm^2]
D^2 requerido mnimo 0.00 1.35 135.20[m] [cm] [mm]
Dimetro minimo 0.01 1.15 11.52
Cdigo Pneumax cilindro 1260.12.75
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Figura 55: Microcilindro Pneumax serie 1200.
Figura 56: Cilindro eje rotativo Pneumax serie 1333.
3.- Para diseo del circuito neumtico se utiliz el software Fluidsim 3 Demo Version
distribuido por la empresa Festo Pneumatic. Utilizando el software antes
mencionado tambin se realiz una simulacin del funcionamiento del circuito a fin
de validar el diseo. El diseo debe permitir el libre movimiento en compresin y
traccin de cada cilindro de doble efecto, as como la libre rotacin de los cilindros
de eje rotatorio, considerando la posibilidad de ejecucin simultnea de 2 elementos
motrices. En la pgina siguiente se presenta el circuito de la mquina 1.
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Figura 57: Circuito neumtico mquina 1.
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A continuacin se presenta una tabla con los componentes utilizados en el diseo
del circuito neumtico, cuyo funcionamiento ser descrito ms adelante:
Tabla 19: Componentes neumticos mquina 1.
Los rganos motrices ya fueron descritos anteriormente, y en el diagrama se utiliz
la misma nomenclatura para su designacin. Las vlvulas E, F, G y H son las
Componentes neumticos mquina 1Designacin Descr ipcin componente
A Actuador semi-rotatorioB Cilindro doble efectoC Actuador semi-rotatorioD Cilindro doble efectoE Vvula control de flujo unidireccionalF Vvula control de flujo unidireccionalG Vvula control de flujo unidireccionalH Vvula control de flujo unidireccional
I Vlvula 5/3 pilotaje neumtico-neumticoJ Vlvula 5/3 pilotaje neumtico-neumticoK Vlvula 5/2 selectora con enclavamientoL Vlvula 3/2 botn-resorteM Regulador de presin con manmentroN Vlvula 3/2 botn-resorteO Vvula control de flujo unidireccionalP Vvula control de flujo unidireccionalQ Vvula control de flujo unidireccionalR Vvula control de flujo unidireccionalS Vlvula 5/3 pi lotaje neumtico-neumticoT Vlvula 5/3 pilotaje neumtico-neumtico
U Selector de circuitoV Selector de circuitoW Temporizador normal cerradoX Temporizador normal cerradoY Vlvula 5/2 selectora con enclavamientoZ Vlvula 3/2 pilotaje neumtico-neumtico
AA Regulador de presin con manmentroBB Vlvula 3/2 pi lotaje neumtico-neumticoCC Vlvula 3/2 botn-resorteDD Vlvula 3/2 botn-resorteEE Vlvula 3/2 botn-resorteFF Vlvula 3/2 botn-resorte
GG Lnea aire comprimidoHH Unidad fi ltro-regulador de presin-engrasadorII Vlvula 3/2 botn-enclavamiento
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encargadas de estrangular el flujo de aire en la salida para as disminuir y controlar
la velocidad de avance de los microcilindros B y D. Las vlvulas I y J son las
encargadas de direccionar el aire comprimido a los microcilindros neumticos y as
ejercer movimiento de compresin, traccin o nulo. La vlvula selectora K es de
accionamiento manual, y con ella se decide cual de los microcilindros realizar
trabajo alimentando de aire comprimido a la vlvula I J segn se desee. La vlvula
L corresponde a un botn con resorte, es decir, se mantendr accionada mientras
est presionado el botn. Si se presiona el botn L, el cilindro B D antes
seleccionado con K, se desplazar en compresin (el vstago especficamente) hasta
que se suelte. La vlvula N realiza igual funcin, pero el en movimiento de traccin.
El regulador de presin con manmetro M es el encargado de fijar la presin de
trabajo deseada para obtener la fuerza de los cilindros adecuada para la ejecucin delos diferentes ensayos. Su regulacin se realiza mediante una perilla localizada en su
parte superior.
Las vlvulas O, P, Q y R son las encargadas de estrangular el flujo de aire en la
salida para as disminuir y controlar la velocidad de avance de los cilindros de eje
rotatorio A y C. Las vlvulas S y T son las encargadas de direccionar el aire
comprimido a los cilindros de eje rotatorio y as ejercer movimiento de rotacin o
nulo. La vlvula selectora Y es de accionamiento manual, y con ella se decide cual
de los cilindros de eje rotatorio realizar trabajo alimentando de aire comprimido a
la vlvula S T segn se desee. Las vlvulas selectoras de circuitos U y V se
utilizan para obtener comando de las vlvulas distribuidoras S y T desde dos puntos
de accionamiento distintos (se puede obtener giro en sentido horario si se presiona
cualquiera de los botones CC DD, giro en sentido anti-horario si se presiona EE
FF). El ensayo PF1 especifica que se debe ejercer un torque durante 1 minuto, por lo
que en el circuito se pusieron dos temporizadores normal cerrado W y X, los cuales
son accionados por los botones CC y FF respectivamente. La vlvula DD es de
accionamiento manual mediante un botn, y se mantendr accionada mientras el
botn se mantenga presionado, provocando que el cilindro seleccionado con la
vlvula Y gire en sentido horario. La vlvula EE cumple la misma funcin que la
vlvula DD pero provoca un giro en sentido anti-horario. La vlvula CC es de
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accionamiento manual mediante un botn; si se presiona 1 vez accionar la vlvula
de accionamiento neumtico Z, provocando que el cilindro antes seleccionado
comience a girar, y en conjunto con iniciar tambin comienza a alimentar el
temporizador neumtico W, el cual pasado 1 minuto enva una seal de vuelta a la
vlvula Z dejndola en su posicin de reposo. Con lo anterior se obtiene el giro o
torque durante 1 minuto con slo presionar una vez el botn CC. El botn FF
cumple la misma funcin que la descrita para el botn CC, pero genera un giro
durante 1 minuto, pero en sentido anti-horario. La presin de operacin se regula y
controla mediante la vlvula reguladora de presin con manmetro AA.
El punto GG representa la conexin a la red de aire comprimido. La unidad de
mantenimiento HH est compuesta por el filtro, regulador de presin y engrasador
de aire. La vlvula de accionamiento manual con enclavamiento II es la encargadade alimentar el sistema (on/off), y tambin puede ser utilizada como paro de
emergencia, debido a cualquier componente deja de funcionar en caso de
desconexin. La lnea principal que sale de la vlvula II est conectada directamente
con un distribuidor, que alimenta las lneas secundarias.
Se han dispuesto reguladores de presin antes de cada elemento motriz debido a que
la presin requerida por el sistema difiere de la presin de trabajo de cada rgano.
Tambin hay casos en que la presin de trabajo es menor que la presin mnima de
pilotaje de las vlvulas de accionamiento neumtico, por lo que se necesitan
reguladores independientes.
La presin de alimentacin es de 7 [bar] regulados en la unida de mantenimiento, y
para cada ensayos se requieren regulaciones de presiones diferentes para obtener las
fuerzas y torques deseados. En la tabla 20 se presentan las presiones que deben ser
fijas en cada regulador de presin para cada ensayo, de acuerdo a la ecuacin 11 y la
tabla 14.
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Tabla 20: Presiones requeridas en los reguladores M y AA para la ejecucin de los
ensayos de funcionamiento en la mquina 1.
Para determinar las presiones se utiliz la ecuacin 11 para los microcilindros de
doble efecto, y para los cilindros de eje rotatorio se utiliz la informacin de la tabla
14. No se consideran prdidas de carga entre el regulador de presin y los