Proyecto Maquina Dobladora

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA “ALONSO GAMERO” PROGRAMA NACIONAL DE FORMACION EN PNF DE MECANICA UNIDAD CURRICULAR: PROYECTO IV

CONSTRUCCION DE UNA DOBLADORA SEMI-AUTOMATICA DE PERFILES TUBULARES PARA LA FABRICACIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS. Coro Estado Falcón.

Autores: TSU. Eduardo Hurtado C.I: 16.349.735 TSU. Zoilo Perozo C.I: 11.139.016 Prof. Guíaxxxxxxxxxxxx Tutor: Ing. Msc. Antonio Oropeza Sección: 01

Santa Ana de Coro, Febrero de 2012 INDICE

PRESENTACIÓN DEL PROYECTO…………………………………….. PARTE I…………………………………………………………………….. DESCRIPCIÓN DEL ESCENARIO……………………………………… Datos generales de la comunidad……………………………………….. Antecedentes (Historia de la comunidad)……………………….. Identidad organizacional………………………………………….. Aspecto socio productivo y económico…………………………. Aspecto demográfico……………………………………………… Marco legal………………………………………………………… Ubicación geográfica y política…………………………………… PARTE II…………………………………………………………………… CONTEXTO REAL DE LA SITUACIÓN PROBLEMÁTICA…………. Identificación de los principales problemas y necesidades………….. Jerarquizar y seleccionar el problema vinculado con el área de conocimiento.……………………………………………………………... Vinculación con el plan nacional de desarrollo 2007-2013…………. Vinculación del problema seleccionado con el área de conocimiento Objetivo General…………………………………………………………... Objetivos Específico………………………………………………………. Beneficio del proyecto………………………….…………………………. Beneficiarios directo e indirecto…………………………………………. Viabilidad del Proyecto (Dimensiones del Desarrollo Sustentable)… * Económico………………………….……………………………… * Técnica………………………….………………………………….. * Operacional………………………….…………………………….. * Ambiental……………………….………………………………….. * Social………………………….……………………………………. * Política……………………………………………………………… PARTE III………..………………………………………………………… ii

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SUSTENTOS EPISTEMOLÓGICOS Y MÉTODOLÓGICOS……….. Sustentaciones teóricas, tecnológicas…………………………………. Metodología aplicada………………………….…………………………. * Estrategias de acceso a la comunidad………………………… * Actividades de socialización……………………………………. * Revisión de documentos………………………………………... * Método aplicado para el diagnostico………………………….. * Técnicas e Instrumentos utilizados……………………………. Plan de Acción…………………………………………………………… Resultados esperados…………………………………………………... PARTE IV…………………………………………………………………. EJECUCIÓN DE LAS ACTIVIDADES…………………………………. REFLEXIONES E IMPLICACIONES…………………………………… REFERANCIAS CONSULTADAS……………………………………… ANEXOS…………………………………………………………………..

50 50 91

94 94 174 175

INDICE DE TABLAS N° 1

TABLA Relaciones de entrada y salida del taller de construcciones

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metálicas……………………………………………………………... Importancia relativa de problemáticas identificadas…………….. Deficiencias en el rubro auto-gestión……………........................

17 20 22

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Cuadro comparativo para la selección del sistema de

5 6 7 8 9 10

trasmisión de potencia más adecuado…………………………… Análisis comparativo de las opciones Robert Norton…………… Tabla resumen del cilindro hidráulico…………………………….. Tabla resumen de bomba hidráulica……………………………… Tabla resumen de manguera hidráulica………………………….. Tabla resumen de camisa para manguera hidráulica…………... Especificaciones de perfil IPN (HIERROBECO C.A)………..….

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ÍNDICE DE FIGURAS N° 1 2 3 4 5 6 7

FIGURA Mapa de procesos en la acción de gerencia del taller de construcciones metálicas………………………………………… Ubicación geográfica de la comunidad en estudio……………. Croquis General de la Sede Principal del IUTAG…………….. Croquis del taller de construcciones metálicas y el departamento de planificación…………………………………… Relaciones que Posee el taller de construcciones metálicas… Diagrama de pescado (Ishikawa)……………………………….. Priorización de sub-problemáticas……………………………….

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Árbol del Problema……………………………………………….. Árbol de Objetivos……………………………………………….... Mapa de procesos en la acción de gerencia de la organización en los insumos para la maquina dobladora de tubos…………… Diagrama para sistemas neumático e hidráulico………………… Distribución de fuerzas en las paredes de los recipientes…….. Distribución de presión en pistones………………………………. Distribución de fuerzas en las paredes del pistón………………. Representación de sistemas de transmisión de potencia en recipientes tipo cilindro embolo pistón…………………………… Representación de sistemas de transmisión de potencia en tuberías curvas para recipientes tipo cilindro embolo pistón….. Representación de las fuerzas aplicadas en la cara del embolo. Representación de sistemas con diferentes equipos para la aplicación de sistemas de potencia………………………………... Plataforma Metálica para el doblado de serpentines de cobre…. Sistema de transmisión de potencia por palanca para el doblado de tubos……………………………………………………. Representación de un sistema de palanca……………………….. Representación de las fuerzas actuantes en un sistema de palanca………………………………………………………………… Sistema de actuación hidráulica para el doblado de tubos…….. Sistema de actuación de aire comprimido para el doblado de tubos…………………………………………………………………… Representación grafica de una dobladora de tubos con mordaza giratoria como opción A. (Autodesk Inventor 2009). Representación grafica del las mordazas giratorias. (Autodesk Inventor 2009)………………………………………………………… Representación grafica del circuito hidráulico con accionamiento del vástago………………………………………….. Representación grafica del circuito hidráulico con retorno del vástago………………………………………………………………… Representación grafica de una dobladora de tubos con mordaza fija como opción B. (Autodesk Inventor 2009)……….. Diagrama de cuerpo libre para la representación de la fuerza hidráulica……………………………………………………………. v

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Análisis para el cálculo de la fuerza de roce………………….. Diagrama de cuerpo libre del conjunto metálico porta troquel. Descomposición de conjunto metálico porta troquel…………. Dimensionamiento de subconjunto superior metálico………… Dimensionamiento del subconjunto inferior porta troquel……… Cilindro hidráulico B1. 282 con amortiguación final opcional, con doble efecto…………………………………………………….. Bomba hidráulica Serie A código 060002……………………… Manguera hidráulica de alta presión……………………………… Factor de seguridad vs presión del sistema…………………….. Camisa para manguera hidráulica SAE 100 R2 AT……………. Transferencia de calor sobre las paredes del reservorio……….. Dimensiones del reservorio de aceite hidráulico………………… Laminas del reservorio de aceite hidráulico……………………… Representación grafica de la estructura metálica………………. Detalle del sistema de matrices tubulares……………………….. Diagrama de fuerza cortante momento flector de la viga superior……………………………………………………………… Representación grafica de la deflexión presente en la viga principal…………………………………………………………….. Proyección de cargas a los soportes de la estructura………… Análisis de pandeo en las columnas de la estructura metálica. Representación de pandeo en columna………………………… Representación de pandeo en la base de la estructura metálica…………………………………………………………….. Diagrama de fuerza cortante momento flector en la lamina de acero estructural en vista lateral………………………………….. Representación de fibra más alejada para análisis de esfuerzo. Vista en detalle del pasador de acero…………………………….. Análisis del pasador metálico sometido a fuerza cortante……… Representación de esfuerzos en la soldadura de los anclajes… Esquematización de soportes para anclaje del cilindro hidráulico…………………………………………………………….. Geometría del cordón de soldadura aplicado a los soportes de anclaje del cilindro hidráulico………………………………………. Análisis de esfuerzo en el punto que resiste mayor carga…….. Representación de cilindro hidráulico y troqueles……………… Forma de trabajo del sistema de troqueles…………………….. vi

107 107 108 108 109 112 115 116 117 118 123 125 127 129 129 130 132 133 135 136 137 138 139 141 142 144 144 145 147 149 150

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Diagrama unifilar …………………………………………………….. Diagrama de control con sensores de protección ……………… Circuito hidráulico de la maquina dobladora de tubos …………. Accionamiento del Circuito hidráulico …………………….………. Diagrama de control del circuito hidráulico de la maquina dobladora de tubos.………………………………………………… Diagrama unifilar……………………………………………………. Diagrama de control con sensores de protección…………….. Tacómetro………………………………………………………….. Manómetro…………………………………………………………. Sensor de presión…………………………………………………. Válvula de seguridad……………………………………………… Válvula direccional………………………………………………… Válvula anti retorno……………………………………………….. Cilindro de doble efecto…………………………………………... Conducto…………………………………………………………… Unión para la representación de juntas del sistema hidráulico

151 152 153 154 154 155 156 157 157 158 158 159 159 160 160 161

ÍNDICE DE ANEXOS

ANEXO Nº 1 Análisis de precio Unitario sin costos de mano de

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Obra………………………………………………………………………… ANEXO Nº 2. Cuadro de ponderación de variables para la selección

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de la opción de diseños más conveniente (Zoilo Perozo)......…….… ANEXO Nº 3. Cuadro de ponderación de variables para la selección de la opción de diseños más conveniente (Eduardo Hurtado)…….…

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177

PRESENTACIÓN DEL PROYECTO

A nivel industrial existen diversos procedimientos que se realizan considerando máquinas que sustituyen la mano del hombre por aplicaciones a gran escala, y cuyos niveles de producción están por encima de cualquier utilidad doméstica o organizacional; la razón principal reside en el hecho de que tales equipos se diseñan para cumplir tal tarea y su uso requiere de adiestramiento. (Romero G. 2002) En Instituciones de mediano tamaño, se realizan procedimientos tanto de fabricación como de reparación de equipos, aún más cuando el capital es público, tales como las instituciones educativos en las que el mantenimiento es costoso, y el deterioro de las instalaciones es continuo derivado de la atención que se le ofrece a la persona. En el Instituto Universitario de Tecnología “Alonso Gamero” se realizan programas de mantenimiento que en ocasiones implican la fabricación de formas curvas tales como la elaboración de estaciones de trabajo como mesas o pupitres, serpentines al área de refrigeración y reparación de tubos de escape al área de autobuses, los cuales se emplean para mantenimiento en general. Actualmente el Instituto Universitario de Tecnología “Alonso Gamero”, no cuenta con un mecanismo que le permita la elaboración de este tipo de dobles a cualquier ángulo, y considerando tal necesidad se realiza el presente estudio, el cual tiene como objetivo general construir una dobladora semiautomática de perfiles tubulares para la fabricación de estructuras metálicas en atención al Centro de Información y Documentación del Instituto

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Universitario de Tecnología “Alonso Gamero” (CIDIUTAG), Coro, estado Falcón. Además, hacemos referencia a la vinculación que tiene el proyecto de investigación con el Plan de Desarrollo de la Nación 2007-2013, el cual vislumbra siete directrices, de las cuales tres tienen que ver con nuestro proyecto, a continuación hacemos referencia de las mismas: “La Nueva Ética Socialista”, puesto que la investigación se desenvuelve en función de los programas Nacionales de Formación (PNF). En segunda instancia se tiene la directriz “Democracia Protagónica y Revolucionaria”, donde los estudiantes también juegan un papel importante tal cual lo establece el nuevo modelo de educación Universitaria. Y en último lugar, “El Modelo Productivo Socialista”, debido a que el proyecto de investigación posee pertinencia Social. Así mismo, dentro del plan se señalan objetivos que tiene que ver con el proyecto al establecer que lo que se busca es desarrollar la industria básica no energética, la manufactura y los servicios básicos, relacionándose con el Programa Nacional de Formación en Mecánica donde se estudia:  Promover el desarrollo tecnológico que disminuya la dependencia que actualmente afecta a la nación en la producción de bienes y servicios relacionados con el área de la mecánica para la satisfacción de las necesidades y expectativas del país.  Planificar el desarrollo tecnológico en el campo de la Mecánica pera la transformación

de

materias

primas,

aprovechando

nuestras

potencialidades hacia un mejoramiento continuo en la producción de bienes y prestación de servicios, preservando el ambiente para la satisfacción de nuestras necesidades y las de otras naciones.

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Como ya hemos señalado, el proyecto tiene como finalidad identificar y dar solución a una necesidad presente en el proceso de doblado de tubos con la que se realizan diferentes formas estructurales, y la cual se clasifica como un material resistente, en tal forma el proyecto de investigación, será estructurado en cuatro partes que van desde la descripción del escenario hasta la ejecución de actividades, las mismas estarán distribuidas de la siguiente manera:

PARTE I: Denominada DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO, es donde se detallan características y datos de la comunidad como antecedentes, origen, actividad comercial, marco legal, ubicación geográfica y política tomándose estos como los aspectos sobresalientes de la comunidad.

PARTE II: CONTEXTO REAL, donde se describe la situación objeto de estudio a explorar, aquí se explica el cómo fue abordada la comunidad para la jerarquización de problemas y el porqué se tomo la solución en ejecución, así como también se describe los objetivos, los beneficiarios entre otros puntos que deben formar parte de este tipo de investigaciones. PARTE III: SUSTENTOS EPISTEMIOLOGICOS Y METODOLOGICOS, aquí se describen los aspectos fundamentales con bases en las perspectivas teóricas, metodológicas y tecnológicas que sustentan el análisis. PARTE IV: EJECUCION DE ACTIVIDADES, en esta última etapa se describen todas las actividades realizadas para la ejecución del proyecto.

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4

I PARTE DESCRIPCION DEL ESCENARIO Datos generales de la comunidad Antecedentes. Origen y/o creación. El Taller de Construcciones Metálicas del Departamento Académico de Mecánica, es uno de los tantos talleres y laboratorios del Instituto Universitario de Tecnología Alonso Gamero, quien al igual que otras áreas inicia sus actividades académicas el 28 de abril de 1972, con un régimen semestral en la formación de Técnicos Superiores Universitarios; a partir de esta fecha el taller imparte conocimientos académicos que hasta la actualidad se han ido acompañando de tecnología un tanto obsoletas. Así pues, el taller de construcciones metálicas está dirigido por un coordinador quien es responsable de impulsar una misión y visión casada con la misión y la visión de la institución, y que hacen referencia a la formación de profesionales de altísima calidad en la realización de trabajos de soldadura y corte por llama oxiacetilénica. Debiendo resaltar, que dentro de las potencialidades con las que cuenta el taller antes mencionado, se indica la fabricación de estructuras metálicas, con la implementación de técnicas de conformado mecánico, entre las que destacan: corte, esmerilado, taladrado, atornillado y doblado de laminas. Dejando como debilidad el no poder doblar perfiles estructurales específicamente de forma cilíndrica por ser el más usado en la fabricación de mesones, mesa pupitre, sillas, etc. Dando como resultado un taller no acto para la realización de cualquier tipo

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de actividad, ya sea para realizar trabajos internos o externos de índole académica en el apoyo a trabajos de grado o en otras áreas. El proyecto contempla a la institución como la comunidad macro por poseer estructura organizacional y una forma jurídica definida, sin embargo, se aborda una problemática existente en el Departamento de Planificación en los proyectos internos que tienen que ver con la dotación de muebles y se utiliza al taller de construcciones metálicas como la parte técnica necesaria para denotar los aspectos competentes en el área de ingeniería que sustentan el proyecto, y haciendo un estudio a esta comunidad se establece que de acuerdo a su población se puede clasificar como una organización de gran tamaño, con un ámbito de actuación Nacional y Regional dedicada al sector terciario de acuerdo al tipo de actividad (comercio y servicio) sin fines de lucro, ya que está apunta a futuro en su forma jurídica como empresa de Producción Social, como lo establece la nueva Universidad Politécnica, donde el capital invertido es público por parte del gobierno central, y al denotar las metáforas de Morgan la organización se concibe como de Cultura, debido a que los trabajos de conformado mecánico son las actividades más importantes dentro del área intervenida, el cual es transmitido a cada estudiante por cada lapso académico. Identidad Organizacional. Misión Formar ciudadanos y ciudadanas integrales con principios y valores éticos, humanísticos, ecológicos y sensibilidad social, con dominio en lo científico y tecnológico para la coordinación, planeación, programación, ejecución, dirección, control y supervisión de los recursos humanos, 6

financieros y materiales durante la gestión profesional de los activos de los sistemas productivos, con eficiencia en beneficio de toda la sociedad y la recomposición de las fuerzas sociales, mejorando la calidad de vida de las comunidades, ajustándose a la transformación derivada de la innovación en el aprendizaje, en el marco del proyecto país contenido en el Plan de Desarrollo Económico y Social de la Nación 2007 – 2013. Visión Ser el programa de formación académica de referencia nacional e internacional, en el área Mecánica, que contribuya con el desarrollo endógeno

sustentable

del

país consolidando

los diversos

sectores

productivos y de servicios a través de la formación de seres humanos integrales, con valores y principios de la sociedad socialista del siglo XXI, ajustándose a la transformación derivada de la innovación en el aprendizaje, en el marco del proyecto país en procura de la suprema felicidad social. Perfil del Tsu en Mecánica Es un profesional con pertinencia social, consciente del colectivo, respetuoso y solidario, con actitud proactiva hacia el aprendizaje, el mejoramiento continuo y la innovación, comprometido con los planes de desarrollo económico y social de la nación, que conoce la disponibilidad de los recursos del país, con formación integral, socio- humanista, tecnológica y científica para identificar, abordar y resolver problemas relacionados con el análisis, diseño, construcción, montaje, puesta en marcha, operación y mantenimiento de la maquinaria productiva y de servicios, con el fin de satisfacer las necesidades y expectativas de la sociedad venezolana, Latinoamérica y el Caribe, preservando el ambiente y la salud del individuo. 7

Perfil del Ingeniero Mecánico El Ingeniero Mecánico es un profesional con pertinencia social, innovador, con actitud proactiva hacia el aprendizaje y el mejoramiento continuo, comprometido con los planes de desarrollo económico y social de la nación, así como su vinculación con Latinoamérica, el Caribe y el resto del mundo. Aprovecha racionalmente la disponibilidad de los recursos del país, con formación integral, socio-humanista, científica y tecnológica, la cual le permite emplear los principios de las ciencias para el manejo de proyectos en sus

fases

de

investigación,

desarrollo,

coordinación,

dirección

y

administración durante el análisis, diseño, construcción, montaje, puesta en marcha, operación, mantenimiento, desincorporación y desecho de equipos e instalaciones industriales; donde se utilicen maquinarias para convertir, transportar y utilizar energía, igualmente en la transformación de materias primas en productos manufacturados, asumiendo una actitud responsable, ética, honesta, sensibilizado a la conservación del ambiente, al uso eficiente del talento humano, de los recursos materiales, financieros y energéticos. Duración El plan de estudios para el TSU contempla la realización de un Trayecto Inicial con una duración de doce (12) semanas y dos (2) trayectos de 1 año cada uno, al cabo de los cuales el estudiante, una vez completadas y aprobadas todas las unidades curriculares, ejes y talleres previstos en el plan del trayecto I, optará por una certificación. Al culminar el trayecto II, optará al Título de Técnico Superior Universitario. A partir de este nivel, la formación del Ingeniero se realiza en dos (2) años. Una vez completada y aprobada la totalidad de las unidades de 8

formación Integral, ejes y talleres previstos en el plan de estudios del trayecto III se le otorga el certificado de Tecnólogo, al culminar el trayecto IV se le confiere el título de Ingeniero de acuerdo a la especialidad establecida. Una vez completada la formación como TSU o Ingeniero y habiendo cursado y aprobado las actividades académicas electivas previstas en el plan de estudios respectivo durante los estudios conducentes a uno de dichos títulos; el TSU o Ingeniero podrá optar al Título de Especialista en las diferentes áreas de aplicación, al cabo de un año de haber obtenido el título correspondiente Aspecto socio productivo y económico. El Instituto Universitario de Tecnología Alonso Gamero es una organización sin fines de lucro, queriendo decir que su producto es académico en la formación de los estudiantes que salen al campo de trabajo en sus diferentes especialidades, sin embargo sus fuentes de ingreso provienen del estado en los presupuestos anuales que le son asignados, tiene una superficie de 8.64 hectáreas que representa sólo el 0,012% de la superficie del Estado Falcón. Es conocida por la formación de seres humanos integrales, con grandes valores y principios, cuyo beneficiario es la nación en la aplicación de conocimiento técnico en el sector productivo. Ahora bien, en el área socio productiva la institución está llamada a desarrollar actividades generadoras de bienes y servicio útiles para nuestra comunidad, enmarcándose dentro del concepto de desarrollo endógeno, que busque generar redes productivas para la autogestión de la institución. Su carácter deberá ser socialista, es decir, la finalidad no es generar ganancias que enriquezcan a un individuo dentro de la organización, sino garantizar, la

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producción de bienes y servicios sin explotar a los involucrados en el proceso productivo que bien pueden ser los estudiantes en calidad de enseñanza aprendizaje o el personal adiestrado de la organización.

Sistema de Producción del doblado de tubos metálicos. Definida como un conjunto de actividades mediante las cuales uno o varios factores productivos se transforman en productos y que el proceso de producción está conformado por tareas, flujos y almacenamientos, el sistema de producción para el doblado de tubos metálicos, se puede clasificar como un proceso manual, mediante esfuerzo humano con la acción de un sistemas de palanca, sin intervención de máquinas de ningún tipo; a pesar de utilizar herramientas muy rudimentarias, según el flujo de materiales será de flujo en líneas debido a que las tareas productivas siguen una secuencia lineal y el doblado de tubos debe pasar por todas ellas. Mapa del Proceso del doblado de tubos Actualmente en el taller de construcciones metálicas no se cuenta con equipos destinados al doblado de perfiles tubulares, tal es el caso que la fabricación de una estructura metálica debe ser forjada con la aplicación de fuerza y en algunas veces se debe usar calor para lograr dar la forma deseada, el mapa de procesos que se muestra a continuación indica los pasos que se deben seguir desde el momento que se hace el requerimiento (cliente) hasta que se obtiene el producto. Es de hacer notar, que el proceso de doblado de tubos debe estar intrínseco en los procesos medulares del taller de construcciones metálicas, 10

y está relacionado con los factores internos y externos dentro de la institución, entre los actores externos destacan naturalmente los proveedores para la adquisición de la materia prima (tubo comercial); entre los actores internos destacan las operadores de los equipos en la aplicación de técnicas de conformado mecánico y la participación de los estudiantes con intereses académicos. No obstante, el proceso medular de la actualidad permite obtener el doblado de tubos de forma deficiente denotando total imprecisión en la forma final y el acabado del producto. Ver figura N°1.

Figura N°1. Mapa de procesos en la acción de gerencia del taller de construcciones metálicas. Fuente: Autores

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Aspecto demográfico El Instituto Universitario de Tecnología Alonso Gamero está ubicado en Santa Ana de Coro del Municipio Miranda Estado Falcón, Venezuela. Cuyo espacio geográfico ocupa una superficie de 12.102 hectáreas, con una población estudiantil y organizacional de 4300 personas aproximadamente. Su densidad poblacional esta subdividida en las diferentes especialidades que conforman la casa de estudio. Marco Legal. El PNF en Mecánica, responde al proceso de transformación que vive actualmente la sociedad venezolana, donde se debe aplicar tecnología mecánica en el mejoramiento de la calidad de vida de las comunidades del país, en cuanto a la generación de empleo, producción de bienes y servicios, respetando y garantizando la preservación de la salud del individuo y el ambiente para las futuras generaciones. Fomentando y fortaleciendo el modelo de producción socialista generador de bienes y servicios, vinculados con

la

tecnología

mecánica

de

acuerdo

con

las

necesidades

y

potencialidades de las comunidades, enmarcadas y articuladas con el plan de Desarrollo Económico y Social de la Nación 2007 – 2013. Así mismo, dentro de los compromisos consecuentes en el Instituto Universitario

de

Tecnología

Alonso

Gamero

atiende,

desataca

lo

correspondiente a la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela y sus leyes orgánicas y ordinarias en especial aquellas que regulan la actividad académica emanadas por el ministerio de educación superior.

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Ubicación Geográfica y Política El Instituto Universitario de Tecnología Alonso Gamero, se encuentra ubicado en la ciudad de Santa Ana de Coro del estado Falcón en la República

Bolivariana

de

Venezuela.

Presentando

las

siguientes

características:  Limites: Norte: Mar Caribe; Sur: Estados Lara Y Yaracuy; Este: Mar Caribe; Oeste: Estado Zulia y el golfo de Venezuela.  Localización Geográfica: 11º25’; 12º11’46’’ de latitud Norte. 69º39’; 71º21’ de longitud Oeste.  Superficie: 52233.04 m2.  Municipio: Miranda

Figura N° 2. Ubicación geográfica de la comunidad en estudio. Fuente: Software Google Earth 2009.

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Conformada su junta directiva por la comisión de transformación y modernización donde integran:  Director: Ing. Rafael Pineda.  Sub-director Académico: Dr. Pedro sierra Graterol  Sub-director Administrativo: Ing. Jorge Guanipa Datos de Espacio de la Comunidad En los siguientes croquis y mapas se presentan la distribución actual del IUTAG y el departamento de

planificación y el taller de construcciones

metálicas.

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Figura N° 3. Croquis General de la Sede Principal del IUTAG Fuente: Dpto. de Planificación, 2010

TALLER DE CONSTR UCCIONE S METÁLIC AS

DEPARTAMENTO DE PLANIFICACIÓN

Figura N° 4. Croquis del taller de construcciones metálicas y el departamento de planificación. Fuente: Dpto. de Planificación, 2010 El taller de construcciones metálicas representa el área académica para la ubicación del equipo doblador de tubos, mientras que el departamento planificación de la institución avala las necesidades presentes en la

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institución en cuanto a dotación de equipos, infraestructura, capacitación de docentes, etc.

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II PARTE. CONTEXTO REAL Identificación de los Principales Problemas y Necesidades del taller de Construcciones Metálicas como sector de la comunidad del IUTAG. La metodología utilizada es la de Milani, llevada a cabo bajo la modalidad del tipo investigación-acción, abarcando todos los contextos relacionados con la comunidad donde el investigador es un participante más en la resolución del problema. Teniendo como datos: a) Relaciones identificadas del taller de construcciones metálicas. b) Jerarquización y Selección del Problema y su vinculación con el área de conocimiento. Relaciones Identificadas del taller de construcciones metálicas. Con el fin de facilitar la presencia de agentes intra y extra-institucionales relacionadas con el área bajo estudio. La siguiente figura ilustra claramente las relaciones identificadas según las entrevistas y levantamiento de la información, donde cada una de las dependencias mantiene ligadura en la generación de un producto.

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Figura N° 5. Relaciones que Posee el taller de construcciones metálicas. Fuente: Autores En el siguiente paso,

los facilitadores del equipo de investigación

mediante la discusión participativa lograron definir los siguientes roles e importancia de cada actor identificado en dos grupos. Los de entrada que contempla aquellos que de alguna forma solicitan los servicios, uso de los recursos o asesoría y asistencia al taller de construcciones metálicas y también los de salida que corresponde al los diferentes productos llámese resultados o servicios prestados. Esto se logró mediante lluvia de ideas. Es importante destacar, que la cohesión del grupo fue la suficiente como para poder efectuar el siguiente paso. En la tabla siguiente se muestran para cada ítem el rol e importancia que tiene en las relaciones dadas en el diagrama del proceso de servicio del taller de construcciones metálicas.

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Tabla N° 1. Relaciones de Entrada y Salida del taller de Construcciones Metálicas. Grupo de Entrada

Rol e importancia

Instituciones externas, Estudiantes y profesores.

Solicitantes de servicios académicos y de investigación.

Departamento de mantenimiento

Encargados de velar por el buen estado de la planta física y de cada una de sus partes, sean estos las unidades de transporte, servicios sanitarios, eléctricos, etc.

Grupo de Salida

Rol e importancia

Actividades Académicas

Prácticas, talleres, cursos, demostraciones.

Fabricación de piezas

Técnicas de conformado mecánico sin arranque de viruta, soladura y doblado para mantenimiento en general.

Apoyo a terceros

Uso de las instalaciones por otras dependencias. (UNFM, UNEFA)

Trabajos de grado

Construcción de maquinas, prototipos, optimización, procesos de conformado.

Fuente: Autores.

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Jerarquización del Problema. En esta sección se jerarquiza el problema de acuerdo a método de marco lógico los detalles de dicha catalogación se describen a continuación detalladamente. Una vez ejecutadas las acciones de participación llevados a cabo por los mismos del grupo de trabajo en reuniones con todos los involucrados se procedió a identificar los diferentes problemas de la comunidad. Los resultados del trabajo fueron presentados, discutidos y analizados para que pudieran ser compartidos, validados y revisados por toda la comunidad del taller de construcciones metálicas, donde se utilizo un recurso humano conformado por:  Personal del Departamento de Planificación: 10 Personas.  Obreros del Taller de Construcciones Metálicas: 3 personas.  Docentes del taller de construcciones metálicas: 2 auxiliares docentes.  Estudiantes adscritos al departamento académico de mecánica: 20 personas. El problema se dividió de la siguiente forma de acuerdo a su opinión: 1. Capacitación docente:

se refiere al proceso de enseñanza

aprendizaje que debe ser implementado en el perfil profesional mediante la aplicación de cursos, talleres, charlas, foros, etc. 2. Auto-gestión:

relacionada

con

la

construcción

de

equipos,

maquinarias, inmuebles y piezas destinadas a satisfacer las necesidades de la institución. 3. Mantenimiento de planta física: basado en realizar trabajos de sustentación en áreas académicas tales como aulas, talleres, laboratorios, etc.

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4. Dotación: es aquella que tiene que ver con los proyectos realizados por la oficina de planificación, trabajos de extensión, convenios, etc. 5. Gerencia: se refiere a los trámites administrativos que deben ser implementados para el desarrollo de la institución y el buen funcionamiento de los servicios; sean académicos, estudiantiles, trámites de pago, etc.

Capacitación Docente

Auto Gestión

Ausencia de equipos

Equipos Obsoletos deteriorados

Falta de presupuesto

Tecnologías inaccesibles

Falta de pertenecía

Falta de control de recurso humano

Insuficiente s recursos institucional es No existe Ausencia de iniciativa bases legales

Construccion es incompletas Retardos administrativ os (OPSU)

Dotación

Gerencia Desconocimiento de la estructura y sus necesidades

Funciones desligadas Dependencia política

Falta de recursos Falta de gerencias departamental

Incumplimien to de funciones

Objetivos del IUTAG Problemática del IUTAG

Mantenimiento planta física

Figura N° 6. Diagrama de pescado (Ishikawa). Fuente: Autores. De todo esto se puede decir que el instituto universitario de tecnología Alonso Gamero vive una problemática interna que le impide operar en condiciones optimas, en tal sentido todos los ítems (problemas) fueron sometidos a votación con la intensión de que sea la comunidad quien establezca la opción de más relevancia o más importante dentro de la

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institución. Para ello se realizo un cuadro donde se muestran los resultados con una población de 43 personas. Tabla N° 2. Importancia Relativa de Problemáticas identificadas. PONDERACIÓN

PROBLEMÁTICA

TOTAL VOTOS

Auto-gestión

12

27.90

Capacitación docente

2

4.66

Gerencia

10

23.25

Dotación

10

23.25

Mantenimiento planta física

9

20.93

RELATIVA

Fuente: Autores. Analizando los datos y resultados de la tabla anterior puede observarse que la sub-problemática más importante a considerar es la correspondiente a Auto-gestión, seguido con igual ponderación de la gerencia y dotación, seguido de mantenimiento de planta física. No obstante los valores relativos no muestran diferencias significativas como para poder indicar problemáticas de baja severidad a excepción de la capacitación docente. Sin embargo la sub-problemáticas de autogestión se encuentra en un orden similar de necesidades de atención. La siguiente figura muestra las relaciones ya mencionadas.

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Figura N° 7. Priorización de sub-problemáticas. Fuente: Autores. Es entonces conveniente para efectos de la presente investigación trazar objetivos y metas sobre el ítem: Auto-gestión siendo este el que, a partir de los resultados obtenidos el rubro a someter como área a solventar sobre la problemática del IUTAG. En el rubro correspondiente a auto-gestión se aplicó el mismo método de la tormenta de ideas y su cuantificación por medio de valoraciones ponderativas aplicando las bases estadísticas inferenciales (Conway, 1990 y Miller, 2005). Los resultados obtenidos fueron los mostrados en la tabla siguiente.

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Tabla 3. Deficiencias en el rubro auto-gestión. Sub-problemática Ausencia de bases legales Falta de convenios con recurso humano Ausencia de equipos Equipos obsoletos deteriorados Fuente: Autores

Total

Ponderación

votos 15 12 8 8

Relativa 34.90 27.90 18.60 18.60

Es importante destacar que la obsolescencia es el rubro de mayor ponderación señalada por la comunidad, en referencia a la intensión de transformar al IUTAG en una empresa de producción social para la autogestión de sus necesidades, no obstante, considerando que la viabilidad y la factibilidad de la solución de esta problemática no está al alcance del grupo, se procedió a seleccionar el rubro siguiente en nivel de importancia: ausencia de equipos como la problemática más representativa siguiendo en el rango de importancia y expectativa (18.60%) sobre la cual si es viable intervenir con el fin de operar una solución, esto con la aprobación de la comunidad según evidencian los resultados de las encuestas aplicadas y fotografías registradas, existen dos niveles de problemáticas a saber: a) la adquisición de un equipo destinado a la construcción de partes normalmente compradas en proyectos de dotación y, b) la indisponibilidad de un plan de auto-gestión destinado a la fabricación de piezas en serie como formas de auto satisfacer necesidades internas. Como paso siguiente, es necesario entonces establecer mediante la aplicación de marco lógico la obtención del árbol del problema y de sus objetivos tal como se ilustra en la siguiente sección de este informe. Aplicación del Marco Lógico a la Problemática

24

Con el fin de aplicar el marco lógico a la problemática: Auto-gestión fue necesario iniciar con la discusión grupal respecto a la definición del árbol del problema y de objetivos, al efectuar esta discusión se obtuvo el siguiente árbol del problema.

No No se se apertura apertura carreras carreras

No No se se desarrollan desarrollan nuevos nuevos programas programas Poca Poca actualización actualización docente docente

Afectación Afectación aa la la academia academia

Pérdidas Pérdidas económicas económicas

Deserción Deserción estudiantil estudiantil

Injusticia Injusticia

Desmotivación Desmotivación Bajo Bajo desarrollo desarrollo en en áreas áreas estratégicas estratégicas

Corrupción Corrupción

Efecto

AUSENCIA AUSENCIA DE DE EQUIPOS EQUIPOS EFICIENTES EFICIENTES PARA PARA LA LA AUTOAUTOGESTIÓN GESTIÓN

Falta Falta de de mantenimiento mantenimiento aa los los equipos equipos Mala Mala gestión gestión de de recurso recurso humano humano Falta Falta de de supervisión supervisión Bajo Bajo sentido sentido de de pertenencia pertenencia

Causas

Falta Falta de de desarrollo desarrollo de de tecnologías tecnologías autoautosustentables sustentables

Ausencia Ausencia de de convenios convenios interinterinstitucionales institucionales

Desaparición Desaparición de de FUNDAIUTAG FUNDAIUTAG

Apatía Apatía institucional institucional

Carencia Carencia de de recurso recurso técnico técnico

Falta Falta de de extensión extensión universitaria universitaria

Fabricación Fabricación de de equipos equipos con con bajo bajo costo costo de de calidad calidad

Presupuesto Presupuesto insuficiente insuficiente Burocracia Burocracia Falta Falta de de planificación planificación

Alternativas de solución

Figura N° 8. Árbol del Problema. Fuente: Autores Como puede observarse, del problema señalado la causa: falta de desarrollo de tecnologías autosustentables es la opción que enmarca las 25

posibilidades de poderse actuar directamente y operar cambios significativos en la resolución de ausencia de equipos eficientes para la auto-gestión en vista de que se tienen las potencialidades para elaborar el proyecto, se estima que la inversión para aplicar la solución se encuentra en montos irracionales e inalcanzables en términos de costos y escala, sin embrago en términos de talento el equipo investigador está en la capacidad para el desarrollo del proyecto especifico. A continuación se presenta la derivación del árbol de objetivos a partir del árbol del problema anteriormente ilustrado Apertura Apertura de de carreras carreras Desarrollo Desarrollo de de nuevos nuevos programas programas

Ganancias Ganancias económicas económicas

Incremento Incremento de de matricula matricula estudiantil estudiantil Mejora Mejora en en la la actualización actualización docente docente

Moralidad Moralidad

Motivación Motivación Favorecimiento Favorecimiento aa la la academia academia

Alto Alto desarrollo desarrollo en en áreas áreas estratégicas estratégicas

Legalidad Legalidad Fines

PRESENCIA PRESENCIA DE DE EQUIPOS EQUIPOS EFICIENTES EFICIENTES PARA PARA LA LA AUTOAUTOGESTIÓN GESTIÓN

Mejora Mejora el el mantenimiento mantenimiento aa los los equipos equipos

Buena Buena gestión gestión de de recurso recurso humano humano Presencia Presencia de de supervisión supervisión Alto Alto sentido sentido de de pertenencia pertenencia

Establecimiento Establecimiento de de convenios convenios interinterinstitucionales institucionales

Medios

Desarrollo Desarrollo de de tecnologías tecnologías autoautosustentables sustentables

Creación Creación de de nuevas nuevas bases bases para para convenios convenios

Euforia Euforia institucional institucional

Abundancia Abundancia de de recurso recurso técnico técnico

Presencia Presencia de de extensión extensión universitaria universitaria

Presupuesto Presupuesto suficiente suficiente

Igualdad Igualdad de de partes partes Mejora Mejora en en la la planificación planificación

Fabricación Fabricación de de equipos equipos con con alto alto costo costo de de calidad calidad

Figura N° 9. Árbol de Objetivos. Fuente: Autores. Sobre la base del árbol de objetivos se plantean el primer borrador sobre la conceptualización del proyecto, su objetivo general y sus objetivos 26

específicos. El siguiente cuadro muestra la denominación del proyecto y los elementos mencionados. Es importante mencionar que la problemática referida a la Auto-gestión de la institución en el rubro: Desarrollo de tecnologías auto sustentable no solo tiene esta problemática a resolver sino otra serie de ítems que, para los propósitos de este proyecto no serán abordados y en referencia daremos solución utilizando una de las áreas del departamento académico de mecánica. Problema Comunitario. Como establece la metodología de la Investigación-Acción debe describirse la Situación real que produce insatisfacción en la comunidad y que es susceptible de ser mejorada o superada en este sentido, el instituto universitario de tecnología Alonso Gamero del estado falcón, ha brindado por más de 35 años egresados de diferentes carreras con gran potencial y conocimientos acordes a las exigencias empresariales, utilizando para ello un perfil curricular altamente calificado por el ministerio de educación superior. De tal modo los estudiantes pueden llevar a cabo sus estudios en diferentes horarios; sin embargo para que los estudiantes puedan llevar a cabo sus estudios, la institución debe brindar beneficios tales que los bachilleres puedan desenvolverse arduamente que van desde el transporte hasta el servicio de comedor. Así pues, la institución ha tenido algunos problemas económicos y administrativos para poder llevar servicios de primera a la población en general, ya que los Institutos Universitarios de Tecnología y los Colegios de educación superior tienen el reto actualmente de transformarse académica y administrativamente en Universidades Politécnicas, impulsadas por un modelo socialista pertinente a la Venezuela Bolivariana del siglo XXI. Es por 27

esto que dentro de su plan de modernización y aunado al incremento de matricula se contempla como aspecto principal garantizar la calidad educativa a través de una planta física adecuada en lo que a inmuebles se refiere. Así mismo, está obligado a formular la estrategia que conduzca a actividades de envergadura con la elaboración de proyectos. En el año 2003 presento un proyecto para la construcción del comedor universitario, el cual fue abalado por parte de la Oficina de Planificación de la casa de estudio, en el año 2005 por un monto de BsF. 1.492.186,95, donde mediante procesos de licitación realizado en el año 2008, fue seleccionada para comenzar los trabajos de construcción del Comedor Universitario de la Institución la empresa ARQUINPRO C.A. En los actuales momentos se encuentra paralizada con obras faltantes en proceso de gestión, con un alcance de obra de 38%, es importante señalar que el proyecto incluía la planta física y mobiliario correspondiente, que va desde la cocina hasta las mesas y sillas, información suministrada por planta física. Cabe destacar, que debido a la relevancia para la institución de contar con este espacio para prestar servicios en los programas alimenticios, la división de planificación de la misma, en el mes de octubre del año 2009 elaboró y presentó ante la OPSU otro proyecto “Dotación del Proyecto de Comedor Estudiantil del Instituto Universitario de Tecnología Alonso Gamero”, cuyo objetivo fundamental es dotar al Comedor Universitario de equipos para cocina y mobiliarios, fortaleciendo el programa de Alimentación del Departamento de Desarrollo y Bienestar Estudiantil del Instituto Universitario de Tecnología “Alonso Gamero”. El monto total del proyecto antes mencionado, alcanza un total en bolívares fuerte de novecientos quince mil cuatrocientos diecisiete con treinta 28

y nueve céntimos (BsF. 915.417.39). El cual contempla la adquisición de 75 mesas de cuatro puestos de 1,40 x 0,80 m. en hierro y fibra de vidrio con tubo de 2”, tipo pata de gallo con niveladores, por un monto en bolívares fuerte de ciento ochenta y nueve mil (Bs. F 189.000,00), lo cual representa el 20,7 % del total del proyecto.

A hora bien, la institución así haya presentado el proyecto para la dotación del comedor, no significa que su aprobación sea de forma inmediata. Además de que una vez lograda el visto bueno por parte de la Oficina de Planificación del Sector Universitario (OPSU) vendrían las fases de adjudicación de los recursos y de licitaciones, y hasta la fecha no hay respuesta por parte de ellos. Es importante resaltar que la OPSU presenta retardos vinculados en cuanto a trámites administrativos con las instituciones tal es el caso del Centro de Información y Documentación (CIDIIUTAG) donde anteriormente los recursos asignados no alcanzaron para la culminación de los mismos, debido a la diferencia en los costos, mano de obra e inflación. Es aquí donde la institución debe manejar otras alternativas que permitan alcanzar el objetivo propuesto en el proyecto de dotación para el comedor debido a la importancia que este reviste al beneficio de un gran número de estudiantes, que necesitan un área acorde con las normas sanitarias y con el confort que garanticen la alimentación adecuada. En atención a esta problemática, se propone la construcción de un sistema semiautomático de doblado de tubos que incluya diferentes diámetros, para fabricar las estructura metálica de las sillas y mesas para el

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comedor del IUTAG el cual será ubicado en el Taller de Construcciones Metálicas o en su defecto en el Taller de Herrería del Departamento de Mantenimiento; simultáneamente se da el caso que académicamente no se cuenta con un equipo para ser usado en prácticas académicas, generando que los futuros egresados no se capaciten en este tipo de proceso perdiendo competitividad en el campo laboral. Recursos Comunitarios. Dentro de los recursos comunitarios que se cuenta para lograr los objetivos planteados se encuentra el departamento de planificación como respaldo legal y el taller de construcciones metálicas como área para desarrollar el proyecto teniendo como fortalezas: a) el talento humano. Existe una población aproximada de 2 auxiliares docentes, 2 obreros, 120 estudiantes para un total de 124 personas aproximadamente. Los docentes son los que poseen la formación y conocimiento necesario para emprender las acciones correctivas que este proyecto pueda llevar a cabo, b) se cuenta también con equipos didácticos en las asignaturas que se dictan en dicho taller, así como también instalaciones perfectamente acondicionadas para las actividades practicas representando una parte importante en condiciones de servicio. Dentro de los elementos naturales y organización social existente se tiene el área verde que se ubica detrás del taller que se presta para un estudio de expansión futura de la infraestructura de forma muy modesta. Así como también la comunidad estudiantil y docente que hace vida académica y de investigación que para los efectos de este proyecto se consideran fortalezas también.

Desde

los

aspectos

geográficos

el

galpón

de

construcciones metálicas permite la facilidad de acceso desde las afueras en 30

la puerta principal de la institución como en la entrada posterior (oeste) de la misma facilitando el acceso de bienes y servicios en el caso de brindar apoyo comunitario a las comunidades circunvecinas conformadas por instituciones de nivel universitario UNEFM, UNEFA, e inclusive instituciones de nivel diversificado. Oportunidades Comunitarias Dentro de las oportunidades externas a la comunidad que pueden ser aprovechadas para generar algún tipo de bienestar futuro o beneficio para la comunidad, se encuentran la misión ALMA MATER así como también los programas que financian localmente proyectos comunitarios de índole científico-técnico

tales

como:

Concejo

Nacional

de

Investigaciones

Científicas y Tecnológicas (CONICIT) y Fundación para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología (FUNDACITE), el Ministerio del Poder Popular para la Ciencia y la Tecnología (MPPCYT) y El Fondo de Crédito Industrial (FONCREI) entre otros. Metodología Aplicada en la Realización del Diagnóstico Participativo Inicios y Contactos. Se contactó al Coordinador del taller de construcciones metálicas, a los auxiliares docentes

que laboran en el

área con previa participación al

personal. El equipo promotor se conforma entonces en: a) los integrantes del Proyecto, b) el Coordinador del taller de construcciones metálicas, y c) personal obrero, administrativos y estudiantes.

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Realización de Reuniones con la Comunidad del taller de construcciones metálicas del IUTAG  Se implemento el diagnostico participativo con la intensión de conocernos y al mismo tiempo ser elementos participativos, critico constructivo y protagónicos en las problemática presente.  Mediante discusiones llevadas a cabo en la reunión se evidencio las correlaciones y discrepancias entre los objetivos de la institución y los de la comunidad.  Evaluada el escenario por medio de la observación directa se logró verificar que la colectividad del taller de construcciones metálicas demandaban del diagnóstico participativo. Vinculación con el plan de desarrollo 2007-2013. Empecemos indicando que el presente proyecto posee pertinencia social y que a su vez está articulado con el plan estratégico económico de la nación, por cuanto los participantes del proyecto están compartiendo e intercambiando saberes que a su vez

generan nuevas tecnologías,

promoviendo e impulsando las políticas de gobierno en cuanto a los trabajos que se pueden desarrollar sobre las comunidades. Además, cada uno de los saberes que son incorporados al proyecto busca consolidar las etapas de la investigación, por medio de los 7 ejes o líneas estratégicas que sigue la institución a través de la investigación acción, donde nosotros como participantes participamos en la solución del problema.

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Por último, este proyecto busca crear conciencia y cultura dentro de la comunidad, región y el país, por cuanto llama a la reflexión y demuestra que si se puede consolidad y cumplir lo que contempla el Plan Estratégico de la Nación, a través del potencial humano que posee cada individuo venezolano. Partiendo de lo antes descrito, este proyecto también tiene gran impacto sobre las instituciones, ya que el hecho de solucionar un problema busca la inclusión de otros proyectos en el mismo eje, ya que pueden copiar y poner en práctica el modelo mecánico que da respuesta a la deficiencia presupuestaria en cuanto a inmuebles se refiere. Vinculación del problema seleccionado con el área del conocimiento. El presente proyecto se sustenta en las siguientes líneas estratégicas establecidas en el Plan de Desarrollo de la Nación: Simón Bolívar 20072013.  Plan de desarrollo 2007-2013: IV Modelo productivo socialista (desarrollo endógeno).  Área

de

conocimiento:

Diseño,

Materiales,

Mantenimiento

y

Fabricación.

Vinculados con el PNF en mecánica. Hacia un mejoramiento continuo en la producción de bienes y la prestación de servicios, del PNF en mecánica está en congruencia con los planteamientos sobre políticas generales de pregrado, postgrado e investigación de las universidades politécnicas en ciencia y tecnología establecidas en la misión alma mater, proponiéndose: 33

 usar las tecnologías mecánicas para el mejoramiento de la calidad de vida en las comunidades del país, en cuanto a la generación de empleo, producción de bienes y servicios, respetando y preservando la salud del individuo y el ambiente.  promover el desarrollo tecnológico que disminuya la dependencia que actualmente afecta a la nación en la producción de bienes y prestación de servicios relacionados con el área de la mecánica para la satisfacción de las necesidades y expectativas del país.  planificar el desarrollo tecnológico en el campo de la mecánica para la transformación

de

materias

primas,

aprovechando

nuestra

potencialidad reservando el ambiente para la satisfacción de nuestras necesidades y las de otras naciones. Áreas de interés del PNF en Mecánica:  articulación del programa de formación en mecánica con el sector productivo del país.  formación de emprendedores  investigación y desarrollo del diseño, manufactura y mantenimiento en las áreas de: biomecánica, meca trónica, energética, materiales, energías renovables, transporte, termo fluidos y la tecnología agropecuaria. Sobre lo anteriormente expuesto, a partir de la construcción de una estructura social incluyente, de

un nuevo modelo social, productivo,

humanista y endógeno, persigue que vivamos en similares condiciones, rumbo a lo que decía el Libertador: " La Suprema Felicidad Social". La satisfacción de las necesidades sociales está vinculada con el sistema de producción- distribución de bienes y servicios, porque solo en la medida en

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que los trabajadores en Venezuela contribuyan con la producción de la riqueza social, según sus capacidades, junto con el desarrollo de sus potencialidades creadoras, aumentan las probabilidades de satisfacer las necesidades sociales. Objetivo general y objetivos específicos. Objetivo General Construir una dobladora de perfiles tubulares semiautomática para la fabricación de estructuras metálicas. Objetivos Específicos Analizar la información técnica existente para el proceso de doblado de tubos que tienen que ver con la construcción de estructuras metálicas. Determinar el medio de transmisión de potencia más eficiente para el proceso de doblado de tubos. Presentar opciones para el sistema de doblado de tubos, partiendo de los fundamentos teóricos relacionados con el sistema de transmisión de potencia seleccionado. Seleccionar el mecanismo de doblado más adecuado por medio de un estudio previo de manera descriptiva, que permita el correcto funcionamiento del equipo.

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Determinar las magnitudes y el dimensionamiento de las piezas mecánicas, así como los materiales utilizados a través de los cálculos de diseño. Elaborar los planos (Despiece y Ensamblaje), en el cual se ilustrara el diseño del mecanismo doblador de tubos. Realizar las especificaciones técnicas de cada uno de los componentes del equipo. Aplicar el proceso constructivo adecuado para la fabricación de la dobladora de tubos. Realizar las pruebas de funcionamiento de la dobladora de tubos partiendo de su puesta en operación. Realizar el manual de operación y mantenimiento del equipo de modo que se detalle su funcionamiento. Beneficios directos e indirectos, ámbito de afectación. Los programas de alimentación y bienestar estudiantil están basados en la realidad socio-económica del entorno, ubicados en un programa alimentario que ha desarrollado la institución desde hace ya varios años, y está definido como: Programa de Atención Nutricional y Alimentaria (PANA); el cual busca garantizar una correcta atención de sus beneficiarios directos.

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Así mismo, La construcción del equipo doblador de tubos para la elaboración de mesones o mesas de comer estará dirigida a dar beneficios a una población conformada por 10.500 Estudiantes, 369 Docentes, 304 Administrativos y 278 Obreros del IUTAG. Es importante señalar que el mecanismo doblador de tubos estaría contribuyendo con la implantación y puesta en marcha de este proyecto, reflejando calidad y excelencia para el beneficio de toda la comunidad IUTAGISTA. Es importante destacar, que esta dobladora podrá ser utilizada en la fabricación de gran parte de los inmuebles para la puesta en funcionamiento de CIDIUTAG. Y otras dependencias que requieran de este tipo de inmueble tales como, talleres, laboratorios, aulas y oficinas. Por otra parte podría brindarse apoyo a otras instituciones educativas o en su defecto instituciones de educación básica en la dotación de mesas para sus actividades internas, haciéndose esto posible por la versatilidad de la dobladora, ya que, contara con troqueles que permitirán construcciones en diferentes dimensiones. Los recursos financieros con los que esta dobladora se fabricara serán de la

institución entre ellos, mano de obra, talleres

y materia prima

existentes en el instituto. También es conveniente, destacar que una de las utilidades a resaltar de esta dobladora es que viene a reforzar el taller de Construcciones Metálicas fortaleciendo académicamente al PNF. Por último, con el desarrollo de este estudio, se pretende dejar abierta la posibilidad para que se realicen mejoras a este equipo, en función de ampliar las habilidades prácticas de los estudiantes de mecánica del Instituto Universitario de Tecnología “Alonso Gamero”. 37

Viabilidad del proyecto (Dimensiones del desarrollo sustentable) Se conoce como análisis de viabilidad al estudio que intenta predecir el eventual éxito o fracaso de un proyecto. Para lograr esto parte de datos empíricos (que pueden ser contrastados) a los que accede a través de diversos tipos de investigaciones (encuestas, estadísticas, etc.); sin embargo desde el punto de vista social los análisis de viabilidad se desarrollan en el ámbito gubernamental o corporativo. Tratándose de un recurso útil antes de la iniciación de una obra o del lanzamiento de un nuevo producto. De este modo, se minimiza el margen de error ya que todas las circunstancias vinculadas a los proyectos son estudiadas. En este documento se habla de la viabilidad técnica para hacer referencia a aquello que atiende a las características tecnológicas y naturales involucradas en un proyecto. El estudio de la viabilidad técnica suele estar vinculado a la seguridad y al control (por ejemplo, si la idea es construir un Edificio, la viabilidad técnica estará referida al estudio del terreno en cuestión y a las condiciones ambientales para evitar que se caiga). La viabilidad económica, en cambio, se relaciona con los recursos financieros existentes para poner en marcha un proyecto y con las ganancias que, eventualmente, se esperan obtener. Aunque para esta organización su finalidad no sea lucrase. Así mismo, para recomendar la aprobación de un proyecto de inversión, el evaluador se enfrenta con tres viabilidades principales que investigar, entendiendo por viabilidad la «posibilidad de» o la «conveniencia de» realizar un proyecto: la viabilidad técnica, la viabilidad legal y la viabilidad económica. 38

Hay una cuarta viabilidad que es determinante en la realización de un proyecto, como lo es la viabilidad política, que corresponde a la intencionalidad, de quien debe decidir, de querer o no implementar un proyecto independientemente de su rentabilidad. Por ejemplo, por razones estratégicas o humanitarias, o simplemente por convenir a determinados intereses que pudieran estar en juego, podrá aceptarse un proyecto que muestre una rentabilidad negativa o rechazarse otro que tenga una rentabilidad positiva. Sin embargo, el resultado de varios estudios realizados a causa del hecho de que muchos proyectos que al ser evaluados mostraron una rentabilidad positiva y que una vez implementados terminaron en un fracaso, queriendo decir como valor agregado que en el estudio se debe incorporar una nueva viabilidad: la gerencial. La falta de capacidad de gestión implica, lamentablemente, el fracaso de muchas iniciativas de inversión que, en otras circunstancias, pudieron haber proporcionado importantes ganancias a los inversionistas que las llevaron a cabo. Una de las pocas formas de que se dispone para estudiar la viabilidad gerencial es la calidad de proyecto que se elabora. Si en esta etapa tan relevante el inversionista demuestra incapacidad para hacer un buen estudio o para hacerse asesorar por un adecuado equipo de evaluadores, podría fácilmente presumirse que, una vez implementado su proyecto, mantendrá esta incapacidad.

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Viabilidad económica La maquina dobladora de tubos tiene un precio en el mercado de alrededor de 180.000BsF bajo la marca registrada de Ben Pearson C.A de fabricación extrajera Estados Unidos, ahora bien de acuerdo al análisis de costos unitarios el precio de la maquina es de 99.920BsF la cual, incluye materiales, alquiler de equipos, pagos al personal con impuesto de ley y algunas consideraciones económicas. Con la finalidad de presentarlo ante los entes de financiamiento BANDES. Sin embargo, como el proyecto se ejecuta en la institución el costo de la máquina es bajo, pudiendo despreciar del precio real los aportes materiales, monetarios y mano de obra hechos por la casa de estudio resultando rentable en todos sus aspectos en un monto de 31.071BsF. El proyecto está sujeto de acuerdo al tipo de actividad al sector terciario (Comercio y servicio) ya que el Politécnico Territorial Alonso Gamero, apunta a realizar labores en modo de Empresa de Producción Social sin fines lucrativos, haciendo ver que se pueden llevar a cabo actividades en el bien de un colectivo en común. Por otro lado el proyecto apunta a satisfacer a sectores locales y a personajes propios de la institución en referencia a trabajos de fabricación y mantenimiento, viéndose dispuesto en un ámbito de actuación nacional y regional con origen de capital público. Debiendo resaltar que las principales fuentes de financiamiento son:  Universidad Politécnica Territorial Alonso Gamero.  Concejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (CONICIT)

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 Fundación para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología (FUNDACITE).  BANDES.  Ministerio del Poder Popular para la Ciencia y la Tecnología (MPPCYT)  Fondo de Crédito Industrial (FONCREI)  Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria.  Misión Alma Mater.  Consejos comunales.  Oficina de planificación del sector universitario (OPSU).  Alcaldías municipales.  Gobernación regional. Por otra parte no significa que las entidades privadas no puedan establecer vínculos de financiamiento con el proyecto. Simplemente se considera su difícil acceso a causa de trámites administrativos. A continuación se presenta una tabla donde se muestra los montos requeridos por el análisis de costo y el precio real de mercado: Tabla N° 4. Comparación de costo unitario de la maquina dobladora de tubos. CARACTERISTICA

MERCADO

REAL

DESPRECIADO

PRECIO

(180000)BsF

99.920BsF

31.071BsF

Original

Válvula direccional, cilindro hidráulico, vigas estructurales, motor eléctrico, bomba hidráulica, mano de obra y pagos de impuestos por ley.

ELEMENTOS

Original

41

Fuente: Autores. En conclusión el análisis financiero llevado a cabo establece que aun asi despreciando los costos que se dan dentro de la institución el proyecto sigue siendo viable económicamente puesto que su costo de fabricación esta por debajo del precio de mercado. Ver anexo N°1. Análisis de viabilidad técnica La viabilidad técnica del proyecto, busca determinar si es posible física o materialmente su realización.

Tal tarea no puede ser asumida con

responsabilidad por la evaluación económica del proyecto.

Es decir, se

puede determinar si materialmente es posible su construcción y aun así puede serlo pero no económicamente en muchos casos. Además se evalúa ante un determinado requerimiento en condiciones de seguridad con la tecnología disponible,

verificando

factores

diversos

como

resistencia

estructural, durabilidad, operatividad, implicaciones energéticas, mecanismos de control para su automatización. Recurso técnico. Dentro de los recursos institucionales con los que se cuenta para lograr los objetivos

planteados esta el departamento de planificación como

respaldo legal y el taller de construcciones metálicas como área para desarrollar el proyecto teniendo como fortalezas: a) el talento humano. Existe una población aproximada de 2 auxiliares docentes, 2 obreros, 120 estudiantes para un total de 124 personas aproximadamente. Los docentes son los que poseen la formación y conocimiento necesario para emprender las acciones correctivas que este proyecto pueda llevar a cabo, b) se cuenta también con equipos didácticos en las asignaturas que se dictan en dicho 42

taller, así como también instalaciones perfectamente acondicionadas para las actividades practicas representando una parte importante en condiciones de servicio. . Así mismo, existen otros talleres en el departamento académico de mecánica como Maquinas y Herramientas quien juega un papel importante en los procesos de conformado mecánico de las partes metálicas del equipo; asiendo ver de igual forma el excelente manejo de los operadores de dicho galpón (obreros) en la manipulación de las maquinas, quienes brindan un gran apoyo para la realización del proyecto. Por otra parte, se tiene la total disponibilidad a los materiales consumibles necesarios para la adecuación de las partes tangibles del proyecto, teniendo presente que tales recursos muchas veces necesitan ser renovados para la continuidad de las clases académicas como parte de la formación diaria de los estudiantes en otros niveles. Análogo a esto, la información técnica requerida para la ejecución del proyecto en la base del documento escrito, se encuentra abordada de forma concreta en los siguientes aspectos:  Metodología de diseño.  Cálculos de diseño.  Modelos matemáticos.  Componentes teóricos.  Elementos de orden normativo.  Procedimientos.  Análisis de CAD (Diseño Asistido por Computadora).

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Cada uno de estos ítems fortalece de una forma exclusiva en diferentes escenarios al proyecto, haciendo posible técnicamente su elaboración. Análisis de viabilidad operacional. La maquina dobladora de tubos para la fabricación de estructuras metálicas podrá ser analizada operacionalmente si es utilizada efectivamente después de su desarrollo. Teniendo como visión futura el uso total en cada una de las asignaciones que radican el problema de no contar con ella, así mismo, si los usuarios tienen dificultad con el nuevo sistema, éste no producirá los beneficios esperados. Y para eso se trabajo sobre las siguientes preguntas:  ¿La organización y los usuarios apoyan el proyecto?  ¿El nuevo sistema requiere adiestramiento para los usuarios?  ¿El nuevo sistema traerá como consecuencia su incorporación a las unidades de formación práctica?  ¿Los usuarios estarán involucrados en planificar el nuevo sistema desde sus comienzos?  ¿El nuevo sistema requiere algún cambio en la manera en que se realizan las tareas? Lo que quiere decir que es aquí donde se examina la concordancia entre los resultados del proyecto y los objetivos marcados. Dando como respuesta si las necesidades finales de los usuarios que fueron extraídas del diagnostico participativo son satisfechas con el nuevo sistema de información.

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Ahora bien, de acuerdo a la opinión de autores relacionados con el estudio de la viabilidad operacional, se pudiera poner en riesgo la posibilidad de llevar a cabo el proyecto haciéndose una pregunta en particular:  (Según George et al. 2004). ¿Existe apoyo suficiente para el proyecto por parte de la organización en cuanto a propietarios como usuarios? Marcando así una distinción entre el ámbito de actuación de los autores en cuanto a la eficiencia con la que se desarrollan los procesos dentro de la planificación. Por lo que respecta a la tradición cultural que caracteriza al medio, el proyecto enmarca una total aceptación por el tipo de trabajo al que se destina su uso, ya que se encuentra inmerso en la obtención de un servicio y en el bien de un producto en particular, haciendo hincapié ante tal recurso que puede ser administrado en la formación académica de los planes de formación en mecánica, y denotando que el producto se integra eficientemente con otros que operan dentro del espacio intervenido (doblado de laminas, corte, otros.) Por lo que respecta al medio (taller de construcciones metálicas) el espacio físico con el que cuenta pone en duda la ubicación de la maquina dobladora de tubos en conformidad con las especificaciones técnicas, ya que su manipulación implica la utilización de tubos comerciales de gran longitud (6m) que una vez deformados por la curvatura que aplique el equipo, requiere de espacio optimo para no entorpecer otras funciones que se lleven a cabo dentro del taller. Haciendo ver que tal ubicación disponga del uso de fluido eléctrico (corriente trifásica) para su conexión en algún lugar en

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especifico, denotando que tales instalaciones cuentan con todos los servicios así como el resguardo de la maquina dobladora de tubos.

Análisis de viabilidad ambiental Aquí se elaboran Evaluaciones Ambientales que permiten identificar impactos potenciales en el proyecto, y de igual manera los impactos del medio sobre el proyecto buscando identificar y preverlos en el tiempo. Este análisis permite identificar medidas de control para eliminar, mitigar o compensar los impactos negativos del proyecto. Estos estudios buscan una armonía o equilibrio aceptable desde el punto de vista de carga ambiental, entre el desarrollo y ejecución de una actividad y sus impactos ambientales potenciales, y de igual forma garantizar el ambiente y sus usuarios en el espacio geográfico donde se desea implementar. El desarrollar el proyecto con las especificaciones de ambiente indicadas permite la aceptación del proyecto; y desde el punto de vista administrativo y jurídico la viabilidad ambiental corresponde al acto en que se aprueba el proceso de Evaluación de Impacto Ambiental, ya sea en su fase de Evaluación inicial, o de estudio de Impacto Ambiental de otro documento de evaluación en los decretos presidenciales. A continuación se muestran aspectos relacionados con la ejecución del proyecto donde únicamente en su fase de construcción, da la aparición de ligeras tensiones sobre el medio ambiente que tienen que ver con

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perturbaciones sonoras y procesos de fabricación que producen daños leves pero controlados. Consideraciones respecto a la viabilidad ambiental del proyecto:  El primer factor que afecta negativamente es la denominada emisión de ruidos y confort sonoro, debido a la contaminación acústica provocada por los procesos de arranque de viruta en las maquinas y Herramientas, así como los trabajos de ensamble por medio de arco eléctrico donde se golpean las piezas para liberar impurezas (escoria), y que contamina la atmosfera con la emisión de los gases que se producen al momento de quemar los electrodos.  Respecto al consumo energético, cabe destacar que la maquina dobladora de tubos consume menos que cualquier otro equipo del taller de construcciones metálicas donde la mayoría de los equipos tiene un alto consumo energético producto de los trabajos de soldadura por arco eléctrico, por lo que en relación a su baja capacidad de trabajo eléctrico se puede afirmar que el equipo es el que menos energía consume. Como conclusión final, es necesario resaltar que de forma global, el proyecto analizado resulta claramente POSITIVO y su afección sobre el medio ambiente es favorable debido a las múltiples razones explicadas a lo largo de este y resumidas en los puntos anteriores. Por lo que no se ha hallado la presencia de factores ambientales frágiles y de difícil integración en el proyecto que obliguen a establecer medidas correctoras y compensatorias complejas y costosas, ya que se trata de una actuación donde, en la fase de diseño, ya se han tenido en cuenta diversas medidas ambientales como la integración de sistemas hidráulicos que resultan de

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gran eficiencia en la obtención de fuerzas y caracterizados por no producir perturbaciones sonoras en la contaminación acústica. Cabe destacar, además, que el proyecto se desarrolla por completo en zonas clasificadas alejado de zonas urbanas o urbanizables.

Análisis de viabilidad social En el proyecto se elaboro un diagnóstico social donde arrojo resultados en las actividades de priorización que tienen que ver con los problemas y sub-problemas comunitarios, donde permitió la caracterización detallada de las fallas presentes en términos de organización social, arrojando ausencia de equipos en el ámbito de fabricación, y manifestándose en los proyectos de dotación para edificaciones parcialmente construidas (CIDIIUTAG), así mismo, se fija ante la comunidad la intención de construir un equipo destinada a la fabricación de estructuras metálicas en el doblado de tubos (inmuebles), quedando asentado que se dispone para trabajos de cualquier índole

externa,

una

organización

formalizada y reconocida

por la

correspondiente municipalidad en para funciones de empresa en producción social (Universidad Politécnica Territorial Alonso Gamero), por lo cual constituye un interlocutor válido de la comunidad seleccionada (Taller de Construcciones Metálicas). Esta condición es un requisito para la inclusión de los demás asentamientos en el proyecto, Y como ya se dijo la experiencia de trabajo con la comunidad permitió identificar los problemas prioritarios y alternativas de solución, así como verificar el interés y compromiso de esta comunidad al involucrarse en todo el proceso en conjunto con los autores.

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Así mismo, Nuestra confianza en la viabilidad social está basada en que los objetivos fijados en el proyecto son ampliamente compartidos por la comunidad y no es previsible que haya rechazo u oposición a estas actividades, donde lo que se busca es obtener un producto que atienda a sus formas de trabajo, generando un cambio de paradigma cultural que busque generar insumos propios en el área de fabricación.

Análisis de viabilidad política Actualmente, el Gobierno Bolivariano de Venezuela está trabajando con los consejos comunales quienes son los llamados a detectar los problemas locales del pueblo y a promover proyectos en beneficio mutuo de ellos. Dichos proyectos pudieran estar casados con la maquina dobladora de tubos al prestar un servicio en la dotación de muebles para escuelas, viviendas, etc. Sin embargo, otra forma de abordar la viabilidad política se basa en el suministro de información que evalúa la estructura social y política de la organización (Taller de Construcciones metálicas). Donde tales sistemas de información pueden afectar a la distribución de la información dentro de la organización a nivel de mapas de procesos A continuación se presenta el mapa de procesos que conceptualiza la el área de trabajo del taller de construcciones metálicas.

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Figura N° 11. Mapa de procesos en la acción de gerencia interna de la comunidad (taller de construcciones metálicas) en la realización de un producto, bien o servicio. Fuente: Autores. El carácter de formalidad de la institución o de la organización enmarca posturas que deben satisfacer a los usuarios, en este caso personal obrero, administrativo, docente y estudiantes. Siguiendo con los lineamentos del 50

estado, donde se promueva la sinergia interinstitucional como parte del reconocimiento de trabajo en equipo. Por

otra parte, el objetivo general del proyecto repercute de manera

importante en la calidad de vida de la comunidad abordada, puesto que la cultura de la empresa es de carácter educativo y relacionada al departamento académico de mecánica, quien busca formar estudiantes de excelencia conforme a las nuevas exigencias de la sociedad productiva local, regional, nacional e internacional, en sintonía con los avances de la Ciencia y la Tecnología, como forma de aprendizaje y en consecuencia satisface el fin para el cual fue concebido el proyecto, que tiene que ver con los procesos de auto gestión para la fabricación de inmuebles o trabajos afines. En conclusión, la viabilidad política no refiere solo a la voluntad del decisor respecto de la iniciativa propuesta. En rigor, la construcción de una decisión de intervención atraviesa siempre los espacios político institucional y técnico, no existe una decisión absolutamente independizada de uno u otro componente. Si, en cambio, existe una gran diversidad de situaciones de relación técnica, derivadas del modo en que se selecciona una intervención o de los criterios de priorización de una situación (proyecto). Además, la viabilidad desde el punto de vista político-institucional alude en cambio a los impactos esperados, analizados desde la estrategia del responsable (político) del área en cuestión, del programa, o de la política pública en que la misma se inserta. En este caso debe considerarse que las características de la intervención propuesta generan impactos de diversa naturaleza y son fuente de beneficios y Costos.

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PARTE III SUSTENTOS EPISTEMOLOGICOS Y METODOLOGICOS Perspectiva teórica A continuación se presenta una revisión de los antecedentes relacionados con el proyecto, así como las bases teóricas que fundamentan la investigación necesaria para el diseño del sistema semiautomático de doblado de estructuras, así como las variables que intervienen en el proceso. Antecedentes de la Investigación Giménez E y M Quintero (2005). Realizaron una investigación titulada “Construcción de una maquina semiautomática para el doblado de laminas”. Dicho proyecto estuvo sujeto a las normas de diseño en ingeniería mecánica para poder crear una dobladora de laminas funcional y eficiente, tomando en cuenta para ellos aspectos como operatividad, espacio disponible y rendimiento, así como también que sea accesibles a su posterior construcción. La similitud de este diseño con la maquina dobladora de tubos, es que en ambos casos el material base a doblar es metal, donde se calcula la fuerza de accionamiento del mecanismo. Estos aspectos son de vital importancia para el proyecto por la selección de elementos hidráulicos para reproducción de fuerza en los materiales tubulares.

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Sangronas Hóyame (2006). Realizaron una investigación titulada “Diseño de un sistema hidroneumático para la planta de potabilización Luis Martínez”. Su objetivo es determinar un sistema hidroneumático básico para la empresa HIDROFALCON, donde el proyecto estuvo destinado a la potabilización, cloración, dosificación y lavado de los filtros en el cumplimiento de las presiones que la planta amerita para su óptimo funcionamiento. importancia

Donde

para

el

el

diseño

desarrollo

de

proporciona la

información

investigación

así

de como

gran las

especificaciones técnicas en cuanto a las conexiones del sistema. Este proyecto aporta información sobre las conexiones que deben ser utilizados en aplicaciones donde se requiere un fluido para accionar una maquina, la cual, para este caso es aceite, manteniendo en misma proporción las actividades de mantenimiento e instalación de estas conexione; esta aplicación además sirve para analizar las diferentes opciones de diseño en función de obtener la dobladora más idónea para el desarrollo de la actividad de doblado de tubos. Lugo C. Armando J. (2006) “Construcción de una grúa hidráulica móvil para la escuela técnica industrial Astillero Carirubana”. El objetivo es solventar la problemática referente a la carencia de medios confiables para el izamiento de cargas móviles, contribuyendo de alguna manera con la mala calidad de las actividades en la empresa. En tal sentido uno de los objetivo de este antecedente es evitar que los trabajadores requieran de algún esfuerzo físico en el momento de mover algún equipo y (o) objeto pesado, o en su defecto dañar los equipos al dejarlos caer. El aporte de los autores mencionados respecto al presente estudio, es que dicha investigación establece similitudes en cuanto a los medios de funcionamiento, además que realiza un aporte sistemático al proceso 54

constructivo, manteniendo una vinculación directa con los mecanismos hidráulicos, en el izamiento de cargas muy pesadas para la elaboración o reparación de algún equipo en específico. Bases teóricas Perfiles Metálicos. Los perfiles metálicos son aquellos productos laminados, fabricados usualmente para su empleo en estructuras de edificación, o de obra civil. Además brindan innumerables soluciones para diferentes tipos de problemas de ingeniería donde se requiere una relación resistencia - peso elevado y buen comportamiento frente al ataque de agentes corrosivos, ya sea químico o atmosférico. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Aplicaciones. Las utilidades típicas de este tipo de perfiles se presentan en la construcción de estructuras, fabricación de elementos dieléctricos (escaleras, mangos de herramientas etc.), carrozados de vehículos y en ambientes explosivos etc. Así mismo se puede hacer mención a las distintas ramas donde se aplican estos materiales: Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. • Industrias. • Pesqueras. • Plantas químicas. • Plantas de celulosa. • Mineras. • Muelles. • Edificios. 55

• Toda construcción que requiera alta resistencia a la corrosión. Mesa. La mesa es un mueble cuyo cometido es proporcionar una superficie horizontal elevada del suelo, con múltiples usos, como puede ser el trabajar sobre ella, comer o colocar objetos. Un número variable de patas (frecuentemente cuatro), que le proporcionan altura, suelen hallarse encajadas en una estructura sobre la que se asienta un tablero, cuya superficie superior cumple la función principal. El tablero puede tener diferentes formas (cuadrado, rectangular, ovalado, circular, triangular, etc.) en función de la dedicación de la mesa a un uso o profesión específicos, o simplemente de la moda y los gustos del diseñador. El espacio inferior es frecuentemente aprovechado mediante la instalación de estantes o cajones, pero ha de respetarse el espacio para las piernas de la persona que vaya a hacer uso de la mesa estando sentada. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Historia de las mesas. La mesa típica y primitiva se halla por primera vez en la época de las antiguas dinastías de Egipto, desde la época predinástica, unos treinta siglos antes de Cristo. Tiene forma rectangular o circular con un soporte central, o patas en sus cuatro ángulos. La de tijera con pies cruzados y articulados estuvo en uso entre los egipcios y pueblos antiguos, siendo muy frecuente en unas y otras el remate de los pies en su parte inferior a manera de garra de tigre, o pezuña de rumiante. La mesa de tres pies y la redonda de un solo pie fueron conocidas por los egipcios y otros pueblos orientales. Sin embargo, fueron los griegos y romanos los que las utilizaron en mayor medida. Los trípodes o mesas délficas se empleaban principalmente para realizar los augurios y sacrificios 56

paganos, y las mesas de un solo pie, el cual a veces representa la figura de un esclavo y en otras remata por debajo en tres pequeños pies, servían principalmente en los triclinios o comedores. Entre los griegos y romanos también fueron utilizadas las de dos pies, constituidas por un tablero rematado en los extremos en dos figuras de animales. Los egipcios, y más aún los griegos, fabricaban las mesas con pies encorvados, uso que muchos siglos más tarde siguió el estilo barroco y, sobre todo, el rococó de Luis XV. En las antiguas civilizaciones no se destinaba la mesa a escritorio, pues los escribas ejercían su oficio en el suelo sobre sus rodillas. Pero desde los primeros siglos de la Edad Media, se usan mesas también para este fin aunque siempre revisten formas muy sencillas. En el Renacimiento se presentan mesas lujosas, adornadas con incrustaciones y con los pies torneados o esculpidos. En el Barroco y rococó las patas son curvas y los tableros adoptan exóticas formas de perfil atrevido. A mediados del siglo XVII aparece en la Corte de Francia el lujoso bufete (el bureau) o mesa de escritorio con cubierta a veces cilíndrica y otras parecida a la de un piano, que se abre fácilmente. De esta misma época datan las consolas, y se generaliza el uso del velador. A finales del siglo XIX se empieza a utilizar la mesa ministro, que en lugar de pies tiene filas de cajones a un lado y otro. Mesa wapoo, galán. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Estructura y decoración. Las partes fundamentales de una mesa son la base y el tablero horizontal. La base puede presentar diferentes estructuras, como la de de una pata, en cuyo caso ésta se ensancha ampliamente por el extremo inferior para mayor estabilidad o en otros casos se sujeta al suelo. Cuando 57

se emplean dos, tres o cuatro, suelen ir unidas entre sí por un bastidor, sobre el que descansa el tablero. Las patas pueden ser esquinadas, torneadas y también curvas, y pueden ser verticales o divergentes, aunque su tamaño puede variar. La altura no suele tener grandes oscilaciones, moviéndose entre 75 y 80 centímetros; ya en la antigüedad se usaron mesas de altura graduable. El material más utilizado para su fabricación es la madera, y más raramente el metal, la piedra y otros materiales. Se pueden encontrar mesas en las que se utilizan distintos materiales para las diversas partes de las mismas. La decoración suele centrarse en la base, que puede encontrarse con tallas. La decoración del tablero, cuando se utiliza, tiene que ser una ornamentación plana, como los mosaicos, taracea, grabados o pintura. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Tipos de mesas. Mesa camilla. Mesa, generalmente redonda, aunque también puede ser rectangular o cuadrada, con bastidor para colocar el brasero en el centro. Se suele colocar en el centro del salón y se cubre con faldas. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Mesa libro. Mesa cuyo tablero se pliega por la mitad y se gira para ocupar la mitad del espacio. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Mesa extensible. Mesa con tablero partido por la mitad que se asienta sobre rieles. El tablero se separa si es necesario y se inserta en el centro un suplemento de 58

madera. Se trata de una mesa polivalente que puede ampliarse en situaciones excepcionales; por ejemplo, si se reciben visitas. El añadido se disimula al colocar encima el mantel. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Mesa auxiliar. Mesa de pequeñas dimensiones que se utiliza para posar objetos de forma temporal o en caso de necesidad. Sirve de apoyo a las mesas principales. Se sitúa en los pasillos, esquinas o junto a los sillones. En ocasiones, se presentan juegos de mesas auxiliares de diferentes tamaños que se guardan una debajo de la otra y se despliegan si las circunstancias lo requieren. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Mesa de juego. Mesa con tapete que se utiliza para jugar a las cartas. Tiene cajones en los que se guardan las barajas, fichas y material para apuntar. En ocasiones, presenta ceniceros incrustados. Como se les da un uso esporádico, generalmente, son plegables. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Mesa de despacho o escritorio. Mesa amplia y de buena calidad utilizada para las labores de despacho. Tiene cajón o cajones tan sólo por uno de los lados. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Mesa de ordenador. Mueble sobre el que se coloca el ordenador. Sobre el tablero superior se sitúa la pantalla y algunos periféricos y en una repisa inferior el CPU y la

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impresora. Cuenta también con bandeja extraíble para colocar el teclado. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Banco de trabajo. Un banco de trabajo es una mesa acondicionada para realizar, sobre ella, un trabajo específico. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©19932001. Trinchante o trinchero. Mesa que se encuentra en los comedores y se utilizaba para trinchar la carne. Generalmente, se trata de un mueble largo y estrecho que se coloca junto a la pared. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Velador o mesita de luz. Mesa con un solo pie de hierro que se encuentra en bares y cafeterías. El velador por antonomasia tiene la superficie redonda y se coloca en la terraza de los establecimientos. También se llama así a las mesas colocadas al lado de la cama. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Pupitre. Mesa utilizada por los niños que tiene el tablero inclinado para escribir sobre ella. Es un mueble tradicionalmente utilizado en las escuelas. En ocasiones, el tablero es abatible, dejando al descubierto un cajón donde guardar el material de estudio. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001.

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Consola. Mesa de dos o cuatro pies, destinada a sostener objetos de adorno en los salones y dispuesta para estar arrimada a la pared. Data de principios del siglo XVIII. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Mesa de ajedrez. Mesa específicamente concebida para acoger una partida de ajedrez. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Mesa de billar. Mesa utilizada para acoger una partida de billar, realizada con madera la cual sostiene la mesa. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©19932001. Estructura Metálica. Son estructuras de acero donde los elementos o conjuntos de elementos están hechos para construcciones donde los materiales son altamente resistentes, tales obras corresponden muchas veces a estructuras de gran envergadura por parte de la ingeniería debiendo utilizar el acero y hormigón como esqueleto del mismo. Extraído de la pagina Web de la Universidad Nacional de Nicaragua de la Facultad de Ingeniería Mecánica; 2010. Materiales utilizados en las estructuras metálicas • Acero laminado. • Acero forjado. • Acero moldeado. • Acero inoxidable para apoyos de estructuras.

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• Electrodos. • Roblones. • Tornillos ordinarios y calibrados. • Tornillos de alta resistencia.

El Acero Como material estructural: Ventajas y Desventajas Ventajas del Acero Alta resistencia: la alta resistencia del acero por unidad de peso, permite estructuras relativamente livianas, lo cual es de gran importancia en la construcción de puentes, edificios altos y estructuras cimentadas en suelos blandos. Extraído de la pagina Web de la Universidad Nacional de Nicaragua de la Facultad de Ingeniería Mecánica; 2010. Homogeneidad: las propiedades del acero no se alteran con el tiempo, ni varían con la localización en los elementos estructurales. Extraído de la pagina Web de la Universidad Nacional de Nicaragua de la Facultad de Ingeniería Mecánica; 2010. Elasticidad: el acero es el material que más se acerca a un comportamiento linealmente elástico (Ley de Hooke) hasta alcanzar esfuerzos considerables. Extraído de la pagina Web de la Universidad Nacional de Nicaragua de la Facultad de Ingeniería Mecánica; 2010. Precisión dimensional: los perfiles laminados están fabricados bajo estándares que permiten establecer de manera muy precisa las propiedades geométricas de la sección. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001.

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Ductilidad: el acero permite soportar grandes deformaciones sin falla, alcanzando altos esfuerzos en tensión, ayudando a que las fallas sean evidentes. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Tenacidad: el acero tiene la capacidad de absorber grandes cantidades de energía en deformación (elástica e inelástica). Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Rapidez de montaje: la velocidad de construcción en acero es muy superior al resto de los materiales. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Disponibilidad de secciones y tamaños: el acero se encuentra disponible en perfiles para optimizar su uso en gran cantidad de tamaños y formas. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Costo de recuperación: las estructuras de acero de desecho, tienen un costo de recuperación en el peor de los casos como chatarra de acero. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Reciclable: el acero es un material 100 % reciclable además de ser degradable por lo que no contamina. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Permite ampliaciones fácilmente: el acero permite modificaciones y/o ampliaciones en proyectos de manera relativamente sencilla. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001.

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Se pueden prefabricar estructuras: el acero permite realizar la mayor parte posible de una estructura en taller y la mínima en obra consiguiendo mayor exactitud. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Desventajas del acero Corrosión: el acero expuesto a intemperie sufre corrosión por lo que deben recubrirse siempre con esmaltes alquidálicos (primarios anticorrosivos) exceptuando a los aceros especiales como el inoxidable. Extraído de la pagina Web de la Universidad Nacional de Nicaragua de la Facultad de Ingeniería Mecánica; 2010. Calor, fuego: en el caso de incendios, el calor se propaga rápidamente por las

estructuras

haciendo

disminuir

su

resistencia

hasta

alcanzar

temperaturas donde el acero se comporta plásticamente, debiendo protegerse con recubrimientos aislantes del calor y del fuego (retardantes) como mortero, concreto, asbesto, etc. Extraído de la pagina Web de la Universidad Nacional de Nicaragua de la Facultad de Ingeniería Mecánica; 2010. Pandeo elástico: Debido a su alta resistencia/peso el empleo de perfiles esbeltos sujetos a compresión, los hace susceptibles al pandeo elástico, por lo que en ocasiones no son económicas las columnas de acero. Extraído de la pagina Web de la Universidad Nacional de Nicaragua de la Facultad de Ingeniería Mecánica; 2010. Fatiga: la resistencia del acero (así como del resto de los materiales), puede disminuir cuando se somete a un gran número de inversiones de carga o a cambios frecuentes de magnitud de esfuerzos a tensión (cargas pulsantes y

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alternativas). Extraído de la pagina Web de la Universidad Nacional de Nicaragua de la Facultad de Ingeniería Mecánica; 2010. Factor de Seguridad. Está basado en el juicio del ingeniero bajo las siguientes condiciones: - Numero de ciclos de carga que pueden esperarse durante la vida útil de una estructura o máquina. - Variación que ocurre en las propiedades del material. - Tipos de carga que se consideran en el diseño o que puedan ocurrir en el futuro. - Tipos de fallas que puedan ocurrir. - Incertidumbre producto de los métodos de análisis. - Deterioro que puedan presentarse en el futuro por mantenimientos deficientes o por causas naturales no predecibles. Factores de Diseño. A veces, la resistencia de un elemento es muy importante para determinar la configuración geométrica y las dimensiones que tendrá dicho elemento, en tal caso se dice que la resistencia es un factor importante de diseño. La expresión factor de diseño significa alguna característica o consideración que influye en el diseño de algún elemento o, quizá, en todo el sistema. Por lo general se tiene que tomar en cuenta varios de esos factores en un caso de diseño determinado. En ocasiones, alguno de esos factores será crítico y, si se satisfacen sus condiciones, ya no será necesario considerar los demás. Por ejemplo, suelen tenerse en cuenta los factores siguientes:

resistencia,

confiabilidad,

condiciones

térmicas,

corrosión,

desgaste, fricción o rozamiento, procesamiento, utilidad, costo, seguridad, 65

peso, ruido, estilización, forma, tamaño, flexibilidad, control, rigidez, acabado de superficies, lubricación, mantenimiento, volumen, entre otros. Algunos de estos factores se refieren directamente a las dimensiones, al material, al procesamiento o procesos de fabricación o bien, a la unión o ensamble de los elementos del sistema. Otros se relacionan con la configuración total del sistema. Extraído de la pagina Web de la Universidad Nacional de Nicaragua de la Facultad de Ingeniería Mecánica; 2010. Fluido Elemento en estado líquido o gaseoso, en estas páginas utilizaremos en los sistemas neumáticos "aire comprimido y en los sistemas hidráulicos "aceites derivados de petróleo". Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Sistema de transmisión de energía Neumática e Hidráulica Es un sistema en el cual se genera, transmite y controla la aplicación de potencia a través del aire comprimido y la circulación de aceite en un circuito. El sistema puede dividirse en tres grandes grupos que observamos en el diagrama de bloques. Ver figura N° 12.

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Figura N° 12. Diagrama para sistemas neumático e hidráulico. Fuente. Empresa Nacional Siderúrgica, S.A Comenzando desde la izquierda del diagrama, la primera sección corresponde a la conversión de Energía Eléctrica y/o Mecánica en un sistema de energía Neumática y/o Hidráulica. Un motor eléctrico, de explosión o de otra naturaleza está vinculado a una bomba o compresor, a cuya salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presión. En la parte central del diagrama, el fluido es conducido a través de tubería al lugar de utilización. A la derecha en el diagrama, el aire comprimido o el aceite en movimiento produce una reconversión en Energía mecánica mediante su acción sobre un cilindro o un motor neumático o hidráulico. Con las válvulas se controla la dirección del movimiento, la velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o cilindro. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Leyes físicas relativas a los fluidos. Hay infinidad de leyes físicas relativas al comportamiento de los fluidos, muchas

de

ellas

son

utilizadas

con

propósitos

científicos

o

de

experimentación, nosotros nos limitaremos a estudiar aquellas que tienen aplicación práctica en nuestro trabajo. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Ley de Pascal.

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La ley más elemental de la física referida a la hidráulica y neumática fue descubierta y formulada por Blas Pascal en 1653 y denominada Ley de Pascal, que dice: "La presión existente en un líquido confinado actúa igualmente en todas direcciones, y lo hace formando ángulos rectos con la superficie del recipiente". La figura se ilustra la Ley de Pascal. El fluido confinado en la sección de una tubería ejerce igual fuerza en todas direcciones, y perpendicularmente a las paredes. Ver figura N° 13.

Figura N° 13. Distribución de fuerzas en las paredes de los recipientes. Fuente. Empresa Nacional siderúrgica, S.A La figura se muestra la sección transversal de un recipiente de forma irregular, que tiene paredes rígidas El fluido confinado en el ejerce la misma presión en todas las direcciones, tal como lo indican las flechas. Si las paredes fueran flexibles, la sección asumiría forma circular. Es entonces la Ley de Pascal que hace que una manguera contra incendios asuma forma cilíndrica cuando es conectada al suministro. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Ley Boyle.

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La relación básica entre la presión de un gas y su volumen esta expresada en la Ley de Boyle que establece: "La presión absoluta de un gas confinado en un recipiente varia en forma inversa a su volumen, cuando la temperatura permanece constante." Para la resolución de problemas, la Ley de Boyle se escribe de la siguiente forma: P1.V1 =P2 .V2 O, transponiendo términos:

P2 =

P1.V1 P1.V1 O, V2 = V2 P2

En estas formulas, P1 y V1 son la presión y volumen inicial de un gas, y P2 y V2 la presión y volumen después de que el gas haya sido comprimido o expandido. Importante: Para aplicar esta fórmula es necesario emplear valores de presión "absoluta" y no manométrica... La presión absoluta es la presión que ejerce el aire atmosférico que es igual a 1,033 Kp /cm² = 1 atmósfera (kilogramo fuerza por centímetro cuadrado). Ver figura N° 14.

Figura N° 14. Distribución de presión en pistones.

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Fuente. Empresa Nacional siderúrgica, S.A Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle. En la figura1-4A, 40 cm³ de gas están contenidas en un recipiente cerrado a una presión P. En la figura 1-4B el pistón se ha movido reduciendo el volumen a 20 cm³, provocando un incremento de la presión 2P. En la figura 1-4 C el pistón ha comprimido el gas a 10 cm³, provocando un incremento de cuatro veces la presión original 4P. Existe entonces una relación inversamente proporcional entre el volumen y la presión de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante, y que las lecturas de presión sean "absolutas" es decir referidas al vacío perfecto. .0 La Ley de Boyle, describe el comportamiento de un gas llamado "perfecto". El aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a presiones menores de 70 Kg/cm² y los cálculos empleando la Ley de Boyle ofrecen resultados aceptables. No ocurre lo mismo con ciertos gases, particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Ley de Charles. Esta ley define la relación existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presión o ambas. Esta ley es utilizada principalmente por matemáticos y científicos, y su campo de aplicación es reducido en la práctica diaria. La ley establece que:

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"Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la misma proporción, permaneciendo su presión constante, o si la temperatura del gas se incrementa, se incrementa también su presión en la misma proporción, cuando permanece el volumen constante." Para la solución de problemas deben emplearse valores de presión y temperatura "absolutos". Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. El efecto de la temperatura en los fluidos Es bien conocido el efecto de expansión de líquidos y gases por aumento de la temperatura. La relación entre la temperatura, volumen y presión de un gas podemos calcularla por la ley de Charles. La expansión del aceite hidráulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas condiciones por ejemplo un cilindro hidráulico lleno de aceite en una de sus cámaras y desconectado mediante acoplamientos rápidos de la línea de alimentación, no presenta lugar para una expansión cuando es expuesto al calor. La presión interna puede alcanzar valores de 350 Kg/cm² y aun 1.400 Kg/cm² dependiendo del incremento de temperatura y características del cilindro Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Compresibilidad de los Fluidos. Todos los materiales en estado gaseoso, líquido o sólido son compresibles en mayor o menor grado. Para las aplicaciones hidráulicas usuales el aceite hidráulico es considerado incompresible, si bien cuando

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una fuerza es aplicada la reducción de volumen será de 1/2 % por cada 70 Kg/cm² de presión interna en el seno del fluido. Ver figura N° 15.

Figura N° 15. Distribución de fuerzas en las paredes del pistón. Fuente. Empresa Nacional siderúrgica, S.A. De la misma forma que los diseñadores de estructuras deben tener en cuenta el comportamiento del acero a la compresión y elongación, el diseñado hidráulico en muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los líquidos, podemos citar como ejemplo, la rigidez en un servomecanismo, o el cálculo del volumen de descompresión de una prensa hidráulica para prevenir el golpe de ariete. Transmisión de Potencia La figura 1-7 muestra el principio en el cual está basada la transmisión de potencia en los sistemas neumáticos e hidráulicos. Una fuerza mecánica, trabajo o potencia es aplicada en el pistón A. La presión interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistón B.

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Según la ley de Pascal la presión desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos por la que la fuerza desarrollada en el pistón B es igual a la fuerza ejercida en el fluido por el pistón A, asumiendo que los diámetros de A y B son iguales. Ver figura N° 16.

Figura N° 16. Representación de sistemas de transmisión de potencia en recipientes tipo cilindro embolo pistón. Fuente. Empresa Nacional siderúrgica, S.A. Transmisión de Potencia a través de una tubería. El largo cilindro de la figura 1-7, puede ser dividido en dos cilindros individuales del mismo diámetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre sí por una cañería. El mismo principio de transmisión de la fuerza puede ser aplicado, y la fuerza desarrollada en el pistón B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistón A. La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales. La figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidráulicos y/o neumáticos al poder ubicarse los componentes aislantes no de otro, y

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transmitir las fuerzas en forma inmediata a través de distancias considerables con escasas perdidas. Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posición. Ver figura N° 17.

Figura N° 17. Representación de sistemas de transmisión de potencia en tuberías curvas para recipientes tipo cilindro embolo pistón. Fuente. Empresa Nacional siderúrgica, S.A Aun doblando esquinas, pueden transmitirse a través de tuberías relativamente pequeñas con pequeñas perdidas de potencia. La distancia L que separa la generación, pistón A, del punto de utilización pistón B, es usualmente de 1,5 a 6 metros en los sistemas hidráulicos, y de 30 a 60 metros en aire comprimido. Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente diseñados. Presión Hidráulica. La presión ejercida por un fluido es medida en unidades de presión. Las unidades comúnmente utilizadas son: •

La libra por pulgada cuadrada = PSI

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•

El Kilogramo por centímetro cuadrado = Kg/cm²

•

El Kilogramo fuerza por centímetro cuadrado = Kp/cm²

•

El bar = bar

•

Existiendo la siguiente relación aproximada : Kg /cm² ~ Kp/cm² ~ bar

En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vástago de un pistón se distribuye sobre toda la superficie de este. Por ello para encontrar la presión que se desarrollará en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistón Ver figura N° 18.

Figura N° 18. Representación de las fuerzas aplicadas en la cara del embolo. Fuente. Empresa Nacional siderúrgica, S.A La figura 1-10B, una fuerza de 2200 Kg. ejercida en el extremo del vástago es distribuida sobre 200 cm² por lo que la fuerza por cm² será de10 Kg. y esto lo indica el manómetro. Este principio tiene carácter reversible, en la figura 1-11 la presión interna del fluido actuando sobre el área del pistón produce una fuerza de empuje en el extremo del vástago. Ver figura N° 19.

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Figura N° 19. Representación de sistemas con diferentes equipos para la aplicación de sistemas de potencia. Fuente. Empresa Nacional siderúrgica, S.A Por otra parte la institución cuenta con trabajos especiales de grado que se ajustan a la base de datos de la hemeroteca, en tal sentido se hace mención al trabajo titulado CONSTRUCCIÓN DE UN MECANISMO DOBLADOR DE TUBOS DE COBRE PARA SER EMPLEADOS COMO SERPENTINES. Específicamente para el taller de construcciones metálicas, este mecanismo está basado en una estructura metálica en forma de mesa, donde la plataforma de apoyo posee una configuración geométrica perfectamente distribuida para llevar a cabo la construcción de serpentines de cobre con tubos de 3/8 in. De allí, cabe señalar que al realizar este tipo de dobles se utiliza un eje de sección circular con polea muerta en el extremo superior, y posteriormente roscada debajo de la lamina donde se encuentran la perforaciones para su sujeción, dando como resultado un haz de tubos completamente paralelo entre tubos. Ver figura Nº 20.

Figura Nº 20. Plataforma Metálica para el doblado de serpentines de cobre.

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R 3z

Fuente: T.E.G Construcción de un mecanismo para la elaboración de serpentines de cobre. Blanco y Mujica (2009).

Estudio descriptivo de las formas de trasmitir potencia a materiales tubulares para su dobles.

El equipo debe contar con un medio de trasmisión de energía para doblado tubos de forma eficiente, indicando además una sencilla manipulación en cada una de sus partes mecánicas, además una vez planteada la opción más idónea se contara con un manual de usuario que indicara de forma clara la manera de usar el equipo y estará identificada cada uno de los elementos del equipo.

De acuerdo a lo antes expuesto se muestra teóricamente los diferentes modos de transmitir energía en el proceso de doblado de tubos, con la finalidad de establecer un cuadro de ventajas y desventajas para comparar los procesos y seleccionar la más eficiente acorde a la necesidad del problema. Sistema de transmisión de potencia por palanca para el doblado de tubos. Este proceso de doblado está definido básicamente como una máquina simple que consiste normalmente en una barra o una varilla rígida, diseñada para girar sobre un punto fijo denominado fulcro o punto de apoyo. El efecto de cualquier fuerza aplicada a la palanca hace girar ésta con respecto al

77

fulcro. La fuerza rotatoria es directamente proporcional a la distancia entre el fulcro y la fuerza aplicada. El principio de este sistema hace que la palanca aplique un esfuerzo relativamente pequeño al extremo más lejano al fulcro para reproducir una gran fuerza que está situado junto al fulcro. Otras herramientas e instrumentos de uso común (incluidos la carretilla y el cascanueces) utilizan el principio de la palanca. Ver figura Nº 21. Palanca Fuerza Aplicada

Apoyo (Fulcro) Sistema de Fijacion

Figura Nº 21. Sistema de transmisión de potencia por palanca para el doblado de tubos. Fuente: Autores. Funcionamiento del sistema de palanca. Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se aplica a un objeto, para incrementar su velocidad o la distancia recorrida, en respuesta a la aplicación de una fuerza. Como ejemplo se tiene la figura Nº 22.

78

R 3z

Figura Nº 22. Representación de un sistema de palanca. Fuente: Autores. En esta figura la masa de 100Kg se equilibra con otra veinte veces menor, si la situamos a una distancia del fulcro veinte veces mayor. Denotando que sobre este sistema existen tres fuerzas actuantes definidas de la siguiente forma: Potencia.: Es la fuerza que aplicamos voluntariamente con el fin de obtener un resultado; ya sea manualmente o por medio de motores u otros mecanismos. Resistencia: Es la fuerza que vencemos, ejercida sobre la palanca por el cuerpo a mover. Su valor será equivalente, por el principio de acción y reacción, a la fuerza transmitida por la palanca a dicho cuerpo. Fuerza de apoyo: Es la ejercida por el fulcro sobre la palanca. Si no se considera el peso de la barra, será siempre igual y opuesta a la suma de las anteriores, de tal forma de mantener la palanca sin desplazarse del punto de apoyo, sobre el que rota libremente. Ver figura Nº 23.

79

R 3z

Figura Nº 23. Representación de las fuerzas actuantes en un sistema de palanca. Fuente: Autores.

Ventajas del sistema de transmisión por palanca.  Menos fuerza a aplicar.  No requiere de fuentes de energía eléctrica.  Puede ser armado con cualquier objeto rígido y un punto de apoyo. Desventajas del sistema de transmisión por palanca.  Más desplazamiento o distancia de aplicación.  La reproducción de fuerza es intermitente.  Requiere esfuerzo físico.  La exactitud en los procesos de dobles mantiene desfase con respecto al ángulo deseado.  No se puede reproducir grandes niveles de fuerzas. Sistema de transmisión de potencia por Energía Hidráulica para el doblado de tubos. Este tipo de energía es de gran utilidad sobre todo en los sistemas mecánicos que requieren mucha fuerza, su principio se basa en un cilindro hidráulico (también llamados motores hidráulicos lineales) estos son actuadores mecánicos que son usados para dar una fuerza a través de un recorrido lineal.

80

R 3z

Los cilindros hidráulicos obtienen la energía de un fluido hidráulico presurizado, que es típicamente algún tipo de aceite. El cilindro hidráulico consiste básicamente en dos piezas: un cilindro barril y un pistón móvil conectado a un vástago. El cilindro barril está cerrado por los dos extremos, en uno está el fondo y en el otro, la cabeza por donde se introduce el pistón, que tiene una perforación por donde sale el vástago. El pistón divide el interior del cilindro en dos cámaras: la cámara inferior y la cámara del vástago. La presión hidráulica actúa en el pistón para producir el movimiento lineal. Ver figura Nº 24.

Fuerza de Reacción

Cilindro Hidraulico

Fuerza Hidraulica

Fuerza de Reacción

Figura Nº 24. Sistema de actuación hidráulica para el doblado de tubos. Fuente: Autores. Funcionamiento del sistema hidráulico. Si se hace referencia a un cilindro hidráulico de simple efecto como medio básico de transmisión de potencia, este consta de una bomba manual o mecánica que mueve el líquido hidráulico, por medio de una manguera que 81

R 3z

lleva el líquido, y un cilindro o émbolo que el líquido mueve para llevar a cabo cierta función. El cilindro, las mangueras, los acoplamientos y la bomba se deben calibrar en la misma presión de funcionamiento máxima, deben estar correctamente conectados y deben ser compatibles con el líquido hidráulico utilizado. Un sistema que está incorrectamente acoplado puede ocasionar que el sistema falle y probablemente también provoque daños serios. Ventajas del sistema de transmisión hidráulico.  La fuerza de constante desde el inicio hasta la finalización de la carrera.  El cilindro puede realizar fuerzas de tracción y/o compresión.  Permite trabajar con elevados niveles de fuerza.  La velocidad de actuación es controlada.  No requiere esfuerzo físico.  El sistema es de amplia versatilidad.  Son de gran utilización en medios de producción.  Instalaciones compactas.  Cambios rápidos de sentido.  Auto lubricación. Desventajas del sistema de transmisión hidráulico.  Pueden ocasionar accidentes.  El operador debe poseer un adiestramiento definido.  Perdidas de carga. 82

 Requieren de mantenimiento calificado.  El fluido es sensible a la contaminación.

Sistema de transmisión de potencia por Energía Neumática para el doblado de tubos. Este tipo de energía constituye una herramienta muy importante dentro del control automático en la industria, es por esto que cuando se trata de aire comprimido los conceptos en cuanto a operación y mantenimiento deben estar muy claros para operarios y encargados de mantenimiento. Su modo de operación está constituido de la misma forma como trabajan los sistemas hidráulicos, solo que estos utilizan un compresor para mover el aire, este debe estar tratado con elementos especiales de filtrado.

Inyeccion de aire

Resorte Comprimido Avance del Vastago

83

Figura Nº 25. Sistema de actuación de aire comprimido para el doblado de tubos. Fuente: Autores. Ventajas del sistema de transmisión de potencia Neumático.  El aire como fluido de trabajo es de fácil captación y abunda en la tierra.  El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas.  El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de ariete.  Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o que dañen los equipos en forma permanente.  Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa.  Energía limpia.  Cambios instantáneos de sentido. Desventajas del sistema de transmisión de potencia Neumático.  En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables.  Requiere

de

instalaciones

especiales

para

recuperar

el

aire

previamente empleado.  No se puede controlar la velocidad una vez descargado el compresor.  Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas.

84

R 3z

 Altos niveles de ruido generado por la descarga del aire hacia la atmósfera. Representación simbólica y descripción de los elementos que forman el sistema hidráulico Una representación y explicación de funcionamiento de cada componente utilizado en el sistema hidráulico, se muestra a continuación. Se usa la nomenclatura y la representación esquemática de cada elemento, que especifica el colegio de ingenieros mecánicos de Venezuela. Depósito o recipiente del fluido hidráulico. Todos los sistemas hidráulicos necesitan un tanque de alimentación de aceite a las bombas. El aceite que circula en el circuito pasa al depósito para ser bombeada de nuevo para otro ciclo. A pesar de que un sistema hidráulico por lo general tiene un solo tanque, este símbolo se puede utilizar en muchos lugares en un diagrama. Se sustituye el uso de las líneas de retorno para simplificar los diagrama, generalmente este consta de cuatro paredes, en muchos casos son construidas de acero, material que permite que se pueda disipar el calor con facilidad, y por otra parte el fluido asienta las impurezas en su parte inferior del tanque. Ver figura Nº 26.

Figura Nº 26. Deposito del fluido hidráulico. Fuente: los Autores. Filtro.

85

Es utilizado en el diagrama para la purificación del aceite mediante el bloqueo de los contaminantes sólidos. Están disponibles en varios granos de filtración y se utilizan antes de la entrada a la bomba, para evitar que estas penetren y dañen algún componente del sistema hidráulico. Ver figura Nº 27.

Figura Nº 27. Filtro captador de partículas solidas. Fuente: los Autores. Bomba. La bomba es el corazón de cualquier circuito hidráulico. Transforma la energía térmica, en

mecánica suministrada el

flujo. Las

por

bombas

un motor, pueden tener

ya

sea eléctrica

o

un desplazamiento

fijo o variable. Si la bomba tiene un caudal fijo, el flujo de salida es siempre el mismo para una velocidad de rotación dada. Si la bomba tiene un caudal variable, es posible variar el flujo de salida, incluso si la velocidad de rotación es la misma, esto se hace variar el volumen de aceite extraído por cada rotación del mecanismo de la bomba. Hay una amplia gama de sistemas de control disponibles para bombas de caudal variable, el más utilizado es el control manual y el control de la presión compensada. Ver figura Nº 28.

Figura Nº 28. Bomba de caudal variable, no reversible. Fuente: los Autores. 86

Motor eléctrico. El propósito del motor es transformar la energía eléctrica en mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Ver figura Nº 29.

M Figura Nº 29. Motor eléctrico. Fuente: los Autores. Protección del motor eléctrico. Debido a que el motor eléctrico es el elemento del sistema de mayor importancia se debe proteger contra fallos eléctricos tales como ver figura Nº 29: El cortocircuito. Se produce cuando entran en contacto eléctricos dos partes de la instalación, que están a distinto potencial. El caso más habitual es cuando contactan dos fases diferentes del circuito, o una fase y el neutro. El cortocircuito produce unas intensidades muy elevadas, del orden de cientos de amperios, lo cual produce un gran calentamiento de los conductores que pueden llegar a quemarse. Es una de las principales causas de accidentes eléctricos. La sobrecarga. Se produce cuando a través de la línea eléctrica, circula una intensidad mayor que la intensidad nominal (intensidad para la cual está diseñada una línea, y la que absorben los aparatos cuando su funcionamiento es correcto).

87

Se pueden producir por varios factores, como un fallo de aislamiento. Las sobrecargas también pueden producir daños importantes, dependiendo de dos factores: - Valor en amperios de la sobrecarga. - Tiempo que dura la sobrecarga.

Tacómetro. El tacómetro tiene la función en el sistema de medir las revoluciones de salida del motor eléctrico y determinar si trabaja en óptimas condiciones. Ver figura Nº 30.

Figura Nº 30. Tacómetro. Fuente: los Autores.

Manómetro. El medidor de presión le permite observar la presión del sistema hidráulico. Ver figura Nº 31.

88

Figura Nº 31. Manómetro. Fuente: los Autores.

Sensor de presión. Este sensor es un interruptor que se activa una vez que la presión en su puerto de conexión es igual o mayor que el ajuste de la presión. Un tornillo que se

comprime

un

resorte situado

en

el sensor ajusta

la configuración de la presión. Este ajuste se puede hacer cuando se edita el sensor o en la simulación de un diagrama. Ver figura Nº 32.

Figura Nº 32. Sensor de presión. Fuente: los Autores.

Válvula de seguridad. Cuando la presión en el sistema aumenta por encima de un valor preestablecido, la válvula de alivio se abre y permite el flujo de aceite en el tanque. Este componente actúa sólo en caso de una emergencia, para reducir la

presión

de su

valor

establecido para

proteger

los

componentes de los golpes de ariete. El ajuste de la presión se puede hacer cuando de edición de la válvula o al simular un diagrama. Ver figura Nº 33.

89

Figura Nº 33. Válvula de seguridad. Fuente: los Autores.

Válvula direccional. La válvula direccional de control de flujo es un instrumento que permite re direccionar el flujo con la finalidad de movilizar actuadores, sean hidráulicos o neumáticos. En nuestro caso los dos actuadores hidráulicos son de doble efecto, característica que permite una automatización del sistema mediante el uso de un control lógico programable. Ver figura Nº 34.

Figura Nº 34. Válvula direccional. Fuente: los Autores.

Válvula anti retorno. La válvula de retención permite que el flujo de aceite viaje en un sentido y lo bloquea en la dirección opuesta. Ver figura Nº 35.

90

Figura Nº 35. Válvula anti retorno. Fuente: los Autores.

Cilindro de doble efecto. Básicamente un cilindro de doble efecto se utiliza cuando la energía hidráulica se requiere en ambas direcciones del movimiento de la varilla. Además, el cilindro controla la fuerza del fluido y de esta forma varia la resistencia a la flexión del tubo de acero hasta que sede. Desde la barra está en un lado del pistón, las áreas en que se aplica la presión no son iguales en ambos lados. Si se aplica la igualdad de las presiones y el flujo en ambos lados, habrá una diferencia en la orientación en función de si la barra se extienda o retraiga. Por otra parte, si la presión se aplica el mismo en ambos lados del pistón, al mismo tiempo, la barra se extenderá.

Figura Nº 36. Cilindro de doble efecto. Fuente: los Autores.

Conducto.

91

Indica la línea por donde el fluido hidráulico circula. Ver figura Nº 37.

Figura Nº 37. Conducto. Fuente: los Autores.

Unión. Permite mediante un círculo de color negro de diámetro mayor al grosor del trazo del conducto indicar que en ese punto se conectan o se unen dos o más conductos. Ver figura Nº 38.

Figura Nº 38. Unión para la representación de juntas del sistema hidráulico. Fuente: los Autores.

Glosario Técnico Motor Es un aparato que por medio de una energía genera una potencia y transmite un movimiento a una maquina o un sistema. (Biblioteca de Consulta Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2005). Resistencia. 92

Fuerza que se opone al movimiento de una máquina y ha de ser vencida por la potencia. La que en una máquina dificulta su movimiento y disminuye su efecto útil; p. ej., el rozamiento, los choques, etc. (Biblioteca de Consulta Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2005).

Rodamientos. Tipo de cojinete en el que el rozamiento se produce por rodadura, la superficie rodante en estos cojinetes, está construida en acero de gran dureza por lo que el desgaste es mínimo. Esto cojinete reciben el nombre dependiendo

del

elemento

que

usen

para

rodar

(bolas,

rodillos).

Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Potencia. Es el trabajo o transferencia de energía realizada por unidad de tiempo. El trabajo es igual a la fuerza aplicada para mover un objeto multiplicada por la distancia a la que el objeto se desplaza en la dirección de la fuerza. Enciclopedia Microsoft® Encarta® (2009). ©1993-2001. Velocidad Ángulo descrito en la unidad de tiempo por el radio de un cuerpo que gira en torno de un eje. También se define como Magnitud física que expresa el espacio recorrido por un móvil en la unidad de tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro por segundo (m/s). (Biblioteca de Consulta Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2005). Transmisión.

93

Conjunto de mecanismos que comunican el movimiento de un cuerpo a otro, alterando generalmente su velocidad, su sentido o su forma. (Biblioteca de Consulta Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2005).

Tubería En tecnología, tubo empleado para transportar de un punto a otro líquidos, sólidos fragmentados o mezclas de líquidos y sólidos. (Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2005).

Presión. La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme y perpendicularmente a la superficie, la presión P viene dada por: (Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2005). P=

F A

Manómetro. Es un aparato de medida que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos: los de líquidos y los de gases. (http://es.wikipedia.org/wiki/Manometro).

Fuerza.

94

Por definición clásica, fuerza es toda causa agente capaz de modificar la cantidad

de

movimiento

o

la

forma

de

los

cuerpos

materiales.

(http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza).

Pistón. Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos o anillos. Efectúa un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presión y volumen o transformando en movimiento el cambio de presión y volumen del fluido. (http://es.wikipedia.org/wiki/Pistón).

Neumática. Es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresión y devolverá la energía acumulada cuando se le permita expandirse, según la ley de los gases ideales. (http://es.wikipedia.org/wiki/Neumatica).

Hidráulica. Es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se

interponen

con

la

masa

(fuerza)

(http://es.wikipedia.org/wiki/Hidraulica).

95

y

empuje

de

la

misma

PERSPECTIVA METODOLÓGICA

La

Construcción de una dobladora semiautomática de tubos para la

fabricación de las estructuras metálicas en el Instituto Universitario de Tecnología “Alonso Gamero”, se enmarca en la modalidad de Desarrollo Tecnológico, la cual, según las Normas para la Elaboración y Presentación de Trabajo Especial de Grado, está “constituida por un ámbito de producción de conocimiento tecnológico validado, que incluye tanto el producto cognitivo, teorías, tecnologías maquinarias, patentes y actividades que incluyan la validación de productos y conocimientos”.(p.5) La presente investigación, y basado en el objetivo final de la misma, se enmarcó en la modalidad expuesta, ya que constituye un producto tecnológico validado a través de la demostración de la operación del equipo. Técnicas e instrumentos de recolección de datos. Las técnicas e instrumentos de recolección de datos fueron, la entrevista abierta y observación directa, las cuales se emplearon a la muestra seleccionada, utilizando como herramienta la cámara fotográfica y grabadora. Población. La población, según el concepto de Hernández, Fernández y Baptista, (2006) la población se refiere “al conjunto de los casos que concuerdan con

96

una serie de especificaciones, y deben situarse en torno a sus características de contenido, lugar y tiempo” (p.239). Siendo la población un grupo homogéneo, y con características similares, la población, para el caso de estudio,

está constituida por las cuatro (4) personas encargadas de

desarrollar el proyecto de planta física del IUTAG, en su transformación a politécnico. Muestra. La muestra, Hernández, Fernández y Baptista 2000 exponen que: “...es, un subgrupo de elementos que pertenecen a ese conjunto definido en sus características a los que llamamos población. (p.65)”. Para los fines del estudio se seleccionó una muestra siguiendo las indicaciones de Ary y Otros (1992) que dice: “En la investigación descriptiva se emplean muestras grandes, las cuales superan el treinta por ciento del total de la población.” (p. 141). La muestra estará representada por un 100 % de la población, está constituida por las cuatro (4) personas encargadas de desarrollar el proyecto de planta física del IUTAG, en su transformación a politécnico. Descripción de la metodología Fase I: Análisis de información.

97

Objetivo: Analizar la información técnica existente para el proceso de doblado de tubos que tienen que ver con la construcción de estructuras metálicas. Actividades previstas: 1. Indagar acerca del proceso de doblado de tubos por medio de una inspección visual enfocada en el proceso de construcción y aprendizaje académico, realizando además entrevistas estructuradas de forma abierta para la recolección de datos, arrojando información de gran utilidad para el desarrollo del proyecto. 2. Revisiones bibliográficas relacionadas con el proceso de doblado de tubos tales como trabajos especiales de grado o algún tipo de documentación avalada referente al tema. Fase II. Estudio técnico de las formas de transferir potencia al sistema de doblado. Objetivo: Determinar el medio de transmisión de potencia más eficiente para el proceso de doblado de tubos. Actividades previstas: 1. Revisión bibliográfica relacionada con los medios de transmisión de energía. 2. Detallar cada una de las variables así como su funcionamiento y especificaciones técnicas.

98

3. Comparar las opciones referentes por medio de un cuadro comparativo de ventajas y desventajas para establecer el medio de transmisión de potencia más eficiente. 4. Determinar la opción más viable. Fase III. Presentación de las opciones para el sistema de doblado de tubos. Objetivo: Presentar opciones para el sistema de doblado de tubos, partiendo de los fundamentos teóricos relacionados con el sistema de transmisión de potencia seleccionado. Actividades previstas: 1. Denotar las alternativas que cumplan con el proceso de doblado de tubos. 2. Identificar la forma de uso a cada alternativa. 3. Visualizar la factibilidad económica. Fase IV. Selección. Objetivo: Seleccionar el mecanismo de doblado más adecuado por medio de un estudio previo de manera descriptiva, que permita el correcto funcionamiento del equipo. Actividades previstas: 1. Presentar un cuadro comparativo de ventajas y desventajas.

99

2. Revelar la alternativa que cumple con las especificaciones técnicas más eficientes.

Fase V. Cálculos. Objetivo: Determinación de las magnitudes y el dimensionamiento de las piezas mecánicas, así como los materiales utilizados a través de los cálculos de diseño. Actividades previstas: 1. Determinar las condiciones de diseño. 2. Normalizar los cálculos por medio de tablas y graficas. 3. Adecuar materiales a las cargas soportadas. 4. Tabular los cálculos para presentar un resumen técnico detallado. Fase VI. Planos. Objetivo: Elaborar los planos (Despiece y Ensamblaje), en el cual se ilustrara el diseño del mecanismo doblador de tubos. Actividades previstas: 1. Dibujar cada una de las partes del equipo por medio de Autodesk Mechanical Desktop 2009. 2. Ensamblar sus partes para el conjunto. 3. Realizar los planos individuales por parte mecánica.

100

Fase VII. Construcción. Objetivo: Aplicar el proceso constructivo adecuado para la fabricación de la dobladora de tubos. Actividades previstas: 1. Seleccionar los materiales adecuados al diseño del equipo. 2. Distinguir cada una de las partes del equipo para su construcción. 3. Aplicar técnicas de conformado mecánico para obtener cada parte del equipo. 4. Armar cada parte. 5. Pintar el equipo. 6. Realizar conexiones hidráulicas. 7. Realizar conexiones eléctricas. Fase VIII. Pruebas. Objetivo: Realizar las pruebas de funcionamiento de la dobladora de tubos partiendo de su puesta en operación. Actividades previstas: 1. Doblar tubos. 2. Calibrar cada una de las partes a modo de obtener el producto deseado. 3. Reproducir alguna forma de estación de trabajo (mesa, silla, etc.) en la dobladora de tubos.

101

4. Establecer comparaciones.

METODOLOGÍA APLICADA Modalidad o tipo de investigación

De acuerdo al problema planteado, referido a la necesidad de dotar con estructuras metálicas (muebles), que se lleva a cabo en el Instituto Universitario de Tecnología Alonso Gamero, específicamente en los proyectos de dotación del departamento de planificación del IUTAG, se establece como objetivo principal construir

una máquina dobladora

semiautomática de perfiles tubulares, para lo cual se seleccionará la manera más apropiada en el sistema de doblado, la misma va a permitir doblar diferentes diámetros de tubos con la utilización de troqueles. Y en función de la temática planteada y sus objetivos se incorpora dentro de la modalidad de proyectos especiales. Tal

como

lo

refiere

el

manual

de

trabajos

de

grado

de

especializaciones y maestrías y tesis de la “Universidad Pedagógica Experimental Libertador” (UPEL), 4a edición, página 22, 17-a, de los proyectos

especiales:

“trabajos

que

lleven

a

creaciones

tangibles,

susceptibles de ser utilizadas como solución a problemas demostrados, o que respondan a necesidades e intereses de tipo cultural. Se incluyen en esta categoría los trabajos de elaboración de libros de textos y de material de apoyo educativo, el desarrollo de software, prototipos y de productos tecnológicos en general, así como también la creación literaria y artística. El

102

estudiante podrá optar por esta categoría, cuando el tipo de trabajo seleccionado tenga directa vinculación con el perfil de competencias profesionales del subprograma de posgrado que cursa, o así se establezca en el

diseño curricular respectivo. En caso de

dudas, corresponderá el

consejo técnico asesor de postgrado del instituto atender y decidir sobre las consultas que le formulen” En atención a esta modalidad de investigación, la construcción de la máquina dobladora de tubos es un trabajo que lleva a una creación tangible, susceptible de ser utilizada como solución al problema demostrado, o que responda a la necesidad e interés cultural de la comunidad afectada. Además de corresponder al desarrollo de un prototipo y de producto tecnológico en general,

teniendo directa vinculación con el perfil de

competencias profesionales del subprograma de la especialidad en mecánica. Asimismo, según su finalidad es de tipo aplicada enfocada en la solución de problemas prácticos, con un margen de generalización limitado, de acuerdo a la profundidad de la investigación es exploratoria, descriptiva y explicativa, la primera debido a que aquella que se efectúa sobre un tema u objeto poco conocido o estudiado, por lo que sus resultados constituyen una visión aproximada del tema, la segunda está centrada en la caracterización de un hecho o fenómeno a fin de determinar claramente su estructura o comportamiento es aquí donde se identifican las formas de doblado de tubos y la tercera enfocada en la búsqueda del “por qué” de los hechos, mediante la identificación y análisis de relaciones de causalidad para así dar o proponer la mejor solución al problema planteado, estas tres estructuras bajo una secuencia lógica contribuyen a la solución de la problemática planteada.

103

Diseño de la investigación. El diseño de la investigación es la estrategia que adopta el investigador, en esta se define y justifica el tipo según el diseño o estrategia a emplear, en atención al diseño la investigación es de campo ya que los datos provienen directamente de la realidad donde ocurren los hechos, sin manipular o controlar variables en donde se considera un lapso de tiempo determinado por lo que es de orden transversal, según Fidias Arias, 1999. La metodología utilizada fue la METODOLOGÍA DE DISEÑO SEGÚN MILANI, la cual presenta los siguientes pasos: •

Establecimiento de la Necesidad

•

Aceptación del Problema

•

Descripción: Análisis del Problema

•

Concepción del Sistema (etapa creativa)

•

Estudio de Factibilidad (técnica y económica)

•

Formación Completa del Sistema

•

Diseño de Detalle y Proceso de Fabricación

•

Fabricación y Ensayo Prototipo

•

Evaluación Final

104

PARTE VI Ejecución de Actividades En esta parte del proyecto se muestra el desarrollo de los cálculos de diseño, debiendo resaltar su pertinencia ajustada a las actividades que fueron realizadas, contemplando la información técnica recabada en el marco teórico sobre la existencia de doblado de tubos y de la aplicación de perfiles en estructuras metálicas, lo que se llevo a cabo empleando una observación directa y una revisión documental detallada. De allí, cabe señalar que al tomar como referencia la información recabada en el marco teórico se puede establecer una previa comparación de las diferentes formas de trasmitir fuerza como medio de transporte de potencia a la materia prima que es en este caso tubos de acero comercial con sección circular, que formaran la estructura metálica una vez doblada. Tabla N° 4. Cuadro comparativo para la selección del sistema de trasmisión de potencia más adecuado. Sistema de Transmisión

Ventajas

Desventajas

Conclusión

de Potencia. Palanca

Menos fuerza a aplicar.

Más

El proceso de doblado

desplazamiento o

de tubos resultaría de

105

distancia de aplicación.

No requiere de fuentes

La reproducción de fuerza es

de energía eléctrica. Puede ser armado con cualquier objeto rígido

intermitente. Requiere esfuerzo físico.

y un punto de apoyo

No se puede reproducir grandes niveles de fuerzas.

total deficiencia con este sistema de transmisión de potencia, ya que interviene la mano del hombre en todo el proceso de doblado, y para tal fin no cumple con las exigencias al objetivo planteado donde se requiere una fuerza teórica de gran nivel.

La fuerza de constante desde el inicio hasta la finalización de la

Este proceso resulta de

carrera.

gran utilidad, ya que con

El cilindro puede realizar fuerzas de

Hidráulico

tracción y/o compresión. Permite trabajar con

Perdidas de carga. El fluido es sensible a la contaminación. Pueden ocasionar accidentes

elevados niveles de fuerza.

esta modalidad de transmisión de energía se puede controlar la velocidad del proceso ligado a altos niveles de producción de fuerza, además, resulta de gran importancia el control de los cambios rápidos de sentido.

Cambios rápidos de

Neumático

sentido. El aire como fluido de

No se puede

Este sistema resulta de

trabajo es de fácil

controlar la

gran utilidad ya que de

captación y abunda en

velocidad una vez

igual forma cumple con

la tierra.

descargado el

altos niveles de

106

compresor.

El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas. Cambios instantáneos de sentido.

Altos niveles de ruido generado por la descarga del aire hacia la atmósfera. En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables

reproducción de fuerzas, a pesar de que el fluido de trabajo resulta ser limpio y abundante, requiere de gastos adicionales en el tratamiento del mismo, y más allá de esto las velocidades no pueden ser controladas al liberar la energía.

Fuente: Autores. En virtud de cada una de las variables expuestas para el sistema de producción de fuerzas la alternativa más viable para desarrollar la propuesta es el sistema de transmisión de energía hidráulica, por su versatilidad en sistema de alto rendimiento con aplicación de fuerzas donde se requiere vencer la resistencia de un material comercial como lo son los tubos de acero, ahora hay que evaluar como seria el equipo con este sistema, a partir de la presentación de opciones para el doblado de tubos circulares. Presentación de opciones. Partiendo de la observación del proceso para la obtención de energía hidráulica como medio útil para el doblado de tubos, se colocan dos opciones a través de la cual se describen fundamentalmente las ventajas y desventajas, lo que servirá de insumo para la selección de la más adecuada basándose en las necesidades del proceso, por medio de la ponderación de

107

los criterios de costo, viabilidad, eficiencia y eficacia de las opciones, con el fin de desarrollar la construcción del equipo.

108

Esta opción se puede describir de manera detallada y visual como un conjunto de elementos mecánicos conformados para cumplir un mismo objetivo, que es el de lograr el funcionamiento de doblado de tubos a través de un cilindro hidráulico. Y se presentan a continuación: Opción “A”. Sistema de transmisión de potencia por accionamiento de cilindro hidráulico con mordazas giratorias. La opción “A” se describe de la siguiente manera: El mecanismo está constituido por tres estaciones de trabajo donde cada una de ellas es accionada en una primera etapa por un motor eléctrico de 110volt, acoplado a una bomba de aceite que se encarga de mover este a una válvula direccional, este fluido circula por el interior de unas mangueras a las diferentes partes y accesorios de la máquina de doblado. De allí, cabe señalar que en la segunda etapa se halla en la parte superior del equipo un cilindro hidráulico que acopla perfectamente a sus diferentes accesorios conocidos como mordazas o matrices tubulares pertenecientes a la tercera etapa, la cual, conforman el sistema de fijación giratorio la cual, sujeta al tubo comercial que a ese momento se realiza el dobles. Ver figura Nº 39.

109

Figura Nº 39. Representación grafica de una dobladora de tubos con mordaza giratoria como opción A. (Autodesk Inventor 2009).

R 3z

Fuente: Autores. Como podemos ver en la figura los elementos que sujetan al tubo están dispuestos de tal forma que al aplicar la fuerza hidráulica el cabezal gira en un eje que hace las veces de pivote, ubicado a ambos extremos de la parte delantera del equipo, teniendo como función suavizar la curva del tubo a medida que es doblado hasta que cesa la fuerza aplicada y el sistema se retrae a su posición inicial.

Figura Nº 40. Representación grafica del las mordazas giratorias. (Autodesk Inventor 2009). Fuente: Autores. CIRCUITO HIDRÁULICO. 110

R 3z

Figura

Nº

41.

Representación

grafica

del

circuito

accionamiento del vástago. Fuente: Autores. Donde: 1: Respiradero del depósito de alimentación. 2: Reservorio. 3: Conducción del retorno al depósito general. 4: Cilindro hidráulico de doble efecto. 5: válvula direccional (cuatro visas dos posiciones de trabajo). 6: Bomba de circulación de fluido. 7: Conducción de impulsión de la bomba. 8: válvula de seguridad.

111

hidráulico

con

R 3z

Funcionamiento del circuito hidráulico con accionamiento del vástago al exterior. La bomba 6 toma aceite del depósito general 2 y lo impulsa a través de la válvula

direccional 5, cuando 5 está en situación P → A y B

→ T el embolo

del cilindro hidráulico sale (la presión de aceite impulsa al embolo para posicionar el vástago en el exterior), en este momento sobre la contracara del pistón el aceite es impulsado hacia la válvula direccional B → T donde es enviada al reservorio para continuar el ciclo. Funcionamiento del circuito hidráulico con accionamiento del vástago al interior. Este caso es similar al anterior solo que cuando 5 está en situación P → B y A → T el embolo del cilindro hidráulico se introduce (la presión del aceite impulsa al embolo por la parte del vástago), en todo momento la sobre presión que se presenta en la conducción de impulsión de la bomba son neutralizada

por

la

válvula

de

seguridad

8,

regulada

para

ello

convencionalmente. Ver figura Nº 42.

Figura Nº 42. Representación grafica del circuito hidráulico con retorno del vástago. Fuente: Autores.

112

R 3z

Opción “B”. Sistema de transmisión de potencia por accionamiento de cilindro hidráulico con mordazas fijas. La opción “B” se describe de la siguiente manera: Esta opción al igual que la opción ‘A’, mantiene la misma distribución o estaciones de trabajo conocidas como etapas, manteniendo solo diferencia en la estructura de la maquina al estar una viga en voladizo, y él sistema de mordazas para el dobles de tubos es fijo, ahora bien, cuando el cilindro hidráulico acciona su carrera produce un dobles sin deslizamiento en las mordazas, por lo tanto se dice que no existe un suavizado en la curva. Ver figura Nº 43.

Figura Nº 43. Representación grafica de una dobladora de tubos con mordaza fija como opción B. (Autodesk Inventor 2009). Fuente: Autores. Una vez que es aplicada la fuerza por parte del cilindro hidráulico, la tubería se apoya contra las mordazas fijas, haciendo que este vaya

113

R 3z

curvándose conforme la carrera del pistón. Este avance brusco produce roce sobre el material que pudiera no formar la curva deseada. Ahora bien, Luego de haber planteado las opciones, se tiene que ambas realizan el trabajo de forma similar, la diferencia está en la manera como trabaja el cabezal que sostiene el tubo una vez que es aplicada la fuerza por parte del cilindro hidráulico. De modo que para seleccionar la opción más adecuada se realizo un cuadro comparativo donde se muestra un puntaje promediado por parte de los autores, donde dicha puntuación individual se muestra en Ver anexos Nº 2 y 3, evaluando las variables tales como: mantenimiento, costo, vida útil, accesibilidad a los elementos de construcción y eficiencia. A través de aspectos técnicos, se estableció un análisis comparativo entre ambas opciones, para así poder seleccionar la más apropiada. Por tal razón el análisis se realizo utilizando una tabla de ponderación, donde cada columna representa una de las posibles variables seleccionadas para el diseño, otorgándole a cada una un valor de ponderación en la escala del 0 al 1, dependiendo de su importancia, luego a cada una de las opciones de diseño planteadas se le asigna un valor subjetivo de apreciación en la escala del 1 al 5, donde: muy mala: 1, pobre: 2, regular: 3,buena: 4 y excelente: 5, posteriormente ambos son multiplicados y la suma de ellos representa el valor indicativo para seleccionar la propuesta de diseño más conveniente (Ver tabla Nº 5). Variables seleccionadas para la evaluación:

114

 Mantenimiento: Que sea de bajo costo, fácil de realizar y en largo periodo de tiempo.  Costo: En ella se mide la cantidad de bolívares Fuertes que se requiere para llevar a cabo el proyecto, es decir la construcción de la máquina y depende de la sencillez con la que se utilicen sus elementos de máquina.  Vida Útil: En esta variable se evalúa la resistencia de la estructura, materiales y diseño de los subsistemas del equipo.  Eficiencia: Aquí se espera medir la capacidad de conseguir el efecto deseado para la cual esta máquina fue diseñada.  Accesibilidad a los elementos de construcción: en esta variable se evalúa la adquisición de cada una de las partes del equipo para su posterior construcción. Tabla Nº 5: Análisis comparativo de las opciones Robert Norton. Accesibilidad a los Mantenimiento

Costo

Vida Útil

Eficiencia

elementos

Rango Acumulado

de construcción

Factor de Ponderación

Opción “A” Opción “B”

0,15

0,20

0,20

0,30

0,15

5

4

5

5

3

0,75

0,8

1

1,5

0,45

5

4

3

3

3

0,75

0,8

0,6

0,9

0,45

Excelente: 5, buena: 4, regular: 3, pobre: 2, muy mala: 1. Fuente: Autores.

115

1,0 4,5

3,5

Luego de observar el análisis técnico de las propuestas se selecciona la opción ‘A’ por obtener el mayor puntaje de rango acumulado y por ser considerada la más viable con respecto a la otra opción presentada, desde el punto de vista de la vida útil y eficiencia en comparación con la opción “B”, ya que estos son factores a considerar para lograr un buen funcionamiento y la total producción de estructuras metálicas acorde a las necesidades de la institución. Cálculos para el diseño de la maquina dobladora de tubos. Descripción General del equipo y especificaciones de diseño para el doblado de tubos. Cada una de las partes funcionales de la maquina están clasificadas como estaciones de trabajo que en conjunto se encargan de llevar aceite hidráulico por todo el sistema para garantizar el dobles a tubos comerciales

Kg

con una resistencia a la flexión de 2102

cm 2

información suministrada por

el catalogo de CANDUVEN ver Apéndice Nº 1. Cuyos diámetros a doblar para este diseño varían entre 1/2 pulg como diámetro menor hasta 2.5 pulg de diámetro mayor, de acuerdo a estudios realizados se determino a través de un ensayo que la fuerza necesaria para doblar un tubo de diámetro 2.5 pulg es de 2.3 toneladas, las variables que intervienen en el proceso son la separación entre apoyos como 20cm aproximadamente, distancia que es asumida y necesaria para determinar la fuerza teórica para doblar el tubo.

116

Para calcular esta fuerza se toma de catalogo el tubo de mayor diámetro como condición de diseño y se procede a sustraer las siguientes especificaciones. Ver Apéndice Nº 2.  Diámetro exterior: 63.50 mm.  Diámetro interior: 59.50 mm.  Espesor: 2 mm.  Área: 3.86 cm 2  Peso lineal: 3.03

Kg

m

 Modulo de sección: 5.76 cm3 Condición de diseño para la determinación de la fuerza hidráulica.  Diámetro máximo de tubería 2.5 pulg (6.35cm).  Diámetro mínimo de la tubería ½ pulg (1.27cm).  El material a doblar es tubular. Calculo de la fuerza hidráulica requerida para el proceso de doblado de tubos comerciales. La fuerza hidráulica actúa sobre un perfil simplemente apoyado con sección circular. Ver figura Nº 44. Ph

Ph

2

L 117

Ph

2

Figura Nº 44. Diagrama de cuerpo libre para la representación de la fuerza hidráulica. Fuente: Autores. Calculo del momento máximo. Para determinar este valor es necesario plantear la siguiente ecuación Mmax = ( Smin )( σ fluencia ) .

Donde: Mmax =Momento máximo. (Kg.cm )

Smin = Modulo de sección. (cm3 ) σ fluencia = Esfuerzo de fluencia del material tubular.

Mmax = ( 5.76 )( 2102 ) cm3

 Kg  2  cm 

Kg cm 2

Mmax = 12107.52 Kg . cm

Calculo de la fuerza hidráulica requerida. Al analizar el diagrama de cuerpo libre de la figura Nº 31. Se puede notar que el momento máximo resulta de la siguiente forma.  F  L  Mmax =  h    2  2 

Mmax =

( Fh )( L ) 4

Al despejar la fuerza hidráulica se obtiene de la ecuación la siguiente expresión.

118

R 3z

Fh =

4( Mmax ) L

Obteniendo Fh = 2421.5 Kg con L=20cm de separación entre apoyos. Una vez obtenida la fuerza hidráulica requerida para deformar el tubo metálico, es necesario determinar la fuerza de roce entre el porta troquel y la canaleta metálica que sirve de guía para optimizar el proceso. En la figura Nº 45. Se ilustra en color rojo la zona de roce.

P

Fr

Fh

Fr

Figura Nº 45. Análisis para el cálculo de la fuerza de roce. Fuente. Autores. Donde: P= Peso del conjunto metálico. Fr= fuerza de roce debido a la fricción entre metal-metal. Diagrama de cuerpo libre. N Fr

Fh

M P 119

Figura Nº 46. Diagrama de cuerpo libre del conjunto metálico porta troquel. Fuente. Autores. Para determinar la fuerza de roce es necesario calcular el peso del conjunto metálico. Por lo tanto se desglosa en dos partes. Ver figura Nº 47.

(a)

(b )

Figura Nº 47. Descomposición de conjunto metálico porta troquel. Fuente. Autores. La primera parte está formada por tres sub-partes metálicas con diferentes dimensiones. Ver figura Nº 48.

3

12mm

2

60mm 35.5mm

1

88mm

120 12mm

Figura Nº 48. Dimensionamiento de subconjunto superior metálico. Fuente. Autores. Por lo tanto el volumen total es igual a: Va = V1 + V2 + V3 V1 = V3

Va = 2V1 + V2

Va = [ 2( 60 )( 35.5 )(12) + ( 88 )( 60 )(12) ]mm 3

1m3 (1000mm ) 3

Va = 1.144 x 10 −4 m3

En la siguiente figura Nº 49. Se muestran las dimensiones de la segunda parte del conjunto metálico con una profundidad de 117mm.

1

2

3

Figura Nº 49. Dimensionamiento del subconjunto inferior porta troquel. Fuente. Autores. De igual forma se descomponen para poder calcular de una forma más fácil su volumen quedando como: Vb = V1 + V2 + V3 V1 = V3

Vb = 2V1 + V2

121

Vb = [ 2(12)( 6 )(117 ) + ( 88 )(18 )(117 ) ]mm 3

1m3 (1000mm ) 3

Vb = 2.021x 10 −4 m3

Calculo de la masa del conjunto metálico Para el cálculo de la masa es necesario conocer la densidad del acero, la cual es igual a: ρacero = Densidad del acero (7850 Kg/m3), ver apéndice Nº 3.

ρacero =

mcm VT

VT = Va + Vb

Donde: mcm= masa del conjunto metálico. mcm = ( ρacero )( Va + Vb )

(

)

Kg   mcm =  7850 3  1.144x10 − 4 + 2.021x10 − 4 m3 m   mcm = 2.48 Kg

Basta entonces multiplicar la masa obtenida por el coeficiente de roce del material metálico e igual 0.15 ver apéndice Nº 4. Fr = N.μ

Siendo el peso (P) igual a la norma (N), se tiene una fuerza de roce igual a: Fr = 0.372 Kg

122

Lógicamente la fuerza es un tanto despreciable en comparación con la fuerza necesaria para deformar el tubo de acero, sin embargo, para efectos de diseño todos estos aspectos deben ser considerados para evitar posibles fallos; para lo cual tomaremos la fuerza de roce un poco por encima como Fr= 5Kg a fin de sobre diseñar el efecto de empuje del cilindro hidráulico, para un total de una fuerza hidráulica de 2426.5Kg Selección del cilindro hidráulico Para la selección de este elemento se necesitan las condiciones de diseño que hacen posible la selección del cilindro hidráulico y entre ellas se tiene:  La carrera máxima del pistón es de 500mm.  El movimiento de salida del vástago se realiza en 10 segundos.  El tipo de aceite hidráulico es comercial. Calculo de la velocidad media en el desplazamiento de salida del vástago.

V=

L t

Donde:

  V= velocidad.  cm seg    L= longitud de carrera. (mm ) t= tiempo. ( seg) V=

500mm 10seg

123

V = 50 mm

seg

Se selecciona un cilindro hidráulico a través de un catalogo online llamado ROEMHELD ver apéndice Nº 5. Ubicado en internet. Ver figura Nº 50.

Figura Nº 50. Cilindro hidráulico B1. 282 con amortiguación final opcional, con doble efecto. Fuente: catalogo de cilindros hidráulicos online Römheld GmbH. Tabla Nº 6. Tabla resumen del cilindro hidráulico. Descripción del cilindro seleccionado.  Cilindros hidráulicos de doble efecto.

Modélelo: B1282

 Diámetro del pistón 63mm.  Longitud de carrera de 500mm.  Presión de servicio 200bar.  Alimentación de aceite con rosca exterior.  vástago del pistón con rosca exterior.  la fijación la parte delantera y trasera del cuerpo esta previstas de 4 roscas interiores. Material.  Cuerpo: Acero de decoletaje pavonado.

124

R 3z

 Vástago del pistón: acero bonificado con cromado duro. Fuente: Autores. Es importante señalar que la presión de servicio del sistema fue estimada en una primera instancia como 200 bar sin tener en cuenta las pérdidas de carga, debiendo resaltar que esta es la presión a la que trabaja la bomba, sin embargo estas nuevas variables desarrollan una fuerza mayor a la necesaria para doblar el tubo, que a continuación se calcula. P=

F A

Donde: P= presión de servicio del sistema (bar) F= fuerza real del embolo (Kg) A= área del embolo (mm 2 )

F = P.A F = 6361.72 Kg

F = 6.36 ton

Dando un factor de seguridad de: Fs =

6361.72Kg 2426.5Kg

Fs = 2.62

Selección de la bomba hidráulica En este cálculo se determinara la potencia hidráulica y el tipo de bomba que es necesaria para desplazar el aceite por las conexiones y mangueras del sistema, debiendo resaltar que para efectuar este cálculo se asumirá la longitud de las mangueras desde el cilindro hidráulico a la válvula direccional como L=3000mm.

125

Condiciones de diseño para la selección de la bomba hidráulica.

 Densidad del acetite hidráulico= 830

Kg

m3

ver Apéndice Nº 6.

2    Viscosidad del aceite 50cSt  mm seg  ver Apéndice Nº 6.  

 Mangueras de alta presión con conexión rosada.  Longitud de las mangueras de 3000mm.  Diámetro de las mangueras comercial 3 4 pulg = 19.05mm .  Presión del sistema 200bar ver Apéndice Nº 4. Calculo del caudal que debe proporcionar la bomba. Q = V.A

Donde: Q= caudal de la bomba

(L min)

  V= velocidad media en el desplazamiento de salida del vástago  mm seg    A= área del embolo (mm 2 ) mm π( 63 ) . mm 2 seg 4 2

Q = 50

Q = 9.35

L min

Se selecciono una bomba de tamaño nominal TN=6.3 la cual según apéndice Nº 7. Puede mover 9.4 L

min , ahora si se consulta la curva

126

característica se puede ver si el caudal calculado es el ideal. Ver apéndice Nº 8.

Figura Nº 51. Bomba hidráulica TN 6.3. Fuente: Catalogo de bombas – equipos hidráulicos y componentes MORO HIDRAULICA. Tabla Nº 7. Tabla resumen de bomba hidráulica. Descripción de la bomba hidráulica.  Caudal: 9.4 L/min.

TN 6.3

 Tapa lisa. Fuente: Autores. Calculo de las pérdidas de carga con la bomba seleccionada. En una primera instancia se determina la velocidad del fluido hidráulico en el interior de las tuberías. V=

Donde: Q= caudal de la bomba

Q A

(L min) 127

R 3z

  V= velocidad del aceite hidráulico en el interior de las mangueras  m seg    A= área de las mangueras (mm 2 ) V=

4( 9.4 ) L 1m3 1min (1000mm ) ( π )(19.05 ) 2 mm 2 min 1000L 60seg 1m2 V = 0.54

2

m seg

Se selecciona la manguera hidráulica de alta presión SAE 100 R2 AT para una presión de trabajo de 215 bar ver apéndice Nº 9.

Figura Nº 52. Manguera hidráulica de alta presión. Fuente: Catalogo de bombas – equipos hidráulicos y componentes MORO HIDRAULICA. Tabla Nº 8. Tabla resumen de manguera hidráulica. Alta presión Descripción de la manguera hidráulica.

SAE 100 R2 AT código: 010008

 Diámetro comercial: 3/4”.  Diámetro interno: 19.0 mm.  Diámetro externo: 29.3 mm.  Presión máxima: 215 bares. Fuente: Autores.

128

R 3z

En la siguiente grafica se detallan las presiones internas del sistema hidráulico, teniendo como límite de falla 215bar, debiendo denotar que las mangueras hidráulicas están diseñadas para que no fallen puesto que la presión del cilindro no puede sobrepasar poco mas de 200bar. Ver figura Nº 53.

(FS )

2.82

1.75

(bar ) PT = 76.12

PMC = 200

PMM = 215

Figura Nº 53. Factor de seguridad vs presión del sistema. Fuente. Autores. Donde: PT= Presión de trabajo en base a 2.426.5Kg de fuerza. PMC= Presión máxima del cilindro en base a 6361.72Kg de fuerza. PMM= Presión máxima de la manguera hidráulica. Calculo del factor de seguridad para la frontera de trabajo: FS =

215bar 200bar

FS = 1.75

129

Selección de terminales accesorios y acoples rápidos De acuerdo a la designación de manguera seleccionada (Alta presión SAE 100 R2 AT código: 010008) se selecciona una camisa con la siguiente denotación de catalogo. Ver apéndice Nº 10.

Figura Nº 54. Camisa para manguera hidráulica SAE 100 R2 AT. Fuente: Catalogo de bombas – equipos hidráulicos y componentes MORO HIDRAULICA. Tabla Nº 9. Tabla resumen de camisa para manguera hidráulica. Alta presión Descripción de la camisa.

SAE 100 R2 AT código: 020004

 Diámetro de manguera comercial: 3/4”.  Diámetro interno de la camisa: 19.0 mm.  Diámetro externo de la camisa: 36 mm.  Longitud de la camisa: 42.5 mm. Fuente: Autores.

130

R 3z

Calculo del número de Reynolds y el coeficiente de rozamiento en la tubería.

Re =

V.D ν

Donde: Re= Numero de Reynolds. V= Velocidad en el interior de la tubería. D= diámetro de la tubería por donde circula el aceite hidráulico. (19.95mm)

ν = Viscosidad del aceite hidráulico. Ver apéndice Nº 6. ( 0.54 ).19.05 m mm 1000mm Re = 50

seg mm 2 seg

1m

Re = 205.74 Flujo Laminar.

Lógicamente las velocidades es estos circuitos son muy bajas y las pérdidas son calculadas de la siguiente manera: f =

64 Re

Donde: f= perdida de carga. Re= Numero de Reynolds. f = 0.311

Calculo de la perdida de carga en la tubería.

ΔP = f

L V2 ρ D 2

Donde:

ΔP = Perdida de carga. (bar) 131

f= Perdida de carga. L= Longitud de la tubería (mm) D= Diámetro de la tubería por donde circula el aceite hidráulico. (19.95mm) ρ = Densidad del aceite  Kg



 Ver apéndice Nº 6. m3 

V= Velocidad en el interior de la tubería.

ΔP = ( 0.311)

2 3000mm ( 830 ) Kg3 ( 0.54 ) m 19.05mm m 2seg2 2

ΔP = 5926.82Pa

ΔP = 0.06 bar

Para efectos de diseño se deben considerar las pérdidas de carga en el filtro de retorno y en la válvula direccional, que asumiremos de forma estándar como ΔPVR = 0.2bar y ΔPVD = 0.1bar respectivamente, Existiendo una presión en el lado del vástago del cilindro de P2 = ΔP + ΔPVR + ΔPVD P2 = ( 0.06 + 0.2 + 0.1) bar P2 = 0.36 bar

Si se hace un equilibrio de fuerzas entre el lado de entrada del vástago y el lado de salida, se tiene la siguiente expresión. P1 . A 1 = F+ P2 . A 2 A 1 = A 2 Por lo tanto P1 = P1 =

F + P2 A1

Donde: F= Fuerza máxima del cilindro hidráulico.

132

F A + P2 . 1 A1 A1

P2 = Presión producida por las pérdidas de carga. (bar ) A 1 = Área del embolo. (mm 2 )

4( 6359.18 )Kg (10mm ) 0.98bar P1 = . . + 0.36bar 2 1kg 1cm2 π ( 63 ) mm 2 cm2 2

P1 = 200.36 bar

Si se observa la curva característica de la bomba apenas se puede apreciar cambio en el caudal. Ver apéndice Nº 8. Calculo de la potencia que debe tener el motor eléctrico. A partir del rendimiento que se obtiene de las curvas en el apéndice Nº 11. La potencia consumida se puede obtener de la siguiente forma. Pot =

P1 . Q η

Donde: Pot=Potencia del motor eléctrico ( watt ) . P1 =Presión producida por las pérdidas de carga. (bar )

Q= caudal de la bomba Pot =

(L min)

( 200.36 )( 9.4 ) bar. η

Pot =

L 1m3 1min 100x10 3 N . . . min 1000L 60seg 1bar.m 2 3138.97 watt η

Obteniendo para la bomba TN=6.3 con una presión de trabajo de 200.36bar un rendimiento cercano al 84%. Por tanto. Pot =

3138.97 watt 0.84

133

Pot = 3736.86wat t Pot = 3.73 Kw

Otra forma de obtenerla es directamente del apéndice Nº 12. Entrando con la presión de trabajo de la bomba, resultando mucho más rápido pero menos preciso. Calculo del reservorio Para el cálculo del reservorio se debe tener en cuenta que en el sistema hidráulico el aceite experimenta un incremento de temperatura por parte de los elementos que son accionados de forma eléctrica, sin embargo, la temperatura máxima de servicio del aceite tiene que permanecer por debajo de un valor que no altere sus propiedades físico-químicas, es decir, el calor absorbido por el aceite tiene que ser compensado por una disipación de calor equivalente en forma natural a través de las paredes del reservorio. Para ello, se dispone a calcular el área efectiva del reservorio que garantice la disipación total del calor, a través de la siguiente ecuación:

HT =

A * ( Tf − T0 ) K

Donde:

A = Área de intercambio de calor. T0 =Temperatura ambiente.

Tf =Temperatura de trabajo recomendada del aceite. HT =Calor especifico producido a volumen constante.

K= constante en el sistema internacional =31

134

Para obtener una vida de servicio óptima del aceite y de los elementos del sistema hidráulico se recomienda que la temperatura del aceite oscile entre 49°C y 54°C siendo 66°C la máxima temperatura de aceite recomendada. Además, el grado de viscosidad debe estar entre 32 cSt (150 SSU) y 68 cSt (315 SSU), es decir se debe utilizar aceite SAE 10W o SAE 20-20W [18]. El aceite utilizado en el sistema hidráulico es SAE 10W, la temperatura ambiente donde se instalara este sistema es de 30°C. La disipación de calor por conducción a través de las paredes de acero es de espesor 4mm. Despejando el área de intercambio de calor de la ecuación se tiene que:

A=

31( HT ) ( Tf − T0 )

Figura Nº 55. Transferencia de calor sobre las paredes del reservorio. Fuente. Frank P. Incropera, David P. De Witt - 1999.

135

Ahora bien, como en el sistema no se encuentran instalados sistemas de accionamiento eléctrico como electro válvulas se calcula solo el calor que desprende la bomba hidráulica, así mismo para efecto de diseño aseguramos la temperatura de trabajo del aceite dentro del valor admisible como Tf = 520 C , por lo tanto el valor del área deberá ser suficiente para disipar el calor absorbido por el aceite. HB =

 Q*P  1  − 1 458 n v 

Donde: Q= caudal máximo=9.4L/min

Kg

P= presión de trabajo=200.36bar= 204.31

cm2

nm= eficiencia mecánica de la bomba=0.84

HB =

( 9.4 )( 204.31)  458

1   0.84 − 1

HB = 0.798 cv T

B

Por lo tanto el calor total producido en el sistema es igual H =H A=

31( 0.798 ) ( 52 − 3 0 )

A = 1.124 m2 Teniendo el área procedemos a calcular las dimensiones del reservorio denotando las paredes como:  bc= Área Lateral.  ab= Área frontal  ac= Área de planta.

136

C

b

a Figura Nº 56. Dimensiones del reservorio de aceite hidráulico. Fuente. Autores. De la figura Nº 56. Mostrada el lado a y b son asumidos como 0.7m y 0.57m respectivamente, teniendo como visión calcular el ancho del reservorio sobre la estructura de la maquina dobladora de tubos. Quedando el área de la siguiente forma: A = ( 2 ) Area( lateral) + ( 2 ) Area( Frontal) + Area( planta )

A = 2bc + 2ab + ac

Despejando el ancho queda lo siguiente: A = 2bc + 2ab + ac c=

A - 2ab 2( a + b )

137

c=

1.124 - 2( 0.7 )( 0.57 ) 2( 0.7 + 0.57 )

c = 0.128 m

Se garantiza así que el aceite disipe el calor absorbido mientras trabaja en el sistema, debiendo colocar en la parte alta del reservorio una tapa que evite la contaminación del aceite, pero dicho material no influye en los cálculos de diseño del reservorio, simplemente constituye un peso adicional para la base del equipo.

Calculo de la masa del reservorio

Una vez determinadas las dimensiones del reservorio se calcula el peso del mismo desglosando cada una de las tapas de forma tal que facilite el cálculo, siendo el material del reservorio una lamina de acero comercial de espesor (4mm). Ver figura Nº 44. mRe = ( ρacero )( t )( A reservorio )

Donde: mRe =

Masa del reservorio (Kg).

ρacero =

3

Densidad del acero (7850 Kg/m )

A reservorio =

2

Área total del reservorio por cada uno de sus lados (m )

t=

Espesor de lámina de acero.

138

a xb

b xc a xc

Figura Nº 57. Laminas del reservorio de aceite hidráulico. Fuente. Autores.

mRe = ( ρacero )( t )( 2bc + 2ab + 2ac ) mRe = 2( ρacero )( t )( bc + ab + ac ) Kg  4m   2 mRe = 2 7850 3  ( ( 0.57 )( 0.128 ) + ( 0.7 )( 0.57 ) + ( 0.7 )( 0.128 ) ) m m 1000    mRe = 35.265 Kg

Calculo del volumen del reservorio

Se dispone de un volumen del reservorio de 0.051m3; sus medidas son a= 0.7m, b= 0.57m y c= 0.128m. El volumen de aceite del reservorio es aproximadamente 3 a 4 veces el Q max = 9.35 L expresado

en

Q max = 0.0374 m

otra

3

min

unidad

y

min que impulsa la bomba, y

multiplicado

por

cuatro

es

de

quien se encuentra por debajo del volumen máximo del

139

reservorio y que en efecto la cantidad de aceite que debe contener es de 10 galones.

Calculo de la masa de aceite contenida en el reservorio. Para el cálculo de la masa se procede a utilizar la ecuación de densidad, quedando de la forma: ρaceite =

maceite Vreservorio

maceite = ( ρaceite )( Vreservorio )

Ahora bien, al aplicar la formula se tiene que la densidad del aceite es igual a 830

Kg

m3

, donado como resultado una masa igual a: maceite = 830

kg ( 0.051)m3 3 m

maceite = 42.33 kg

Diseño de la estructura metálica para el posicionamiento del sistema hidráulico doblador de tubos. De acuerdo a la capacidad del equipo para doblar un tubo con una fuerza mínima de 2421.5 kg de fuerza se requieren elementos estructurales de gran resistencia, para ello se plantea un boceto de acuerdo a la alternativa seleccionada con forma de arco a manera de fijar dos cilindros hidráulicos con diferentes funciones uno el de hacer la fuerza para deformar el tubo en la parte superior y el otro con la finalidad de colocar el carreto giratorio a su posición inicial en la parte intermedia. Ver figura Nº 58.

140

Figura Nº 58. Representación grafica de la estructura metálica. Fuente: Autores. Posicionamiento de los elementos mecánicos e hidráulicos en la estructura metálica Siguiendo el boceto de la figura Nº 58. Se debe tener presente que para realizar el cálculo de la viga estructural primeramente se deben posicionar los elementos hidráulicos y mecánicos tales como: cilindro hidráulico, plancha metálica (guía), carreto giratorio con porta troqueles. Ver figura Nº 59.

141

R 3z

Sistema de Doblado

Figura Nº 59. Detalle del sistema de matrices tubulares. Fuente. Autores. Para todo ello se asume una carga puntual de 200kg superior al peso de todos los elementos ubicados sobre la viga principal, a modo de factor de seguridad. Análisis de la viga principal La viga principal soporta el peso de los siguientes elementos:  Cilindro hidráulico doblador de tubos.  Guía metálica.  Porta troqueles.  Troqueles. Desde 1.5 in hasta 2.5 in. Análogo a esto se puntualiza la carga en el centro de la viga para producir sobre esta un esfuerzo más elevado a lo normal, con la finalidad de sobre dimensionar la selección de la viga. P = 280Kg

a Pa =140Kg

w = 200 kg

L = 1.4m

142

m

b Pb =140Kg

Mmax = 98Kg.m

Figura Nº 60. Diagrama de fuerza cortante momento flector de la viga superior. Fuente. Autores. Calculo del modulo de sección El momento máximo es igual a 98Kg.m equivalente a 9800Kg.cm , por lo tanto para determinar el modulo de sección se utiliza la ecuación mostrada, con un acero estructural ASTM - A-36 de acuerdo a la norma de calidad COVENIN 1149:2005, con un esfuerzo de fluencia Sy=250Mpa. Ver apéndice Nº 13. Smin =

Mmax . σ fluencia

Donde: Mmax =Momento máximo. (Kg.cm )

Smin = Modulo de sección. (cm3 ) σ fluencia = Esfuerzo de fluencia de la viga.

 250Mpa = 2549.3 Kg  2 cm  

Smin = 3.84 cm3

Selecciono del catalogo de perfiles HIERROBECO C.A ver apéndice N° 14. Un perfil estructural con las siguientes especificaciones: Tabla N° 10. Especificaciones de perfil IPN (HIERROBECO C.A).

143

IPN

DIMENSIONES (MM)

(I)

h b s 60 60 3.6 5.3 Fuente. Autores.

t -

r1 -

r2 -

ÁREA

PESO

cm2

Kg/m

5.35

4.2

Resultando un factor de seguridad de Fs =

MODULO DE SECCIÓN Sx (cm3) 10.1

10.1 Fs = 2.63 = 3.84

Como se puede notar el factor de seguridad de Fs=2.63 es ideal para la aplicación, debiendo resaltar que el modulo de sección mínimo establece sobre el diseño un factor costo que indica el mínimo admisible para la fabricación. Sin embargo, para efectos de análisis se exagera la fuerza aplicada con la intensión de visualizar el fenómeno en acción. Ver figura Nº 61.

Figura Nº 61. Representación grafica de la deflexión presente en la viga principal. Fuente. Autores. Análisis de cargas en las columnas. 144

En esta fase se proyectan las reacciones de la viga principal hacia las columnas por ley de acción y reacción, además del peso de la viga donde las variables de control para el comportamiento estructural son el esfuerzo y la deformación. De manera que al emplear los parámetros del esfuerzo o deformaciones permitidas, se diseña el elemento para obtener así las dimensiones. Ahora bien, para efectos de diseño se asumirá la longitud de las columnas y se analiza su rigidez, relacionando el esfuerzo y la deformación mediante la ley de Hooke y el criterio de Euler, permitiendo así conocer si existe deformación que pueda ser visible en la estructura. Ver figura Nº 49. Para el cálculo del peso de la viga principal se establece por catalogo un peso distribuido de 4.2 Kg/m, quien la multiplicar por 1.4m de longitud se obtiene una carga de: Pviga = 5.88Kg

PC = Pb + PC = Pa +

Pviga

2 L

145

Pviga

2

Figura Nº 62. Proyección de cargas a los soportes de la estructura. Fuente. Autores. Donde: PC =Carga de compresión en la columna. Pa ,Pb = Carga de reacción= 140Kg

Pviga

2

= Peso de la viga entre dos = 2.94Kg.

L= longitud de la columna=0.8m

PC = Pa +

Pviga

2

PC = 142.94 Kg

Calculo de la carga crítica de Euler Para el estudio teórico de pandeo es necesario aplicar la ecuación de Euler donde la fuerza de compresión debe cumplir una condición de diseño para que la viga mantenga su rigidez. Es decir:  Si PC = Ncr → Equilibrio Indiferente.  Si PC < Ncr → Equilibrio Estable.  Si PC > Ncr → Equilibrio Inestable. Naturalmente se deberá trabajar a la viga con PC < Ncr para que se encuentre siempre en equilibrio estable.

146

P < Ncr (Condicion de diseño)

L = 80cm

Figura Nº 63. Análisis de pandeo en las columnas de la estructura metálica. Fuente. Autores. Ncr =

π 2E.I L2

Donde: Ncr =Carca critica de Euler.

E = Modulo de elasticidad= 210000 N

mm

2

6 = 21x10 N

I =Momento de inercia del perfil. L = Longitud de la viga= 80cm

Ncr =

π 2 ( 21x10 6 )( 30.4 ) kg ( 80 ) 2 ( 9.8 )

147

cm2

Ncr = 100458.5 Kg

Analizando el resultado se puede concluir que la carga aplicada es menor que la carga critica (P
Figura Nº 64. Representación de pandeo en columna. Fuente. Autores. Diseño de la base de la maquina dobladora de tubos. Para el diseño de la base metálica se utiliza una lámina de acero estructural A-36 con espesor comercial ver figura Nº 52. Quien para efectos de diseño soportara todas las cargas presentes en el equipo, que tienen que ver directamente con los pesos ubicados en la zona superior, intermedia e inferior de la estructura. Sin embargo las cargas de mayor influencia son:  Peso de las columnas.  Cargas que viajan por las columnas. (142.94Kg)

148

 Peso del reservorio.  Peso del fluido hidráulico (10 galones). Manteniendo así una carga asimétrica en relación a la superficie de la plancha metálica, lo que indica que teóricamente la zona de estudio es la que resista mayor peso, sin embargo en la figura Nº 52. Se presenta todo lo contrario a lo expuesto, ya que al someter la estructura a un software (Autodesk Inventor Professional 2009) este analiza las fuerzas presentes y denota su comportamiento en la realidad, denotando lo siguiente:  La configuración que se presenta en la plancha metálica es tal que el tanque de aceite hidráulico actúa como refuerzo (cartela), queriendo indicar que así el extremo este más cargado su resistencia se ve menos afectada por la mejor distribución de los pesos. PEL

PH

zona que resiste mayor carga

PEO

Figura Nº 65. Representación de pandeo en la base de la estructura metálica. Fuente. Autores.

149

Claramente se puede evidenciar el fenómeno de flexión en la zona que se encuentra menos carga pero de igual forma menos reforzada. Ahora bien para efectos de diseño se calcula el espesor de la plancha con el lado más débil y con la mayor carga, a fin de garantizar cualquier su utilidad a futuro. Donde: PH =Peso del Fluido hidráulico y reservorio (42.33+35.265Kg)=77.595Kg PEL =Peso del extremo libre de la estructura (peso de la viga) (142.94Kg). PEO =Peso debido a las mordazas y troqueles del lado opuesto.

Calculo de la deflexión máxima de la lámina de acero comercial En el esquema se denota sobre la parte lateral el momento máximo de la estructura a partir de una carga puntual, con la finalidad de calcular si la lamina no sufre deflexión alguna. Ver figura Nº 66. PT = PH + PEL

PT = 220.535 Kg

PT = 220.535Kg

a Pa = 110.267Kg

Pb = 110.267Kg 0.7m

v Mmax = 38.593Kg

M

150

b

Figura Nº 66. Diagrama de fuerza cortante momento flector en la lamina de acero estructural en vista lateral. Fuente. Autores. Una vez determinada la deflexión de la lámina de acero es necesaria aplicar una ecuación que determine el espesor ideal para resistir las cargas. Ver figura Nº 67.

Fibra alejada

t

2

t b = 0.7m Figura Nº 67. Representación de fibra más alejada para análisis de esfuerzo. Fuente. Autores. Calculo de momento de inercia La fibra más alejada representa el punto crítico de la lamina de acero, donde lo que se busca es determinar su resistencia a las cargas presentes. A continuación se muestran lo siguiente: I=

σ=

C= t

2

b.t 3 (Inercia en una vista lateral) Ecuación 1 12

Mmax C (Esfuerzo normal a flexión) Ecuación 2 I

; σ=

Mmax t bt

3

2

Sustituyendo la ecuación 1 en 2.

12 σ=

6 Mmax bt 2 151

La ecuación resultante hace referencia a las especificaciones de la AISC donde se desarrolla el método del esfuerzo permisible y la noción del factor de servicio (KS), ligada a la siguiente codificación de diseño. (Flexión) 0.60 S y ≤ σPerm ≤ 0.75 S y De todo esto se tiene σ Perm = σ =

0.75Sy KS

Fusionando las ecuaciones se tiene que: 0.75S y KS

=

6Mmax bt 2

Y al despejar el espesor de lámina se obtiene:

t=

( 6)( K S )( Mmax ) ( 0.75 )( b ) ( S y )

De acuerdo a la ecuación se lee el factor de servicio K S=1.33 en el apéndice Nº 15. Y se utiliza para el material de la lamina un acero estructural ASTM - A-36 de acuerdo a la norma de calidad COVENIN 1149:2005, con un esfuerzo de fluencia Sy=250Mpa. Obteniendo con la carga aplicada un espesor igual a:

t=

( 6 )(1.33 )( 38.593Kg.m )  9.8 m Seg2 1N

  6    ( 0.75 )( 0.7m)( 250MPa )  1x10 N2  1Kg.m  2  1MPa m Seg    t = 4.79 mm

Con los cálculos obtenidos vamos al apéndice Nº 16. Y observamos que el espesor inmediato superior es de 5mm con un peso bruto de 576Kg con las siguientes dimensiones 2400x6000 metros. Ahora bien para la maquina dobladora de tubos se requieren 1200x1400 metros donde al hacer una regla de tres se calcula un peso de 67.2Kg.

152

Calculo del diámetro del pasador que sujeta el cilindro hidráulico De acuerdo a los diferentes elementos que conforman el equipo, se establece en el diseño un elemento de sacrificio de tal manera que al presentarse una falla se dé sobre el elemento de menor costo, así pues, para determinar el diámetro base del pasador se usara la teoría del esfuerzo cortante máximo. Con una fuerza de diseño inferior al límite de operación del cilindro (6361,72Kg) en el extremo opuesto del mismo. Ver figura Nº 68.

Figura Nº 68. Vista en detalle del pasador de acero. Fuente. Autores.

153

De acuerdo a la forma como se aplica la carga sobre el pasador este falla a corte, siendo su material un acero al carbono con propiedades dúctiles del tipo AISI 1010, con un esfuerzo de fluencia Sy=300Mpa. Ver apéndice Nº 17.

FTH ' FTH '

FTH '

2

2

Figura Nº 69. Análisis del pasador metálico sometido a fuerza cortante. Fuente. Autores. Donde: FTH ' =Fuerza hidráulica en oposición necesaria para doblar material

tubular. Teoría de esfuerzo cortante máximo τ max = 0.577 ( Sy ) τ max = 0.577( 300 )MPa τ max = 173.1MPa

La fuerza cortante es igual a τ max =

2 FTH ' π ( d) ; y el área es igual A = ; 2A 4

por lo tanto si combinamos las formulas queda de la forma:

154

τ max =

2FTH ' 2 Con un factor de seguridad asumido de F S=2.4 se tiene que: π ( d)

τ max 2FTH ' = 2 FS π ( d) 0.577Sy 2FTH ' = 2 FS π ( d)

d=

2( FS )( FTH ') Para un resultado igual a: π( 0.577 )( Sy )

d=

( 2)( 2.4 )( 2421.5Kg)  9.8 m Seg2 1N

  6  ( π )(173.1MPa ) 1x10 N2  1Kg.m  2  1MPa m  Seg  d = 0.0144m → d = 1.44cm

Por lo tanto el diámetro es d = 1.5 cm Análisis de soldadura en los soportes del cilindro hidráulico Sobre la parte superior de la estructura se ejecuta la fuerza de mayor riesgo por parte del cilindro hidráulico hacia los elementos de sujeción, lo que quiere decir que las juntas soldadas están sometidas a grandes esfuerzos que pueden producir una falla, es por esto que se analizan estás cargas y se calcula el cordón y su factor de seguridad. Ahora bien, La soldadura está sometida a torsión y a flexión, debiendo denotar que la fuerza aplicada esta fuera del plano donde está el grupo soldado, por lo tanto, produce flexión al centro de gravedad de la misma, a demás de la carga directa llamada torsión, para ello se usara electrodo 6013, con las siguientes propiedades mecánicas: ver apéndice Nº 18.

155

S y = 345MPa

Sut = 427MPa

En la siguiente figura se muestran la forma como se encuentra aplicada la soldadura y la carga máxima proveniente del cilindro hidráulico

( Fmax = 6361,72Kg ) , además de una simulación de esfuerzos donde se indica el comportamiento de la unión, a través del software Autodesk Inventor Professional 2011. Ver figura Nº 70.

Fmax

h = altura de filete

Fmax

2 2 Corte

Figura Nº 70. Representación de esfuerzos en la soldadura de los anclajes. Fuente. Autores. Partiendo de una condición crítica estática se analizan los soportes de forma individual, denotando que estos se encuentran en voladizo con respecto a la posición donde están fijados, sin embargo, para calcular si la configuración de los elementos soldados es confiable se calcula el factor de seguridad. Partiendo de las siguientes dimensiones en el soporte ver figura Nº 71.

R = 0.75cm

R = 5cm

10cm

10cm 156

15cm

1cm

Figura Nº 71. Esquematización de soportes para anclaje del cilindro hidráulico. Fuente. Autores. En el apéndice Nº 19. Se muestra las formulas necesarias para calcular el área del cordón de acuerdo a la configuración que se muestra ver figura Nº 72. Calculo del momento flexionante Para el cálculo del momento se denota primeramente la reacción de la forma:

R=

Fmax

2

R = 3180.86Kg

= R = 31172.42 N

Por lo tanto el momento flexionante alrededor de X es:  10mm  MX = ( 31172.42N )(10cm )    1cm 

MX = 311.724 x 10 4 N . mm

Diagrama de cuerpo libre 1cm

10cm

X

R c.g

157

5cm

X

Figura Nº 73. Geometría del cordón de soldadura aplicado a los soportes de anclaje del cilindro hidráulico. Fuente. Autores. Calculo del momento rectangular de inercia Consiste en las contribuciones hechas por los dos cordones verticales y los dos horizontales; y calculadas por tabla ver apéndice Nº 19. Se tiene que:

I = ( t )(IX ) IX =

d2 ( 3b + d) 6

Donde: b= 1cm d= 10cm IX = ( t ) 216.66cm 3

(10) 3 mm 3 1cm3

IX = ( t ) 216.66 x 10 3 mm3

Calculo del esfuerzo flexionante (tensión)

σ=

Mx C Ix

Donde: C= fibra más alejada (ver figura Nº 59) σ=

(311.724x10 N.mm )( 50mm ) ( t ) ( 216.66x10 mm ) 4

3

158

3

719.385 N t mm

σ=

Y el esfuerzo cortante trasversal en todos los cordones es: τ=

R R = A t.L

Donde: L= longitud del cordón de soldadura. t= espesor del cordón. τ=

31172.42N 1cm . t.(1cm + 10cm + 1cm + 10cm ) 10mm

τ=

141.69 N t mm

Cálculo del esfuerzo resultante

R

MX

X

τ Resultante

c.g

X

σ=

719.385 N t mm

141.69 N t mm Fibra alejada = 5cm

τ=

Figura Nº 74. Análisis de esfuerzo en el punto que resiste mayor carga. 159

Fuente. Autores.

τ Resultante =

τ Resultante =

(τ ) 2 + ( σ ) 2

733.205 N t mm

Calculo del espesor del cordón de soldadura El procedimiento común es considerar esta resultante como un esfuerzo cortante que actúa en el plano de la garganta de la soldadura y es igual al esfuerzo cortante permisible. Por lo tanto se aplica la teoría de la energía de la distorsión para obtener una resistencia estimada de cedencia al cortante y se aplica un factor de seguridad de 1.5: 733.205 N 0.577Sy = t mm FS

733.205 N 0.577 ( 345MPa ) = t mm 1.5

(1.5 )( 733.205 ) t= 0.577( 345 )

N mm N mm 2

t = 5.52 mm

Calculo de la altura del cordón de soldadura Para calcular la altura del filete se aplica la siguiente fórmula: t = 0.707.h h=

t 0.707

160

h=

5.52mm 0.707

h = 7.81mm

El cordón de soldadura se encuentra por encima de lo común, donde se establece que este no debe estar por debajo de 1/8 pulgadas (3mm), por lo tanto la respuesta es h=7.81mm de altura, garantizando así la vida útil del conjunto soldado. Ahora bien, con respecto a las otras partes del equipo que requieren soldadura no se tomara en cuenta un análisis donde se calcule la altura del filete, puesto que solo resisten cargas leves del tipo peso estático. Es decir, solo requieren unión de soldadura para formar la estructura metálica. Diseño del sistema de giratorio de los porta troqueles El doblado de tubos metálicos requiere de sistema de fijación minuciosamente calculado, el cual simplemente consta de un porta troquel ubicado en el extremo de la estructura, tal como se muestra en la figura Nº 75. El sistema tiene la función de suavizar la curva del tubo una vez que comienza a deformarse por el efecto del cilindro hidráulico. Troquel

Giratorio

Troquel Matriz

Guias

Porta - troquel Giratorio

161

Figura Nº 75. Representación de cilindro hidráulico y troqueles. Fuente. Autores. Como se puede observar el sistema de giro posee un centro instantáneo de rotación cuya ubicación impide la colisión entre los troqueles giratorios y el troquel matriz cuyo movimiento de trabajo es axial. Y para efectos de precisión se utilizo el software Autodesk Mechanical Desktop 2009 para ubicar dicho punto. Ver figura Nº 76.

12.09 cm

24.18 cm

4.5 cm

FH Centro instantane o de rotación

Sistema en Reposo

Sistema en Activo

Figura Nº 76. Forma de trabajo del sistema de troqueles. Fuente. Autores. Es importante resaltar que el centro instantáneo de rotación calculado a través del software (CAD) es un punto en común para otros juegos de troqueles, es decir, los troqueles utilizados para doblar tubos de diferentes diámetros al calculado poseen ciertas tolerancias en su geometría que 162

ajustan perfectamente al sistema, y al hacer uso de ellos estos no colisionan. Puesto que tal acción ya ha sido analizada previamente por los autores en el software antes mencionado, con troqueles de 1.5”, 2” y 2.5”. Diagrama del sistema hidráulico Se presenta un diagrama esquemático de la relación funcional entre las tuberías, la instrumentación y los componentes de equipos del sistema hidráulico. Ver figura Nº 77. Diagrama unifilar motor eléctrico.

Figura Nº 77. Diagrama unifilar. Fuente: los Autores.

El diagrama está compuesto por símbolos geométricos que corresponden a sus componentes, controles y sus respectivas conexiones según (Automation Studio 5.0). El circuito de potencia muestra el motor trifásico con arranque directo, se exponen tres líneas, L1, L2 y L3. Cuando se va a encender el motor, se presiona el pulsador QS para energizarlo, el piloto luminoso magenta Km1 del circuito de mando, indica esta acción, mostrado en la figura N° 78. 163

Figura Nº 78. Diagrama de control con sensores de protección. Fuente: los Autores.

Una vez que el sistema se encuentra activo se observa claramente como el fluido re circula a través de la válvula direccional desde la bomba hasta el reservorio. Ver figura Nº 79.

164

Figura Nº 79. Circuito hidráulico de la maquina dobladora de tubos. Fuente. Los Autores.

Sobre el tablero de mando de control se energiza el cilindro hidráulico por medio del pulsador con el nombre avanzar, ver figura Nº 79. La válvula direccional cambia la ruta del aceite hidráulico hasta el cilindro y viceversa en el pulsador retroceder, quedando de la siguiente forma. Ver figura Nº 80.

Figura Nº 80. Accionamiento del Circuito hidráulico. Fuente. Los Autores. Cuando se presente una falla por sobre carga actua el relé térmico abriendo su contacto Fr1, cerrando a su vez KM1 ,energizando el piloto luminoso h1 amarillo indicando una falla, desenergizando a su vez el circuito de mando y apagando el motor (Como se observa en la figura N° 81).

165

Figura Nº 81. Diagrama de control del circuito hidráulico de la maquina dobladora de tubos. Fuente. Los Autores.

166

REFLEXIONES E IMPLICACIONES En el desarrollo de este proyecto se puede afirmar que los objetivos planteados al inicio de la investigación se han cumplido al 100%, a pesar del poco recurso destinado al proyecto por parte de los entes de financiamiento entre ellos el departamento de investigación, mantenimiento y bienes nacionales en la donación de equipos desincorporados, ahora bien, el proyecto requiere por otro grupo designado por el comité de proyecto la fabricación de los diferentes troqueles ajustados al mercado en referencia a los tubos comerciales que varían entre 1.5 pulg y 2.5pulg. El instituto universitario de tecnología Alonso Gamero viene desde hace ya varios años trayendo una problemática presupuestaria que limita la ampliación de la planta física y los bienes muebles que pudieran adquirir por la aplicación de proyectos de dotación. Con la creación del proyecto se busca cambiar esta realidad, es decir que la comunidad del IUTAG pueda auto gestionar sus propios muebles con el uso de la maquina dobladora de perfiles tubulares. Para lograr esto se siguió con la metodología de diseño de MILANI, como resultado del proceso de diseño se obtuvo una máquina con funcionamiento semi-automático en el proceso de doblado de tubos comerciales usados en estructuras metálicas convencionales (mesas, mesones, pupitres, etc.) accionada de forma sencilla y segura por medio de una palanca en el cuerpo de una válvula direccional, re direccionando aceite hidráulico hacia un actuador, seguido a esto el diseño cuenta con un motor trifásico cuya potencia es de 4hp y una bomba de fluido hidráulico que se acopla directamente a la misma como medio de destino en el mando de cada una de sus funciones. 167

La maquina tiene la capacidad de realizar dobles que van desde 0°-180° a tubos comerciales de diferentes diámetros y espesores hasta 2.5mm, así como la versatilidad de apoyar trabajos relacionados con la electricidad, plomería y doblado de tubos de escape para las unidades de transporte. Los resultados obtenidos a través de las simulaciones con la herramienta computacional AUTODESK

INVENTOR PROFESIONAL 2011, utilizando

para ello el método de análisis de los elementos finitos (FEA), demuestran que el diseño propuesto es viable y confiable para los requerimientos de resistencia de materiales planteados en la presente investigación. Sin embargo, Para la construcción del sistema estructural y el sistema hidráulico se utilizaron materiales donados por la institución así como accesorios referentes al sistema de transmisión de potencia debido al poco recurso financiero, dejando así en manifiesto que estos no corresponden al diseño. Simplemente se trata de recrear el funcionamiento ideal del equipo en materiales similares y previamente conformados por las mismas técnicas de fabricación tales como: corte, taladrado, soldadura, oxicorte, cizalla, lijado, limado, etc. Así como

trabajos en maquinas y herramientas tales como:

tornos, fresadora y rectificado. En conclusión, la maquina dobladora de tubos fue fabricada con materiales que están sobre dimensionados a las condiciones de resistencia real de sus partes. Lo cual, quiere decir que sus formas de trabajo están por encima a lo esperado en un diseño económico pero que no deja de ser seguro puesto que está por encima de lo requerido. Garantizando así su funcionamiento y óptimo desempeño.

168

Apéndice

169

Apéndice Nº 1. Algunas características de tubos comerciales con sección cilíndrica. Resistencia a la Fluencia  Lb   2  Pulg 

Designación

Tubo de acero para carpintería 29900 metálica de sección circular. Catalogo de Perfiles CANDUVEN. Apéndice Nº 2.

Catalogo CANDUVEN. 170

Apéndice Nº 3.

Características comunes de todos los aceros. Apéndice Nº 4.

Coeficiente de roce de los materiales.

171

Apéndice Nº 5.

Catalogo de cilindro hidráulico online Römheld Gmbh. Apéndice Nº 6. Propiedades del aceite hidráulico. Densidad

Viscosidad

 Kg   3  m 

2 (cSt ) =  mm



 seg 

830 50 Mecánica de Fluidos - 6ta Edición - Robert L. Mott

172

R 3z

Apéndice Nº 7.

Catalogo de bomba hidráulica marca TECNUN Apéndice Nº 8.

Curva característica.

173

Apéndice Nº 9.

Manguera hidráulica de alta presión SAE 100 R2 AT - Catalogo de Moro Hidráulica. Apéndice Nº 10.

Camisa para manguera hidráulica SAE 100 R2 AT - Catalogo de Moro Hidráulica

174

Apéndice Nº 11.

Rendimiento de motrores

Apéndice Nº 12.

Potencia de motores.

Apéndice Nº 13 175

Propiedades del acero estructural A-36. Apéndice Nº 14

Catalogo de de perfiles HIERROBECO C.A.

Apéndice Nº 15. 176

Para soportes de elevadores Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para grúas

K=2 K=1.25

viajeras operadas desde la cabina Para vigas maestras de soporte y sus conexiones para grúas

K=1.10

viajeras operadas desde el piso Para soporte de maquinaria ligera impulsada con el eje de

K ≥ 1.20

transmisión o motor Para soporte de maquinaria de movimiento alternativo o

K ≥ 1.50

unidades con potencia de impulsión propia Para suspensión de piso y plataforma Factores de servicio Ks Apéndice Nº 16

Fuente. Planchas o chapas gruesas.

Apéndice Nº 17

177

K=1.33

Propiedades de los aceros. Apéndice Nº 18.

Propiedades de electrodo revestido E6013.

178

Apéndice Nº 19

Formas y geometrías del cordón de soldadura.

179

Planos

180

REFERENCIAS CONSULTADAS B.J Hamrock, B. Jacobson y S. R. Schmid (2000). Elementos de máquinas. México. Mc Graw Hill Marcelo Tulio Piovan (2004). Proyecto De Elementos De Transmisión Flexibles, Caso De Estudio N° 11 Metodología de selección de correas en V UTN-FRBBUTN-FRBB Cátedra: Elementos de Máquinas. Calderón, V (S.F). Convencionalismos, procedimientos y tablas de selección. Guía de estudio de la asignatura Dibujo de Maquinas. Universidad de los Andes, Facultad de ingeniería. Mérida. Venezuela. Proyecto Nacional Simón Bolívar 2007 – 2013. (Artículo 236 N° 18). (2007, Septiembre). [Transcripción en línea]. Disponible: http://www.gobiernoenlinea.ve/noticias-view/shareFile/PPSN. Pdf [Consulta: 2011, Abril 5]. Shigley, S y Mischke, C. (2002).Diseño en Ingeniería Mecánica. México. McGraw Hill. Series HP. (S.F). Catalogo Cilindros Actuadores de Aire DADCO.

181

Anexos

182

Anexo Nº 1. Análisis de precio Unitario sin costos de mano de Obra 1.1 Maquinas y Equipos

19613,00

TOTAL DE MÁQUINAS Y EQUIPOS

1.2 Materia Prima

7249,31

TOTAL DE MATERIA PRIMA

1.3 Mano de Obra Directa

0,00

TOTAL DE MANO DE OBRA DIRECTA

2. GASTOS DE FABRICACIÓN

3826,43 3826,43

2.-TOTAL GASTOS DE FABRICACIÓN 3. SUB TOTAL GENERAL COSTOS 4. IMPREVISTOS

%

3826,43

0,1

382,64

31071,38

TOTAL GENERAL (Bs)

Fuente. Autores. Anexo Nº 2. Cuadro de ponderación de variables para la selección de la opción de diseños más conveniente. Accesibilidad a los Mantenimiento

Costo

Vida Útil

Eficiencia

elementos

Rango Acumulado

de construcción Factor de Ponderación

Opción “A” Opción “B”

0,15

0,20

0,20

0,30

0,15

5

3

5

5

3

0,75

0,6

1

1,5

0,45

5

5

3

3

3

0,75

1

0,6

0,9

0,45

Excelente: 5, buena: 4, regular: 3, pobre: 2, muy mala: 1. Fuente. Perozo Zoilo.

183

1,0 4,3

3,7

Anexo Nº 3. Cuadro de ponderación de variables para la selección de la opción de diseños más conveniente. Accesibilidad a los Mantenimiento

Costo

Vida Útil

Eficiencia

elementos

Rango Acumulado

de construcción Factor de Ponderación

Opción “A” Opción “B”

0,15

0,20

0,20

0,30

0,15

5

5

5

5

4

0,75

1

1

1,5

0,6

5

3

3

3

3

0,75

0,6

0,6

0,9

0,45

Excelente: 5, buena: 4, regular: 3, pobre: 2, muy mala: 1. Fuente. Hurtado Eduardo.

184

1,0 4,85

3,3

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA “ALONSO GAMERO” PROGRAMA NACIONAL DE FORMACION EN PNF DE MECANICA UNIDAD CURRICULAR: PROYECTO IV

CONSTRUCCION DE UNA DOBLADORA SEMI-AUTOMATICA DE PERFILES TUBULARES PARA LA FABRICACIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS. Coro Estado Falcón.

Autores: TSU. Eduardo Hurtado C.I: 16.349.735 TSU. Zoilo Perozo C.I: 11.139.016 Prof. Guía: Ing. Ediria Derce Tutor: Ing. Msc. Antonio Oropeza Sección: 01

Santa Ana de Coro, Febrero de 2012 185

PRESENTACIÓN DEL PRODUCTO Descripción de la propuesta: DOBLADORA SEMI-AUTOMATICA DE PERFILES TUBULARES PARA LA FABRICACIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS. El equipo es una maquina cuya función de trabajo es doblar tubos comerciales con diámetros comprendidos entre 1.5 pulgada y 2.5 pulgadas, cuyo accionamiento es semi-automático por medio de una palanca acoplada en una válvula direccional y la forma de transmitir la potencia es a través de la energía hidráulica que suministra un fluido (aceite). El principio de funcionamiento está destinado a la fabricación de estructuras metálicas con material tubular. Que puede variar la forma del producto final en relación con el ángulo deseado que puede estar entre 0°90°. Descripción de los sistemas de trabajo de la maquina dobladora de tubos. El equipo se encuentra subdividido en tres estaciones que definen el diseño como un producto versátil y de fácil accionamiento. Entre ellos tenemos: sistema estructural, sistema hidráulico y el sistema de mordazas. Sistema estructural. Es un conjunto de partes metálicas entre ellas perfiles estructurales de gran robustez y accesibles al mercado, que unidos forman la base de los elementos que transmiten potencia al material tubular ver figura 1.

186

Figura 1. Estructura metálica de la maquina dobladora de tubos vista isométrica. Fuente. Autores. Además, es el encargado de resistir cada una de las cargas presentes por el accionamiento de otros sistemas, donde la base está firmemente unida a un tanque de aceite cuya función es almacenar dicho fluido hidráulico, así como las uniones soldadas entre la base y dos columnas (perfil IPN) con forma de arco para posicionar cada uno de los elementos de otros sistemas.

187

Figura 2. Estructura metálica de la maquina dobladora de tubos vista isométrica posterior. Fuente. Autores. Tanque de aceite. El tanque de aceite representa el reservorio que contiene aceite hidráulico cuyas propiedades químicas permiten el accionamiento de otros sistemas de manera óptima. Ver figura 3

Figura 3. Reservorio de aceite hidráulico. 188

Fuente. Autores. Su geometría está dispuesta de manera tal permite un volumen máximo de 10 galones, con un agujero en la parte superior de la tapa para el retorno del fluido hidráulico. Es importante denotar que el volumen mencionado debe mantener el nivel, ya que de esta forma se disipa el calor absorbido por el funcionamiento del equipo. Sistema hidráulico. Es el encargado de hacer mover el cilindro hidráulico, por medio de un motor acoplado a una bomba de aceite. Esta seleccionado de acuerdo a la fuerza que se necesita para deformar un perfil tubular entre ellos diámetros desde 1.5-2.5pulgadas, además, el cilindro hidráulico utiliza una velocidad de avance relativamente baja. Ver figura 4

Figura 4. Cilindro hidráulico. Fuente. Autores. Válvula direccional. Está definido en el diseño como un elemento de accionamiento manual cuya función de trabajo es el de re direccionar el paso del fluido hidráulico

189

hacia los diferentes puntos del circuito, permitiendo que el vástago del cilindro avance y retroceda a voluntad. Ver figura 5.

Figura 5. Válvula direccional. Fuente. Autores. Como se puede ver en la siguiente figura 6 la válvula direccional regula el funcionamiento del cilindro hidráulico avanzando y retrocediendo el vástago.

Figura 6. Accionamiento del Circuito hidráulico. Fuente. Los Autores. 190

Motor bomba hidráulica. Definidos como los elementos motrices que impulsan el sistema diseñados para vencer las perdidas del sistema y garantizar la deformación plástica del perfil tubular de mayor calibre y mayor diámetro. Así mismo la bomba hidráulica cuenta con sub-elementos que mantienen el constante monitoreo de la presión de servicio como lo es el manómetro. Por otra parte el fluido hidráulico requiere de la eliminación de partículas suspendidas en el aceite y para ello se utiliza un filtro. En la siguiente figura 7 se observa el conjunto motor bomba hidráulica.

Figura 7. Motor eléctrico-bomba hidráulica. Fuente. Los Autores. Sistema de mordazas Es un conjunto mecánico que permite la fijación de los troqueles que amoldan el diámetro comercial del perfil tubular, su función es suavizar la curva de doblado conforme se acciona el cilindro hidráulico además de posicionar los porta troqueles en la posición inicial. Ver figura 8.

191

Figura 8. Sistema de mordazas. Fuente. Los Autores. Cada una de las mordazas se encuentra descansando sobre un eje de acero simplemente apoyado, por medio de chumaceras (rodamiento de bola con especificaciones comerciales de 1 ¼ pulgada). Seguidamente una rueda dentada que acopla a una cadena de rodillos cuyos extremos se unen a una barra metálica de sección rectangular para energizar a do resortes mecánicos a compresión. La función de los resortes es absorber energía para mantener al carreto donde se fijan las mordazas en posición inicial, y a su vez suavizar la curva del tubo.

192

PRESENTACIÓN DEL PROCEDIMIENTO O METODOLOGÍA MEMORIA DESCRIPTIVA En este proyecto se llevará a cabo el diseño de

una Dobladora

semiautomática de perfiles tubulares para la fabricación de estructuras metálicas. Donde se podrá construir diversas formas metálicas que van desde estaciones de trabajo (pupitres), mesas, mesones, sillas, etc. Así como también su implementación en otras áreas donde se requiera el doblado de tubos, tales como tubos de electricidad, tubos de cañerías (plomería), y/o el doblado tubos de escape en el área automotriz. Por lo que respecta a su funcionamiento la máquina semi automática dobladora de tubo con una capacidad de doblado de 1.5" a 2.5", Calibre del material 14, 16 y 18 Capacidad de tubo Cedula. 2, se cuenta con un motor eléctrico de 3,73 Kw 220 V y 60 Hz., Capacidad máxima bomba 3 GPM/3000 PSI, Operación, accionamiento por palanca con retroceso semi- automático. La maquina podrá ser utilizada con fines didácticos donde la comunidad estudiantil se verá beneficiada en un 100% así como también las instituciones adyacentes en materia de empresas de producción social. Por lo que respecta a su parte física el equipo está dividido en tres estaciones: a) Sistema estructural. b) Sistema hidráulico. c) Sistema de mordaz motriz y fijo. Ahora bien, esta máquina estará provista de un recipiente que contiene aceite para funcionamiento hidráulico con características comerciales, y a su vez actúa como soporte de la estructura. También tendrá una válvula direccional de cuatro vías para el accionamiento de dos gatos hidráulicos donde se reproduce una fuerza tal de acuerdo a los calculo que permite vencer el esfuerzo del tubo en sus diferentes calibres y diámetros; quienes

193

son accionados en una primera instancia por un motor eléctrico y posteriormente el fluido que viaja a través de las mangueras es movilizado por una bomba hidráulica hasta los cilindros o gatos hidráulicos. Figura 9.

Lista de partes: N° 1

CANT. 4

NOMBRE Apoyos Base de la

2

1

3

1

4

1

5

1

Columna de soporte

6

1

Soporte central

7

1

Soporte principal del

estructura metálica Tanque de aceite

DESCRIPCIÓN Comercial

MATERIAL Poliuretano

1560X1200X6.35

Acero estructural

Variable

hidráulico Base de la válvula

(Ver lamina 7/14) Variable

direccional

(Ver lamina 10/14) Variable (Ver lamina 5/14) Variable (Ver lamina 8/14) Variable 194

Acero estructural Acero estructural Acero estructural Acero estructural Acero estructural

8

1

9

1

cilindro hidráulico Sujetador de cilindro

(Ver lamina 9/14) Variable

hidráulico principal

(Ver lamina 9/14) Variable

Guía base

(Ver lamina 14/14)

Acero estructural Acero estructural

Figura 10.

N° 10 11

CANT. 1 1

12

1

13

6

14 15

10 1

16

1

NOMBRE Motor eléctrico Bomba de aceite Manómetro de

DESCRIPCIÓN POT. 3.73KW Comercial Presión de

presión Manguera de alta

servicio 200bar

principal

Comercial

Dia. 19.05

Comercial

Comercial Comercial FH=6.23ton

Comercial Comercial

Presión de serv.

Comercial

presión Conexión Válvula direccional Cilindro hidráulico

MATERIAL Comercial Comercial

200bar 195

17

1

Porta matriz

18

1

Matriz

Variable (Ver lamina 4/14) Variable (Ver lamina 13/14) Variable

19

2

Matriz de apoyo

(Ver lamina 12/14) Variable

20

2

Cabezal giratorio

(Ver lamina 11/14) Comercial Variable

21

2

Cadena de rodillos

22

1

Porta cadena

23

1

Cilindro hidráulico

(Ver lamina 4/14) Presión de

Acero estructural Acero SAE 1020 con carburación. Acero SAE 1020 con carburación. Acero SAE 1020 con carburación. Comercial Acero estructural

comercial secundario servicio 200bar Por otro lado, el diseño de esta máquina se realizará con la finalidad de

abordar una problemática diagnosticada, por medio de la comunidad del IUTAG específicamente en el departamento de planificación en conjunto con el aporte técnico del taller de construcciones. Quienes validan legalmente la propuesta arrojadas en el diagnostico participativo. De allí cabe señalar que nuestro rol como ingeniero mecánico apunta a dar respuesta a las necesidades que se enmarquen en nuestro perfil. El diseño se realizó con la ayuda de material bibliográfico especializado en el área Mecánica, utilizando catálogos, manuales, Normas ASTM y ASME así como reglamentos sujetos a la norma ISO. Es importante destacar, que en cada una de las actividades se requiere la fabricación de los elementos antes mencionados y para ello se tomará en consideración las instalaciones de los talleres tanto de Máquinas Herramientas como el de Construcciones Metálicas y fundición, adscritas al Departamento Académico del PNF en 196

Mecánica, Adicionalmente la máquina en su conjunto consta de accesorios y equipos comerciales de fácil adquisición en el mercado tales como: motor eléctrico, bombas de aceite, cilindro hidráulico, mangueras de aceite, tornillos, cadenas de rodillo, entre otros. En cuanto al costo para la ejecución del proyecto ronda alrededor de los Treinta y un mil bolívares (31071,38BsF.), tomando en cuenta que dicho monto no incluye la mano de obra para la ejecución de las tareas, puesto que si se agregan todas las variables el monto de fabricación seria de (99.920BsF). Para una duración de 2 semanas y media hábiles sin tomar en cuenta fines de semana, la cual estaríamos hablando de 20 días. Análisis de precio unitario En la siguiente tabla se muestran el precio de la maquina dobladora de tubos sin tomar en cuenta los costos de mano de obra. Análisis de precio Unitario sin costos de mano de Obra 1.1 Maquinas y Equipos

19613,00

TOTAL DE MÁQUINAS Y EQUIPOS

1.2 Materia Prima

7249,31

TOTAL DE MATERIA PRIMA

1.3 Mano de Obra Directa

0,00

TOTAL DE MANO DE OBRA DIRECTA

2. GASTOS DE FABRICACIÓN 2.-TOTAL GASTOS DE FABRICACIÓN 3. SUB TOTAL GENERAL COSTOS 4. IMPREVISTOS

%

3826,43

0,1

TOTAL GENERAL (Bs)

Fuente. Autores.

197

3826,43 3826,43 382,64

31071,38

198

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS N° ACTIVIDADES Construcción de una maquina dobladora de tubos. 1 Conformado de la base del equipo y tanque de aceite. 1.1 El corte de la base se utilizara llama de acetileno (oxicorte), la lámina de acero estructural de 3X1.5mt, de 4mm de espesor ASTM A-36 de Acero Estructural. 1.2 La soldadura se llevará a cabo con equipo de arco Eléctrico las laminas de 3X1mt, de 4mm de espesor ASTM A-36 de Acero Estructural, se incluye electrodos revestidos E-6013 y esmeril para rectificación de bordes, como se observa en el plano de detalle, es decir una vez cortados a 3m, las laminas serán unido a través de la soldadura. 1.3 Se colocara 4 apoyos en las esquina de la lamina base con material poliuretano comercial como se observa en el plano despiece 6/14. 1.4 La estructura se pintará con anticorrosivo para metal, colocar dos aplicaciones de pintura con compresor o brocha para lograr 1 milímetro de 2

espesor. Incluye pintura y equipo de pintura (compresor o brocha). Adecuación de base para accesorios (válvula direccional), columna

central y soporte delantero del sistema estructural. 2.1 La base para la válvula direccional se cortara con cortadora industrial tipo cizalla, la lámina de acero estructural de 3X1.5mt, de 2mm de espesor. 2.2 La lámina será doblada a 90° en las aletas y posteriormente soldada con electrodo revestidos E-6013 y soldadura de filete de ¼”, y rectificada con disco de esmeril para acero. Se incluyen electrodos, equipo de soldar y esmeril. 2.3 Para la construcción de la columna delantera se utilizara lámina de acero estructural de 3X1.5mt, de 4mm de espesor. Cortada con

flama de

acetileno (oxicorte), a la medida deseada ver plano de detalle 5/14. 2.4 La lámina será doblada a 90° en las aletas hasta formar una columna de sección rectangular y posteriormente soldada a la base con electrodo revestidos E-6013 y soldadura de filete de ¼”, y rectificada con disco de esmeril para acero. Se incluyen electrodos, equipo de soldar y esmeril. 2.5 Para la construcción de la viga central intermedia se utilizara lámina de acero estructural de 3X1.5mt, de 4mm de espesor. Cortada con flama de acetileno (oxicorte), a la medida deseada ver plano de detalle 8/14. 2.6 La lámina será doblada a 90° en las aletas hasta formar una columna de sección rectangular y posteriormente soldada a la base con electrodo revestidos E-6013 y soldadura de filete de ¼”, y rectificada con disco de esmeril para acero. Se incluyen electrodos, equipo de soldar y esmeril. 2.7 Las columnas, será pintada con anticorrosivo para metal, esta debe

3

hacerse con dos aplicaciones bien 199 sea con brocha o compresor hasta lograr 1mm de espesor, Incluye pintura y equipo para pintar. Construcción la base del sistema hidráulico principal y sistema de mordazas.

DOCUMENTACIÓN TÉCNICA DEL PRODUCTO O SERVICIO.

Manual de instrucciones

Este manual le permitirá aprender a utilizar todas las funcionalidades básicas de la maquina dobladora de tubos lea detalladamente cada una de las partes de este manual.

ADVERTENCIA Lea completa y detenidamente el presente manual de instrucciones, y siga las mismas para el correcto uso de la dobladora semiautomática de perfiles tubulares. Tenga presente que la instalación, reparación, mantenimiento, alteración o uso defectuoso de este equipo, puede resultar en gravísimos daños a la propiedad y/o a los seres humanos u otros seres vivos.

200

Fabricado con materiales disponibles en el mercado: CARACTERÍSTICAS: Potencia nominal:

3.73Kw

Tensión nominal: Frecuencia nominal Capacidad del cilindro hidráulico: Presión de servicio: Caudal nominal: Diámetro de las conexiones hidráulicas:

220V C.A. 60Hz 6.3ton 200 bar 9.4 L/min 19mm (3/4 pulg)

Tipo de aceite hidráulico:

SAE 10W - SAE 20W

Temperatura recomendada del aceite:

49°C y 54°C

Material a doblar:

Tubular

Diámetros a doblar:

Desde 1.5 hasta 2.5 pulg.

Peso neto: Altura: Ancho: Profundidad:

370Kg 1250mm 900mm 1400mm

201

Descripción de los sistemas de trabajo de la maquina dobladora de tubos. El equipo se encuentra subdividido en tres estaciones que definen el diseño como un producto versátil y de fácil accionamiento. Entre ellos tenemos: sistema estructural, sistema hidráulico y el sistema de mordazas. Sistema estructural. Es un conjunto de partes metálicas entre ellas perfiles estructurales de gran robustez y accesibles al mercado, que unidos forman la base de los elementos que transmiten potencia al material tubular ver figura 11.

202

Figura 11. Estructura metálica de la maquina dobladora de tubos vista isométrica. Fuente. Autores. Además, es el encargado de resistir cada una de las cargas presentes por el accionamiento de otros sistemas, donde la base está firmemente unida a un tanque de aceite cuya función es almacenar dicho fluido hidráulico, así como las uniones soldadas entre la base y dos columnas (perfil IPN) con forma de arco para posicionar cada uno de los elementos de otros sistemas.

Figura 12. Estructura metálica de la maquina dobladora de tubos vista isométrica posterior. Fuente. Autores. Tanque de aceite. El tanque de aceite representa el reservorio que contiene aceite hidráulico cuyas propiedades químicas permiten el accionamiento de otros sistemas de manera óptima. Ver figura 13

203

Figura 13. Reservorio de aceite hidráulico. Fuente. Autores. Su geometría está dispuesta de manera tal permite un volumen máximo de 10 galones, con un agujero en la parte superior de la tapa para el retorno del fluido hidráulico. Es importante denotar que el volumen mencionado debe mantener el nivel, ya que de esta forma se disipa el calor absorbido por el funcionamiento del equipo. Sistema hidráulico. Es el encargado de hacer mover el cilindro hidráulico, por medio de un motor acoplado a una bomba de aceite. Esta seleccionado de acuerdo a la fuerza que se necesita para deformar un perfil tubular entre ellos diámetros desde 1.5-2.5pulgadas, además, el cilindro hidráulico utiliza una velocidad de avance relativamente baja. Ver figura 14

204

Figura 14. Cilindro hidráulico. Fuente. Autores. Válvula direccional. Está definido en el diseño como un elemento de accionamiento manual cuya función de trabajo es el de re direccionar el paso del fluido hidráulico hacia los diferentes puntos del circuito, permitiendo que el vástago del cilindro avance y retroceda a voluntad. Ver figura 15.

Figura 15. Válvula direccional. Fuente. Autores. 205

Como se puede ver en la siguiente figura 16 la válvula direccional regula el funcionamiento del cilindro hidráulico avanzando y retrocediendo el vástago.

Figura 16. Accionamiento del Circuito hidráulico. Fuente. Los Autores. Motor bomba hidráulica. Definidos como los elementos motrices que impulsan el sistema diseñados para vencer las perdidas del sistema y garantizar la deformación plástica del perfil tubular de mayor calibre y mayor diámetro. Así mismo la bomba hidráulica cuenta con sub-elementos que mantienen el constante monitoreo de la presión de servicio como lo es el manómetro. Por otra parte el fluido hidráulico requiere de la eliminación de partículas suspendidas en el

206

aceite y para ello se utiliza un filtro. En la siguiente figura 17 se observa el conjunto motor bomba hidráulica.

Figura 17. Motor eléctrico-bomba hidráulica. Fuente. Los Autores. Sistema de mordazas Es un conjunto mecánico que permite la fijación de los troqueles que amoldan el diámetro comercial del perfil tubular, su función es suavizar la curva de doblado conforme se acciona el cilindro hidráulico además de posicionar los porta troqueles en la posición inicial. Ver figura 18.

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Figura 18. Sistema de mordazas. Fuente. Los Autores. Cada una de las mordazas se encuentra descansando sobre un eje de acero simplemente apoyado, por medio de chumaceras (rodamiento de bola con especificaciones comerciales de 1 ¼ pulgada). Seguidamente una rueda dentada que acopla a una cadena de rodillos cuyos extremos se unen a una barra metálica de sección rectangular para energizar a do resortes mecánicos a compresión. La función de los resortes es absorber energía para mantener al carreto donde se fijan las mordazas en posición inicial, y a su vez suavizar la curva del tubo. PRECAUCIONES Su seguridad es muy importante para nosotros. Siga los siguientes consejos básicos para reducir el riesgo de incendios o golpes eléctricos.  La instalación eléctrica debe ser adecuada para soportar los valores indicados en la placa de identificación.  Este equipo ha sido fabricado exclusivamente para “doblar tubos comerciales”, por lo que utilizarlo para otro uso se considera indebido y por consiguiente peligroso.  Si no va a usar el equipo durante un largo tiempo, desconéctelo de la fuente de energía eléctrica.  Bajo ningún concepto debe colocar las manos en la zona de trabajo mientras se realiza el proceso de doblado.  En caso de avería o de funcionamiento incorrecto del equipo, apáguelo y desconéctelo de la corriente eléctrica.

208

 Antes de doblar un tubo revise que no haya restos de metal o cualquier objeto en la trayectoria del troquel matriz.  No se recomienda doblar tubos superiores a 2.5 pulg. Ni cualquier material macizo.  Se recomienda usar zapatos adecuados con punta de hierro y suela contra choques eléctricos.  Mantenga a mano este manual para consultas posteriores.  Los fabricantes declinan toda responsabilidad en caso de accidentes o incidentes provocados por una puesta a tierra defectuosa o inexistente, además del uso incorrecto e irracional. INSTALACIÓN Anclaje. Antes de utilizar el equipo por primera vez verifique que las ruedas estén fijas para evitar movimientos no deseados y vibraciones durante su funcionamiento.

209

Nivelación. Para que la maquina dobladora de tubos funcione en las mejores condiciones es preciso nivelarla perfectamente, esto es: horizontal y estable. Una vez colocada la maquina en su sitio, fije la rueda situada en la parte frontal

Suelo inclinado

Suelo estable

derecha. Con el objeto de evitar ruidos y vibraciones debe asegurarse que la maquina no toque la pared ni equipos adyacentes.

Conexión eléctrica. Antes de conectar la maquina dobladora de tubos a la red de alimentación es necesario tener en cuenta lo siguiente:  Que la tensión de alimentación sea trifásica 220V C.A. 60Hz.  Utilice una toma corriente de pared con conexión a tierra. Instalación de mangueras hidráulicas.

210

Para obtener el máximo rendimiento y una larga duración de la manguera debe montarse de modo correcto. A continuación se muestran los casos más comunes:

211

A= Como mínimo 6 veces el diámetro de la manguera. B= Como mínimo 9 veces el diámetro de la manguera.

MANEJO Selección del tubo a doblar. Antes de introducir el tubo se debe verificar que el mismo este dentro del siguiente rango, tubos desde 1.5, 2 y 2.5 pulg de diámetro. Calibre 14, 16 y 18. Una vez seleccionado el tubo se debe colocar en el equipo los troqueles apropiados. Panel de control.

212

1. ENCENDIDO APAGADO: suba o baje el interruptor para encender o apagar el equipo. 2. PALANCA DE MANDO: baje y suba la palanca para avanzar o retroceder respectivamente el vástago del cilindro hidráulico. Soltar la palanca en medio de una operación de doblado detiene el movimiento del vástago. SOLUCIÓN A POSIBLES PROBLEMAS En caso de dudas o posibles anomalías que se presenten, comuníquese con los autores 0416-766.45.46 o 0426-763.57.29, pero antes de llamar realice las siguientes comprobaciones:

PROBLEMA

REVISAR

Que el breque este pasado o que este bien El equipo no entrega conectado a corriente. ningún movimiento. No subió el interruptor de ENCENDIDO. No se atornillo con fuerza las mangueras. Fuga de aceite en las mangueras. La manguera esta doblada en algún punto. No hay ingreso de aceite Alguna llave de paso no al cilindro hidráulico. está abierta. El movimiento vástago se detiene.

del

Algún resto de material solido en la trayectoria de las guías o del conjunto.

213

MANTENIMIENTO Esta máquina dobladora de tubos ha sido diseñada para un mantenimiento simple. Si usted sigue las 4 siguientes reglas, estamos seguros que el equipo estará siempre en buenas condiciones. 1. Asegúrese que la maquina fue instalada según las indicaciones del presente manual. 2. Evite a toda costa usar aceites con otras especificaciones al indicado. 3. Después de usar el equipo por un cierto periodo, proceda a limpiar el filtro de aceite de acuerdo a los siguientes pasos: a) Retire el filtro de aceite. b) Abra el filtro, retire los restos de partículas solidas sin usar solventes. c) Vuelva a armarlo y colóquelo en su lugar. 4. Lubrique las guías de desplazamiento axial del vástago.

214