REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA

LA EDUCACIN UNIVERSITARIA

UNIVERSIDAD POLITECNICA TERRITORIAL

DEL ESTADO BARINAS JOSE FELIX RIBAS BARINITAS-EDO BARINAS

DISEO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA EL DOBLADO DE TUBOS

CUADRADOS.

Asesor: Prof. William Medina. Autores:

Nils Vera

C.I: 13.312120

Eulimer Cabello

C.I:15948885

Barinitas, Mayo de 2013

AGRADECIMIENTO

A dios nuestro seor por impulsarnos y guiarnos hacia el logro de esta etapa

tan importante en nuestras vidas.

A nuestros padres por su apoyo constante y su confianza; a nuestras hijas

(Eulalia y Elisa Vera Cabello) que con su mirada nos iluminaron el camino para

seguir siempre adelante en este reto.

A la institucin, a todos los profesores que brindaron sus conocimientos y

apoyo en este proceso de formacin en especial al profesor Boris Arroyo, al profesor

William Medina y al profesor Carlos Colmenares, por sus asesoramientos tcnicos.

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA

LA EDUCACIN UNIVERSITARIA

UNIVERSIDAD POLITECNICA TERRITORIAL

DEL ESTADO BARINAS JOSE FELIX RIBAS

BARINITAS-EDO BARINAS

DISEO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA EL DOBLADO DE TUBOS

CUADRADOS.

Autores:

Nils Vera

C.I: 13.312120

Eulimer Cabello

C.I:15948885

RESUMEN

Este proyecto est orientado hacia la automatizacin de una mquina dobladora de tubos para la fabricacin de mesas-sillas en el taller de mecnica de la Universidad Politcnica Territorial Jos Flix Ribas la cual surge por la necesidad de promover la autogestin, aplicar nuevas tecnologas fortaleciendo el desarrollo endgeno. Siguiendo una metodologa tecnolgica basada en una etapa de diagnostico, seguido de un estudio de factibilidad donde se estudio la posibilidad de disear la propuesta tecnolgica para lograr los objetivos planteados. Mediante el estudio de diferentes tipos de automatizacin se selecciono por medio de clculos que el sistema ms adecuado para la propuesta es el neumtico, razn por la cual se simula con el software Automation Studio. Descriptores: Diseo, Mquina Dobladora, Automatizacin.

INDICE GENERAL

INTRODUCCIN ............................................................................................................ 1

CAPITULO I ..................................................................................................................... 3

EL PROBLEMA ............................................................................................................... 3

I. 1 Planteamiento del problema ................................................................................. 3

I.2 Objetivos de la investigacin.................................................................................. 6

I.2.1 Objetivo general: .............................................................................................. 6

I.2.2 Objetivos especficos: ...................................................................................... 6

I.2.3 Justificacin ..................................................................................................... 6

CAPTULO II .................................................................................................................... 8

FUNDAMENTOS TERICOS ........................................................................................ 8

II.1 Antecedentes. ........................................................................................................ 8

II.1.1 Antecedentes histricos ................................................................................. 8

II.1.2 Antecedentes de la investigacin. ................................................................. 9

II.2 Bases tericas. .................................................................................................... 11

II.3 Bases legales ...................................................................................................... 25

CAPITULO III................................................................................................................. 26

MARCO METODOLOGICO .......................................................................................... 26

III.1 Consideraciones generales................................................................................ 26

III.2 Tipo de investigacin ......................................................................................... 26

III.3. Diseo de la investigacin ................................................................................ 27

III.4. Poblacin Beneficiada y Muestra. .................................................................... 28

III.5. Tcnica de recoleccin de Informacin ............................................................ 29

III.6. Anlisis de la informacin ................................................................................. 29

III.7 Estudio de la factibilidad..................................................................................... 30

Ill.7.1 Factibilidad Social ........................................................................................ 30

III.7.2 Impacto ambiental ....................................................................................... 31

CAPITULO IV ................................................................................................................ 32

PROPUESTA TECNOLOGICA .................................................................................... 32

IV.1 Descripcin de la propuesta tecnolgica. ......................................................... 32

IV.2 Diseo de la propuesta ...................................................................................... 34

IV.2.1 Clculo del diseo ....................................................................................... 34

IV.2.2 Clculo de la fuerza de doblado ................................................................. 35

IV.2.3 Dimensionamiento de los cilindros. ............................................................ 36

IV2.4 Dimensionamiento de los cilindros. ............................................................. 37

IV.2.5 Seleccin del actuador de giro. ................................................................. 38

IV.2.6 Clculo del consumo de aire. ..................................................................... 39

IV.2.6.1 Consumo de aire del actuador de giro. ............................................... 39

IV.2.6.2Consumo de aire en los cilindros .......................................................... 39

IV.2.7 Clculo del dimetro de la tubera de la red neumtica. ........................... 40

IV.3 Diseo del circuito neumtico ........................................................................ 41

IV.4 Presupuesto ................................................................................................... 44

CONCLUSIONES .................................................................................................. 46

Anexo ..................................................................................................................... 47

INDICE DE FIGURAS

FIGURA 1 MQUINA DOBLADORA DE TUBOS. FUENTE PROPIA ...................... 11

FIGURA 2 TERMINOLOGA DEL DOBLADO KALPAKJIAN P (407). ..................... 12

FIGURA 3 ESTRUCTURA DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO. BERNAL V P(1) . 17

FIGURA 4. CILINDRO SIMPLE EFECTO TRADICIONAL. BUENO A SECCIN 5.2 ....................................................................................................................................... 22

FIGURA 5. CILINDRO DOBLE EFECTO CONVENCIONAL. BUENO A SECCIN

5.2 .................................................................................................................................. 23

FIGURA 6 ACTIVIDADES RELACIONADAS CON EL PROYECTO. PROPIA ........ 28

FIGURA 7 DOBLADO DEL TUBO MANUAL. PROPIA ............................................. 32

FIGURA 8 PLANO DE PLANTA DE LA PROPUESTA PROPIA ............................. 33

FIGURA9 PLANO EN PERSPECTIVA DE LA PROPUESTA. SOLIDWORKS PROPIA ......................................................................................................................... 34

FIGURA 10 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE. MANUAL SMC ................................ 38

FIGURA 11 ESQUEMA NEUMTICO EN REPOSO. PROPIA ................................. 43

FIGURA 12 DIAGRAMA ESPACIO FASE. PROPIA .................................................. 44

1

INTRODUCCIN

Los nuevos retos tecnolgicos existentes en el pas, estn dirigidos a

la creacin de proyectos productivos que liberen a nuestra comunidad de la

dependencia tecnolgicas que los pases con modelos capitalistas han

querido implantar, es por ello que el gobierno nacional est fomentando la

autogestin para la fabricacin de los diferentes accesorios dentro de nuestra

comunidad, lo cual permite la adquisicin a un menor costo de los mismos

sin que exista otros intermediarios esto es fundamentado cuando el plan

nacional Simn Bolvar 2007-2013 enuncia la investigacin y la demanda del

sector productivo deben acoplarse, con el fin de abaratar costos, adaptarse a

los nuevos mercados p(41)

Partiendo de la idea planteada anteriormente es pertinente presentar

el proyecto relacionado con el diseo de la automatizacin de una mquina

dobladora de tubos cuadrados de 1 para la universidad Politcnica Territorial

Jos Flix Ribas ubicada en la poblacin de Barinitas.

Este proyecto tendr la siguiente estructura para cumplir con los

objetivos que all se plantean.

En el primer captulo se describe el planteamiento del problema el cual

tiene que ver con las diferentes detalles de diseo existentes con la mquina

operada manualmente, se describen los objetivo especficos que determinan

las diferentes acciones a realizar para cumplir con el objetivo general, y se

justifica el porqu del diseo de la automatizacin de la mquina dobladora

de tubos.

2

En el segundo captulo se esboza todo el fundamento terico

necesario para realizar dicho diseo, este es de gran importancia porque

permite al lector conocer los criterios tericos existentes dentro de la

automatizacin.

En el tercer captulo se describe la metodologa implementada para el

desarrollo del proyecto planteado

En el cuarto captulo se realiza la propuesta tecnolgica la cual

describe los clculos, la seleccin de los accesorios que se van a colocar en

la mquina, y se desarrolla el circuito neumtico bajo el software de

automation studio. Es importante resaltar que lo mencionado anteriormente

tendr algunos datos de diseo que estarn especificados en los anexos,

con las tablas y diagramas.

3

CAPITULO I

EL PROBLEMA

I. 1 Planteamiento del problema

El hombre, dentro de sus entornos sociales, y a lo largo de sus

procesos evolutivos se las ha ingeniado para desarrollar tecnologas que les

permita ejecutar sus actividades cotidianas de una forma ms prctica,

eficiente y rpida, por esta razn, se asume que no existe acto humano que

no requiera de conocimiento. Ante lo expuesto; los sistemas constructivos,

independientemente de sus orientaciones, han tenido su manifestacin

mxima en las diferentes expresiones tecnolgicas que existen actualmente,

en este sentido, la tecnologa mecnica sirve como una plataforma terica

aplicable que explica muchos de los sistemas tecnolgicos que fortalecen los

procesos que determinan este tipo de tecnologa, por tanto, es importante

acotar, que la tecnologa mecnica, tal como lo esboza Gutirrez, G (2001)

que el principal objetivo de Tecnologa Mecnica es crear herramientas

condicionados bajo las teoras de la esttica, la dinmica, la resistencia de

materiales, la mecnica de fluidos, las estructuras, el diseo y clculo de

mquinas, la transmisin, la friccin, la hidrulica, los procesos productivos,

las inercias, etc. Son mbitos y conceptos de la mecnica que su aplicacin

nunca deja de evolucionar.

Continuando con los mismos preceptos, es igualmente relevante

resear aspectos relacionados con la tecnologa, que representa, de acuerdo

a Snchez, M (2000) a una caracterstica propia del ser humano consistente

en la capacidad de ste para construir, a partir de materias primas, una gran

variedad de objetos, mquinas y herramientas, as como el desarrollo y

4

perfeccin en el modo de fabricarlos y emplearlos con vistas a modificar

favorablemente el entorno o conseguir una vida ms segura. El mbito de la

Tecnologa est comprendido entre la Ciencia y la Tcnica propiamente

dichas, Por tanto el trmino "tecnolgico" equivale a "cientfico-tcnico". El

proceso tecnolgico da respuesta a las necesidades humanas; para ello,

recurre a los conocimientos cientficos acumulados con el fin de aplicar los

procedimientos tcnicos necesarios que conduzcan a las soluciones ptimas.

Tomando como fundamento estas teoras se puede manifestar que la

Universidad Politcnica Territorial Jos Flix Ribas utiliz los conocimientos

cientficos necesarios para solucionar el problemas del dficit de mobiliario

por el incremento de la poblacin estudiantil en el ao 2007 ejecutando la

produccin de 400 mesas sillas con una mquina dobladora de tubo manual

construida por la estudiante Blaya G la cual est constituida de una mordaza

mvil, una matriz de doblado, una barra tipo punzn y una palanca para el

doblado, con esta se logro, solventar parte del problema que exista ese

ao. A pesar que se logro el objetivo de construccin, con esta mquina

novedosa, no se puede dejar de tomar en consideracin que este diseo

presento detalles como fue el acabado de la pieza de doblado y la falta de

ergonoma al momento de operar la mquina.

Para el ao 2008, la estudiante Vivas Y de mecnica, asumi la

responsabilidad, por medio de interrogantes concretas de darle continuidad

al desarrollo del proyecto, relacionado con el mecanismo de la mquina

dobladora, donde logro, generar algunas modificaciones entre las cuales se

encuentran el mejoramiento de la entrada del tubo y las dimensiones de la

mesa de doblado, con esta propuesta se corrige algunos de los problemas

de diseo descrito anteriormente.

5

Partiendo de la idea anterior y debido a las nuevas transformaciones

que han ocurrido como es el pase de Tecnolgico a Universidad Politcnica

Territorial que ha trado, un aumento considerable de la matricula estudiantil

aproximadamente de 500 a 975, fundamentado por entrevista realizada al

asistente de control de estudio, se pretende dar continuidad al proyecto

presentado anteriormente, el cual es la implementacin de la automatizacin

de la mquina en el doblado del tubo de 1*1, con la que se lograra un

mejoramiento en la produccin de mesas sillas y disminuira los riesgos

fsicos, que pueden presentar los operadores de la mquina por el alto

esfuerzo muscular que estos tienen que implementar para el doblado de

dichos tubos.

Una vez, abordado el problema, es necesario considerar las siguientes

interrogantes, los cuales permitirn construir los objetivos que orientaran el

proyecto de investigacin;

- Cules sern los criterios procedimentales que permitir

determinar los fundamentos tcnicos para disear un sistema

automatizado para la mquina dobladora de tubos?

- Bajo qu preceptos ser abordado el estudio de factibilidad que

identifique los recursos existentes para la automatizacin de la

mquina dobladora de tubos?

- Cmo ser el diseo de automatizacin para la mquina

dobladora de tubos?

6

I.2 Objetivos de la investigacin

I.2.1 Objetivo general:

Disear un sistema automatizado para el doblado de tubos

cuadrados a utilizados en la fabricacin de mesas sillas del taller de

mecnica. Universidad Politcnica Territorial Jos Flix Ribas. Sede

Barinitas.

I.2.2 Objetivos especficos:

1) Determinar los parmetros tcnicos que fundamente el diseo de un

sistema de automatizacin para la mquina dobladora de tubos

cuadrados utilizados en la fabricacin de mesas sillas del taller de

mecnica. UPT Jos Flix Ribas. Sede Barinitas.

2) Determinar la factibilidad, desde el punto de vista tcnico y social que

permita el diseo de un sistema automatizado para la mquina

dobladora de tubos.

3) Elaborar la simulacin a travs de un software.

I.2.3 Justificacin

La automatizacin de la mquina dobladora de tubos cuadrados,

accionada actualmente de forma manual, es de gran importancia para la

Universidad Jos Flix Ribas, ya que de esta forma se puede realizar el

proceso de doblado de tubos cuadrados en menor tiempo y de forma eficaz y

efectiva, conservando su acabado final.

7

Otro aspecto que justifica, la automatizacin de esta mquina, es el

crecimiento constante de la matricula estudiantil y la falta de mobiliario (mesa

silla) la cual se sustentar de forma rpida y optima con desarrollo de la

propuesta.

Por otra parte podemos destacar que con el diseo que se pretende

realizar, las condiciones del operario mejoraran de forma significativa ya que

la mquina con la que se construyeron la 400 mesas sillas segn Vivas Y

2008 carece de ergonoma y de esttica p(5), trayendo como

consecuencias riesgo fsico en el operario.

Otros de los elementos que determina la justificacin del proyecto es

que se van implementar nuevas tecnologas relacionadas con el rea de

fabricacin y la automatizacin y control, la cual traera un gran beneficio

relacionado con el conocimiento amplio de todos los trminos que all se

utilizan por parte del estudiantado de dicha casa de estudio.

Siguiendo con el mismo orden de ideas podemos destacar que

adems de beneficiar a la poblacin de la Universidad Politcnica Territorial

Jos Flix Ribas, con la automatizacin de dicha mquina se podrn

beneficiar a otras comunidades aledaas a la poblacin de Barinitas,

reduciendo de forma significativa los costos que trae la construccin de

dichos mobiliario (mesa-silla).

8

CAPTULO II

FUNDAMENTOS TERICOS

II.1 Antecedentes.

II.1.1 Antecedentes histricos

La invencin de las mquinas siempre ha despertado la curiosidad de

los seres humanos por su capacidad de satisfacer las necesidades

primordiales de estos en las distintas areas de trabajo como en la

agricultura, la industria, el transporte entre otros, para lograr esta satisfaccin

los seres humanos comenzaron a imitar las partes bsicas de los seres

humanos utilizando sistemas hidrulicos.

De lo escrito anteriormente es evidente que esta invencin de

mquinas fue evolucionando y es cuando en el siglo XVII y XVIII en Europa

se crearon los primeros muecos que se parecan a los robots mecnicos y

esto tena un solo propsito el cual era la diversin en los centros de

entretenimiento porque estos robots imitaban a los msicos, esto es

soportado por Ares F 2008 uno de los robots ms interesantes es el

construido por Jacques de Vauncansos que tocaba flauta y tambor p(8). As

como se crearon robots msicos tambin se crearon robots que eran

capaces de hacer dibujos los cuales utilizaban una serie de levas que era el

programa que realizaba esta funcin, esto demostr que el hombre tena un

ingenio para seguir creando mquinas autnomas.

Otras de las pocas que determina la creacin de nuevas mquinas

es la revolucin industrial el cual por el auge de la industria textil se crearon

mquinas hiladora giratoria de Hargreaves (1770), la hiladora mecnica de

Crompton (1779), el telar mecnico de Cartwright (1785), el telar de Jacquard

(1801), entre otras. Tambin como hubo este auge en la industria textil en la

9

industria de la manufactura se dieron grandes creaciones como fue la

creacin del torno automtico, inventado por Christopher Spencer, (1940)

esto da partida a la indagacin de los sistema controlados por neumtica,

hidrulicos y elctrico los cuales son utilizados a su vez en la nuevas

tcnicas de manufacturas implementados para la poca.

Ya analizado sobre las creaciones que se dieron en los aos antes

mencionados se considera que muchas de esas creaciones se dieron porque

el hombre ha buscado la manera de desarrollar nuevos sistemas que

permitan flexibilizar los mecanismos autmatas para desempear tareas

complejas dentro de la industria y la forma de realizar esto es a travs de

poderosas computadoras electrnicas, los actuadores de control

retroalimentados, transmisin de potencia a travs de engranajes y la

tecnologa de sensores y esto es soportado por Assimov I (1932) La

investigacin en inteligencia artificial desarroll maneras de emular el

procesamiento de informacin humana con computadoras electrnicas e

invent una variedad de mecanismos para probar sus teoras (p15)

De todo lo expresado anteriormente es indudable que los pases

llamados desarrollados son los que tienden a tener una gran experiencia en

cuanto la automatizacin se refiere.

II.1.2 Antecedentes de la investigacin.

Luego de haber estudiado los antecedentes histricos que

fundamentan la investigacin que se est realizando es conveniente a su vez

de enunciar los diferentes trabajos que han ayudado a disear la

automatizacin de la mquina dobladora de tubos para as tener un mayor

dominio del tema que se est tratando.

10

Partiendo de lo anteriormente escrito se puede tomar como

antecedentes de la investigacin el proyecto realizado por Bustamante H

Universidad Bio-Bio Concepcin (2010) Diseo y clculo de una mquina

curvadora de perfiles para la empresa metal mecnica ags ingenieros

limitada; este proyecto aunque no es de automatizacin propiamente, nos

da una idea de cmo se debe realizar algunos clculos para el doblado de

diferentes perfiles, lo cual es til para el proyecto que se est realizando

debido a que la base fundamental para seleccionar ciertos accesorios se

basa en el clculo de fuerzas de doblado.

Por otra parte tambin se utiliz el trabajo realizado por Medina J

Escuela Politcnica del Ejercito Ecuador (2010) diseo y construccin de un

elevador electro neumtico porttil para montaje y desmontaje de las ruedas

y suspensin de un vehculo lo cual da de manera clara y precisa los pasos

necesarios para realizar simulaciones a travs de software, este trabajo es

uno de los ms importante ya que de esto depende el desarrollo del proyecto

que se est ejecutando actualmente.

Por ltimo se enuncia el proyecto que dio el origen para automatizar la

mquina dobladora de tubos en uno de los dobleces principales, el cual fue

el proyecto realizado por la bachiller Vivas Y (2008) Reconstruccin de una

maquina dobladora de tubos para la fabricacin de mesas sillas en el taller

de mecnica de la Universidad Politcnica Territorial Jos Flix Ribas,

donde recomienda la automatizacin para tener una mquina eficiente al

momento de realizar la fabricacin de mesa sillas.

11

II.2 Bases tericas.

Maquina dobladora de tubos

Mquina robusta fabricada en placa de acero solido, cuya funcin

principal es doblar tubos de diversos dimetros dependiendo de los

requerimientos del fabricante. Estas mquinas pueden ser manuales o

automticas.

Las mquinas dobladoras mecnicas, manuales, e hidrulicas,

automticas y electromecnicas, son herramientas que doblan por

compresin, por arrastre y por prensado. Suelen componerse de un bloque

formado con su mordaza, mvil o fija al chasis, una barra deslizante

(remplazada por una rueda pequea) y un dispositivo que los enlaza. Doblan

el tubo como si fuese una viga doblemente apoyada o en voladizo. En la

figura 1 se puede observar la mquina dobladora de tubos cuadrados

ubicada en el taller de mecnica de la Universidad Politcnica Jos Flix

Ribas. Esta funciona manualmente, el proceso de doblado se da en dos

etapas la primera es la ubicacin del tubo el cual es encajado en el punzn

de doblado, hasta el tope que determina la longitud deseada, en la segunda

etapa se colocan las mordazas de sujecin estas permiten asegurar el tubo a

la matriz de doblado para as proceder al dobles el cual se realiza atreves de

una palanca de 1,20 m como se muestra en la siguiente figura.

Figura 1 Mquina dobladora de tubos. Fuente propia

12

Situacin actual de la mquina de doblado manual

La situacin actual en la que se encuentra la maquina dobladora de

tubo se puede ver en la tabla 1 los valores actuales tomados de Vivas Y

2008

tem Descripcin valor

1 Radio de la matriz 159mm

2 Factor de seguridad de la mquina 3,72

3 Longitud del radio de doblado 244mm

Tabla 1 valores actuales de la mquina de tubos manuales. Vivas Y. p(58)

Operaciones de doblado.

Segn Neely J el doblado se refiere a un doblez simple a lo largo de

un ejep(222), en la figura 2 se muestra el proceso de la compresin del

plano neutral por la parte interna y por la parte externa el proceso del

estiramiento. El metal se deforma plsticamente sin retornar a su

caractersticas inciales.

Figura 2 Terminologa del doblado Kalpakjian p (407).

Fuerza de doblado

La fuerza necesaria para efectuar el doblado viene dada por la

geometra del punzn y del dado, as como de la resistencia, espesor y

ancho de la lmina de metal que se dobla, segn Grodver M (1997) la fuerza

mxima de doblado se puede estimar por medio de la siguiente ecuacin,

basada en el doblado de una viga simplep (511)

13

Donde: F1= 2()

(Ecuacin 1)

W= Ancho del material.

e= Espesor de pared del tubo.

Ts= Esfuerzo mximo del material

Wb= Dimetro de la mordaza.

h= espesor del tubo a doblar.

F1= Fuerza de doblado.

Automatizacin

La automatizacin es un sistema donde se trasfieren tareas de

produccin, provee a operadores humanos mecanismos para asistirlos en los

esfuerzos fsicos del trabajo y reduce ampliamente la necesidad sensorial y

mental del humano en su totalidad, en esta se emplea funciones

tecnolgicas. Estos sistemas reciben la informacin de sensores los cuales

obtienen la informacin de las variables que deben ser supervisadas

(temperatura, velocidad entre otras), estas seales son comparadas por

medio de sistemas informticos que contienen el valor normalizado, el cual

este al no concordar con la norma enva la seal de control a los elementos

que estn controlados como actuadores, motores, etc; para fundamentar lo

anteriormente escrito es conveniente citar a Kalpakjian (2002) el cual enuncia

que la automatizacin es el proceso de hacer que las mquinas sigan un

orden predeterminado con poca o ninguna participacin de mano de obra

usando equipos y dispositivos especializados que ejecutan y controlan los

procesos de manufacturas p(1024).

14

Modelo Estructural del sistema automatizado.

Un equipo que se encuentra dentro de una empresa de manufactura es

diseado para realizar determinadas operaciones especficas, estos vendran

hacer la parte operativa del sistema automatizado, y lo que controla estos

sistemas se denomina parte de control, lo cual puede utilizar tecnologas

electrnica, Neumtica, Hidrulica, etc. es por ello que Garca 1999 enuncia

que el sistema automatizado esta divididos en dos estructura claramente

diferenciadas la parte operativa y la de mando) p(10)

Tcnicas de automatizacin

Con relacin a este punto es indispensable destacar que segn

Cembranos N (2000) la automatizacin tiene las siguientes tcnicas:

Neumtica

Este proceso de automatizacin se destaca por mquinas que utilizan

el aire comprimido para trabajar, hay que tomar en cuenta las dos mquinas

que producen el aire comprimido y aquellas que lo utilizan, aquellas que lo

producen se llaman compresores.

Hidrulica

Son aquellas mquinas que usan fluidos para trabajar, usando

mayormente reas para moderar las potencias.

Ests mquinas utilizan la incompresibilidad de los lquidos para

generar grandes cantidades de potencia en muy poco tiempo. Por este

mismo hecho se usan mquinas neumticas donde se requiere mucha

potencia.

15

Algunas de las mquinas que utilizan principalmente la hidrulica son

las gras, equipos de perforacin, taladros y equipos de minera.

Electrnica

La electrnica es el campo de la ingeniera y de la fsica aplicada

relativo al diseo y aplicacin de dispositivos, por lo general circuitos

electrnicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la

generacin, transmisin, recepcin, almacenamiento de informacin, entre

otros. Esta informacin puede consistir en voz o msica como en un receptor

de radio, en una imagen en una pantalla de televisin, o en nmeros u otros

datos en un ordenador o computadora.

Principios de la neumtica

Segn la empresa Sure Qasq 323 en su pgina web, entender el aire

comprimido como el aire que est bajo una influencia superior al aire

atmosfrico, es decir, su presin es superior. Asimismo, la composicin

qumica del aire es de oxigeno, anhdrido carbnico, vapor de agua y

nitrgeno. Esta composicin qumica resulta de gran importancia porque:

1.Nos indica su nula volatidad, deflagracin o explosividad.

2. El vapor de agua oxida los elementos mecnicos que componen cualquier

circuito neumtico.

3. La baja sensibilidad que tiene el aire al aumento de la temperatura.

4. La viscosidad del aire se incrementa cuando aumentamos su presin, lo

cual incide directamente en el rozamiento de los elementos mecnicos,

disminuyendo el rendimiento ptimo de toda la instalacin neumtica. Existen

16

unos lmites ptimos para trabajar con aire, por as decir, que son entre 6 y 8

bar.

5. La neumtica al necesitar forzosamente un aire con una presin superior a

la atmosfrica, resulta significativamente ms cara que la tecnologa

elctrica.

6. El aire comprimido adems de transmitir vapor de agua, puede transmitir

otro tipo de sustancias tambin perjudiciales para el equipo neumtico.

Asimismo, si dotamos al aire de partculas de aceite en suspensin,

estaremos engrasando los elementos mecnicos del circuito neumtico. Para

acabar de invertir el problema de la transmisin, podemos dotar al circuito

neumtico de filtros para recoger la suciedad del aire.

7. El hecho de poder limpiar el aire comprimido convierte a la neumtica en

una tecnologa ideal para sectores como la alimentacin o la farmacolgica,

frente a otra tecnologa como puede ser la hidrulica, sta es bastante ms

sucia en todos los sentidos. El aire se puede extraer al exterior, mientras que

el aceite hay que recogerlo, por citar un ejemplo.

8. El circuito principal de suministro de aire comprimido, no debe sobrepasar

los 1000 metros, porque aumentara considerablemente las prdidas de aire

comprimido, haciendo que la tecnologa neumtica no resulte prctica.

9. Resulta provechoso y aconsejable hacer uso de un sistema de

almacenamiento de aire comprimido, sobre todo, en largas distancias, de

esta forma se elimina las posibles fluctuaciones que podamos tener en el

circuito neumtico a consecuencia de la distancia, de pequeos vaivenes del

compresor, etc.

17

10. La utilizacin de la neumtica en accionamientos lineales queda limitada

por razones econmicas por unos esfuerzos mximos de 3000kp (30.000N).

Estructura de un sistema neumtico

En la siguiente figura 3 se puede observar cmo est estructurado un

sistema neumtico con cada uno de sus componentes:

Figura 3 Estructura de un sistema automatizado. Bernal V p(1)

Segn Bernal V (2000) en el documento de elementos utilizados en los

sistemas neumtico expresa los siguientes tipos de vlvula:

Vlvulas direccionales

La funcin de las vlvulas es permitir, orientar o detener el flujo de aire

para distribuir el aire hacia los elementos de trabajo son conocidas tambin

como vlvulas distribuidoras.

Constituyen los rganos de mando de un circuito. Tambin son

utilizadas en sus tamaos ms pequeos como emisoras o captoras de

seales para el mando de las vlvulas principales del sistema, y an en

funciones de tratamiento de seales.

EJECUCION DEL COMANDO

18

Dos de las caractersticas principales que posibilitan su clasificacin

son el nmero de vas y el nmero de posiciones, definidos a continuacin.

Vas: llamamos as al nmero de bocas de conexin del elemento de

distribucin. Pueden tenerse vlvulas de 2, 3, 4, 5 ms vas. No es posible

un nmero de vas inferior a dos.

Posiciones: se refiere al nmero de posiciones estables del elemento de

distribucin. Las vlvulas ms comunes 2 3 posiciones, aunque algunos

modelos particulares pueden tener ms.

Las vlvulas direccionales se designan de acuerdo al nmero de vas

y al nmero de posiciones de la forma siguiente:

N Vas / N posiciones

2/2 dos vas / dos posiciones

3/2 tres vas / dos posiciones

4/2 cuatro vas / dos posiciones

5/3 cinco vas / tres posiciones

Configuracin del smbolo de una vlvula

El smbolo representa la funcin de la vlvula y su forma de

accionamiento. No representa de ninguna manera a vlvula alguna desde el

punto de vista constructivo, slo representa su funcin. El smbolo se

compone de un bloque central, en el que se identifican las posiciones

estables del elemento de conmutacin y las vas de conexin para cada

posicin, y de dos bloques extremos que representan los modos de

actuacin (mandos).

19

1. Cada posicin de la vlvula se representa por un cuadrado. Habr tantos

cuadrados adyacentes como posiciones de distribucin tenga la vlvula.

2. Las bocas se representan por trazos unidos al cuadrado correspondiente a

la posicin normal de reposo de la vlvula.

3. Las vinculaciones entre bocas se representan con lneas y flechas,

indicando el sentido de circulacin. Las bocas cerradas se indican con lneas

transversales. Dicha representacin se representa por cada posicin.

4. Las canalizaciones de escape se representan por un triangulo pudiendo

ser:

a. Escape sin posibilidad de conexin (Orificio no roscado)

b. Escape con posibilidad de conexin (Orificio roscado).

El smbolo se completa con los esquemas correspondientes a los

mandos de las vlvulas, siendo stos el medio por el cual se logra la

conmutacin de sus posiciones.

Existen distintos tipos de mandos: mandos musculares o manuales,

mecnicos, neumticos, elctricos y electro neumticos.

Vlvulas 2/2

Pertenecen a este grupo todas las vlvulas de cierre que poseen un

orificio de entrada y otro de salida (2 vas) y dos posiciones de mando. Slo

se utilizan en aquellas partes de los equipos neumticos donde no es preciso

efectuar por la misma vlvula la descarga del sistema alimentado; slo

actan como vlvulas de paso. Pueden ser normal cerradas o normal

abiertas, segn cierren o habiliten el paso respectivamente en su posicin de

reposo:

20

Vlvulas 3/2

Adems de alimentar a un circuito, permiten su descarga al ser

conmutadas. Tambin las hay normalmente cerradas o abiertas.

Vlvulas 4/2

Poseen cuatro orificios de conexin correspondiendo uno a la

alimentacin, dos a las utilizaciones y el restante al escape, el que es comn

a ambas utilizaciones. Operan en dos posiciones de mando, para cada una

de las cuales slo una utilizacin es alimentada, en tanto la otra se encuentra

conectada a escape; esta condicin se invierte al conmutar la vlvula.

Vlvulas 5/2

stas poseen cinco orificios de conexin y dos posiciones de mando.

A diferencia de la 4/2, poseen dos escapes correspondiendo uno a cada

utilizacin. Esto brinda la posibilidad, entre otras cosas, de controlar la

velocidad de avance y retroceso de un cilindro en forma independiente.

Vlvulas de 3 posiciones

Las funciones extremas de las vlvulas de tres posiciones son

idnticas a las de dos posiciones, pero a diferencia de stas incorporan una

posicin central adicional. Esta posicin podr ser de centro cerrado, centro

abierto o centro a presin.

Un centro abierto permite la detencin intermedia de un actuador en

forma libre, dado que ambas cmaras quedan conectadas a escape en esa

posicin. Un centro cerrado, por el contrario, permitir una parada intermedia,

pero el cilindro quedara bloqueado por imposibilitarse sus escapes. El centro

21

a presin mantiene alimentadas ambas cmaras, lo que permite detener con

precisin un cilindro sin vstago, compensando eventuales prdidas de aire

del circuito.

Actuadores neumticos

Puede definir actuador neumtico, como un elemento que transforma

la energa en la activacin de un sistema para generar un efecto sobre un

proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o controlador y

en funcin a ella genera la orden para activar un elemento final de control

como, por ejemplo, una vlvula. Segn Serrano. N (2005) Los cilindros son

componentes que utilizan aire comprimido para generar un movimiento

rectilneo de avance y de retroceso en un mecanismo se puede decir que son

los elementos ms utilizados en los sistemas neumticos en comparacin

con los accionadores rotativos, motores, pinzas y otros, p (87).

Aunque existen en el mercado varios tipos generalmente se dividen en

cilindros de doble efecto y simple efecto A continuacin se describen las

caractersticas principales de estos cilindros tomando como referencia el

texto de Guillen. A (2005):

Simple efecto:

En la figura 4 se demuestra las partes de un cilindro simple efecto el cual

tiene las siguientes caractersticas de funcionamiento:

El cilindro de simple efecto slo puede realizar trabajo en un nico

sentido, es decir, el desplazamiento del mbolo por la presin del aire

comprimido tiene lugar en un solo sentido, pues el retorno a su

posicin inicial se realiza por medio de un muelle recuperador que

22

lleva el cilindro incorporado o bien mediante la accin de fuerzas

exteriores.

Puede ser de tipo normalmente dentro o normalmente fuera.

Se usan generalmente para sujetar, marcar, expulsar, la adecuacin

del resorte tiene como consecuencia una longitud global ms larga su

longitud de carrera es limitada, debido a un espacio muerto.

Figura 4. Cilindro simple efecto tradicional. Bueno A seccin 5.2

Cilindros de doble efecto:

En la figura 5 podemos observar las partes de un cilindro doble efecto el cual

tiene las siguientes caractersticas de funcionamiento:

Al decir doble efecto se expresa que tanto el movimiento de salida

como el de entrada son debidos al aire comprimido, es decir, el aire

comprimido ejerce su accin en las dos cmaras del cilindro, de esta

forma puede realizar trabajo en los dos sentidos del movimiento.

Algunas de las diferencias ms notables con los cilindros de simple

efecto las encontramos en la culata anterior, que ahora ha de tener un

orificio roscado para poder realizar la inyeccin de aire comprimido.

No se pierde fuerza en el accionamiento debido a la inexistencia de

muelle en oposicin.

23

Para una misma longitud de cilindro, la carrera en doble efecto es

mayor que en disposicin de simple, al no existir volumen de

alojamiento.

Figura 5. Cilindro doble efecto convencional. Bueno A seccin 5.2

Clculo de la fuerza en los actuadores neumticos.

Este es un parmetro importante al momento de dimensionar los cilindros,

esta fuerza depende de la presin de trabajo, el dimetro del embolo y

vstago en el caso que sea un cilindro doble efecto. Serrano. N expresa que

la fuerza desarrollada por un cilindro doble efecto depende de la presin de

aire la cual es de 6 bares en condiciones de trabajo, de la seccin del embolo

y del rozamiento o perdidas, en el retroceso ser importante considerar el

dimetro del vstagop89. La ecuacin matemtica que define este

parmetro en cilindros de doble efecto en avance y retroceso es:

=

4 .2.. (Ecuacin 2)

Donde:

F= fuerza de avance.

D= dimetro del cilindro.

P= presin del aire.

R= rendimiento del cilindro R= 0.85 para cilindros hasta 40mm

R= 0.95 para cilindros mayores a 40mm

24

En retroceso: =

4 . (2 2).. (ecuacin 3)

Donde:

d= dimetro del vstago.

Actuadores de giro

En algunos casos los actuadores lineales no pueden cumplir con las

exigencias de diseo propuesta en algunos mecanismos porque no existe un

funcionamiento lineal sino rotatorio. Por tal motivo es importante mencionar

que existen actuadores de giro capaz de transformar le energa neumtica en

energa de rotacin.

Segn Serrano. N(2005) Existen dos grupos, dependiendo de si el mvil de

giro tiene un ngulo limitado o no, se forman los dos grupos a analizar

(p119):

Actuadores de giro limitado, que son aquellos que proporcionan

movimiento de giro pero no llegan a producir una revolucin

Motores neumticos, que son aquellos que proporcionan un

movimiento rotatorio constante.

Consumo de aire:

En todo sistema neumtico es indispensable conocer el consumo de

litros por minutos ya que con esto se obtiene un estimado un estimado del

gasto de energa y podemos calcular algunos parmetros de diseo tales

como el dimetro de tubera que se va a utilizar en todo este sistema para

lograr esto es indispensable utilizar los nomograma incluidos en el anexo 6.

Esto es respaldado Rodrguez. A (2001). Para disponer de aire y conocer el

25

gasto de energa, es importante conocer el consumo de la instalacin,

clculo que comenzar por los actuadores (potencia). Para una presin de

trabajo, un dimetro y una carrera de mbolo determinado, el consumo de

aire por embolada se calcula con esta frmula (p16):

Q = 2 (S n q) (Ecuacin 4)

Donde:

Q Caudal nominal

S Carrera

n Carreras por minuto

q Consumo por carrera

II.3 Bases legales

El presente estudio tiene sus soportes legales establecidos en la

constitucin de la Repblica Bolivariana de Venezuela en el articulo 110 el

cual se refiere El Estado reconocer el inters pblico de la ciencia, la

tecnologa, el conocimiento, la innovacin y sus aplicaciones y los servicios

de informacin necesarios por ser instrumentos fundamentales para el

desarrollo econmico, social y poltico del pas, as como para la seguridad y

soberana nacional. Para el fomento y desarrollo de esas actividades, el

Estado destinar recursos suficientes y crear el sistema nacional de ciencia

y tecnologa de acuerdo con la ley. El sector privado deber aportar recursos

para los mismos. El Estado garantizar el cumplimiento de los principios

ticos y legales que deben regir las actividades de investigacin cientfica,

humanstica y tecnolgica. La ley determinar los modos y medios para dar

cumplimiento a esta garanta.

26

CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

III.1 Consideraciones generales.

Al momento de realizar un proyecto de investigacin relacionado con

el rea de la automatizacin es indispensable contar con una metodologa

que permita el desarrollo pleno del mismo; en este captulo se presenta como

parte de la metodologa el tipo de investigacin, el diseo de la investigacin,

la fase del proceso investigativo y la factibilidad.

III.2 Tipo de investigacin

El presente proyecto se enmarca en una investigacin tecnolgica

teniendo en cuenta que en las ciencias de ingeniera esta modalidad de

estudio, presenta una serie de caractersticas que la relacionan de forma

natural con la innovacin tecnolgica, lo cual indica que las instancias de

promocin inicial de los proyectos de investigacin y evaluacin de la misma

pueden ser utilizadas como un instrumento para impulsar la propuesta de

esta investigacin, relacionado con el diseo de un sistema automatizado

para la maquina dobladora de tubos para la fabricacin de mesas sillas

accionadas manualmente en el taller de mecnica de la Universidad

Politcnica Territorial Jos Flix Ribas.

Segn Flores Ochoa (2001) Con innovacin tecnolgica se designa la

incorporacin del conocimiento cientfico y tecnolgico, propio o ajeno, con el

objeto de crear o modificar un artefacto una mquina, para cumplir un fin

valioso para una sociedad. Con investigacin tecnolgica en las ciencias de

la ingeniera se designa un mbito de produccin de conocimiento

tecnolgico validado, que incluye tanto el producto cognitivo, teoras,

27

tcnicas, tecnologas, maquinarias, patentes, etc.- como las actividades que

desarrollan los ingenieros para producir y validar dichos productos y

conocimientos.

III.3. Diseo de la investigacin

La investigacin se enfoca a producir resultados inmediatos en el

diseo de automatizacin de una mquina dobladora de tubos para la

produccin de mesas sillas, para cumplir con la exigencias de la poblacin

estudiantil de la universidad Politcnica Territorial Jos Flix Ribas del estado

Barinas. Es importante resaltar que la metodologa permite tener un enfoque

directo en el diseo del sistema automatizado para la mquina dobladora de

tubos accionada actualmente de forma manual mejorando as su eficiencia y

efectividad. Por tal motivo podemos decir que la metodologa planteada en

este proyecto ayudara a:

Tener un orden de actividades para lograr el desarrollo ptimo del

proyecto.

Reducir los costos asociados al diseo del sistema automatizado.

Visualizar la direccin del proyecto de forma objetiva.

Reducir los tiempos del diseo.

El diseo de esta propuesta se desarrollo utilizando una metodologa

basada en la investigacin de tipo tecnolgica, la cual se plantea en tres

etapas fundamentales: Diagnostico, Estudio de la factibilidad y diseo de la

misma. A continuacin se muestra en la figura 6 las actividades generales

asociadas al desarrollo de este proyecto.

28

Figura 6 Actividades relacionadas con el proyecto. Propia

La investigacin se desarrollo en cuatro fases:

a) Identificar la problemtica en el taller de mecnica de la Universidad

Politcnica Jos Flix Ribas sede Barinitas.

b) Elaboracin del proyecto de investigacin para determinar la

factibilidad de la propuesta tecnolgica.

c) Desarrollo de la propuesta a partir de los datos obtenidos durante el

proceso de investigacin.

d) Los resultados obtenidos de la investigacin y la difusin del proyecto

ser divulgado a la comunidad en un foro social para demostrar la

capacidad de crear de los estudiantes de Ingeniera Mecnica.

III.4. Poblacin Beneficiada y Muestra.

La poblacin estudiantil conformada por 975 estudiantes y docentes

60 segn la base de datos proporcionada por la Universidad Politcnica

Territorial Jos Flix Ribas del estado Barinas sede Barinitas se beneficiara

con el diseo de la automatizacin de la mquina dobladora de tubo evitando

el uso de una fuerza mayor, brindndole un mejor acabado al producto y

disminuyendo el tiempo del proceso productivo; Asimismo se relaciona la

Crear boceto del

diseo.

Diseo del sistema

operativo y de control.

Definicin del

sistema.

Modelar a travs de un software el sistema de

automatizacin

29

posible poblacin que obtendr beneficios con esta propuesta, tomando en

cuenta las instituciones escolares del Municipio Bolvar desde la educacin

inicial hasta la Educacin Superior. Segn Arias.F (1999) la poblacin o

universo es conjunto para el cual sern validas las conclusiones que se

obtengan: a los elementos o unidades (personas instituciones o cosas

involucradas en la investigacin.

En cuanto a la muestra Arias. F expresa que la muestra es un

subconjunto representativo de un universo o poblacin En esta propuesta el

tipo de muestreo es intencional u opintico, ya que este se caracteriza

porque la seleccin de los elementos son base de criterios o juicios del

investigador.

III.5. Tcnica de recoleccin de Informacin

Se utiliz como medio de recoleccin de datos una entrevista a un

docente involucrado en el proceso de de construccin de las 400 mesas

sillas con preguntas objetivas como diagnostico de la necesidad, informacin

importante para el diseo de la propuesta presentada (ver anexo 1).

III.6. Anlisis de la informacin

La informacin obtenida fue analizada y evaluada a travs de un

diagnostico realizado a la mquina existente en el taller de mecnica de la

Universidad politcnica territorial Jos Flix Ribas. Asimismo, se tomo en

cuenta el proyecto de rediseo de la misma, elaborado por estudiante de la

institucin antes mencionada. De esta forma se determino la necesidad de

disear un sistema automatizado para la mquina dobladora de tubos

cuadrados.

30

En los proyectos tecnolgicos es importante tener en cuenta la

seleccin del material ya que al analizar la evaluacin de costos se

comprueba su viabiabilidad, por lo tanto se debe considerar los clculos

apropiado al momento del diseo de los componentes del sistema de

automatizacin. Estos clculos estn enfocados directamente a:

1. La fuerza que se requiere para el doblado del tubo.

2. Dimensionamiento de los cilindros

3. Consumo de aire.

4. Dimetro de la tubera.

III.7 Estudio de la factibilidad

En este captulo tambin se estableci la factibilidad de la propuesta, a

travs de un estudio de los diferentes aspectos relacionados con la

factibilidad social y econmica para conocer si existe la viabilidad de la

misma. Esto en virtud de que el diagnostico y su anlisis permitan presentar

como una alternativa de solucin el problema planteado.

Ill.7.1 Factibilidad Social

El entorno social al cual va dirigida la propuesta responde al personal

docente que trabaja en la institucin, a fin de que contribuya con la formacin

integral de los estudiantes de la Universidad politcnica territorial Jos Flix

Ribas del estado Barinas, con un potencial en herramientas-mquinas

adecuados para poner en prctica los conocimientos mediante el proceso de

formacin de los estudiantes de dicha institucin.

Adems la Universidad politcnica territorial Jos Flix Ribas tendr

la oportunidad de facilitar el proceso de diseo y elaboracin de mesas y

31

sillas escolares para la dotacin de las instituciones educativas que requieren

el servicio y la utilizacin de una mquina dobladora automatizada que

permita reducir los costos, en cuanto a ejecucin de procedimiento en la

elaboracin de este tipo de mobiliario, garantizando la calidad del producto.

III.7.2 Impacto ambiental

Evaluar el impacto ambiental permite definir el conjunto de tcnicas

reducir al mnimo el riesgo de afectar el ambiente buscando el equilibrio que

respete el entorno produciendo menos productos defectuosos y menos

contaminacin. El diseo del sistema automatizado para la maquina

dobladora de tubos eleva al mximo la posibilidad de disminuir los aspectos y

riesgos significativos relacionados con criterios internos normas externas y

conjunto de principios que puedan ocasionar vulnerabilidad, por muy

pequeas que resulten desde el punto de vista, para el equilibrio del

ambiente.

32

CAPITULO IV

PROPUESTA TECNOLOGICA

IV.1 Descripcin de la propuesta tecnolgica.

Para aumentar la produccin de mesas-sillas se propone disear un

sistema de automatizacin neumtico para el doblado de tubos cuadrados de

1x1, el cual se selecciono debido a que la fuerza que se va a generar en

dicho dobles (418,51 N), est entre los parmetros requeridos para la

utilizacin de este sistema, esto es apoyado segn W. Depepert 2001 el cual

enuncia que la utilizacin de la neumtica en accionamientos lineales

queda limitadas por razones econmicas a unos esfuerzos mximos de 3000

Kp (30000 N) siguiendo con este mismo orden de ideas podemos acotar que

el mantenimiento de automatizacin neumtica es ms sencillo y econmico.

Partiendo de lo escrito anteriormente se propone sustituir la fuerza generada

por el operario ver (figura 7) por una fuerza que es producida por un motor

neumtico de paleta y adems se incorporara a dicha mquina dos cilindros

neumticos doble efecto los cuales tendrn la funcin de sujetar el tubo

durante el doblado como se muestra en la (figura 8). Esta modificacin que

se proponen permite disminuir el esfuerzo fsico del operario y reducir los

tiempos de fabricacin.

Figura 7 doblado del tubo manual. Propia

33

Mesa de doblado

Actuador de giro

Tubo 1*1

Mordaza mvil Mordaza fija

Actuadores de fijacin

Figura 8 Plano de planta de la propuesta propia

Ya mencionado las modificaciones que se pretenden realizar en dicha

mquina, es indispensable describir en la figura 9 el siguiente funcionamiento

automatizado:

El tubo es colocado en la matriz de doblado (1); esta operacin

es realizada por el operario de forma manual.

El actuador doble efecto acciona la mordaza mvil (2) el cual

sujeta al tubo a la matriz de doblado

El actuador doble efecto acciona la mordaza fija (3) para evitar

que el tubo se deforme de manera irregular.

El motor de paleta (4) entra en funcionamiento y transmite el

movimiento a la mordaza (3) para el doblado del tubo al ngulo

deseado

El tubo es retirado por el operario de forma manual

Entrada del tubo

34

Figura9 Plano en perspectiva de la propuesta. SolidWorks Propia

IV.2 Diseo de la propuesta

IV.2.1 Clculo del diseo

Para demostrar que la automatizacin de la dobladora de tubo manual

funcionara satisfactoriamente se realizan una serie de clculos tales como:

Calculo de la fuerza de doblado.

Seleccin de cilindros y motor.

Calculo del consumo de aire del sistema.

Clculo de la tubera.

1

2

3

4

35

IV.2.2 Clculo de la fuerza de doblado

La fuerza que se aplica al tubo para doblarlo produce reacciones en

los elementos que intervienen en el proceso.

En donde:

W= Ancho del material.

e= Espesor de pared del tubo.

Ts= Esfuerzo mximo del material

Wb= Dimetro de la mordaza.

h= espesor del tubo a doblar.

F1= Fuerza de doblado.

Datos:

W= 25.4 mm

e=2mm

h= 2e= 2(2mm)= 4mm

Wb= 2Rb = 2(140mm) = 280

Rb= 140mm

Ts= 288,345

F1=?

De la ecuacin 1

F1= 2()

25.4 4 2 (288 ,345 / 2)

280

F1= 418,51 N

36

IV.2.3 Dimensionamiento de los cilindros.

Segn Buenache Alejandro (2010) la fuerza terica de un cilindro

neumtico se expresa por la siguiente ecuacin matemtica.

= .. (Ecuacin 5)

Donde:

F= 418,51N

P= 6 bares

R= Rendimiento del cilindro = x

= coeficiente de rendimiento de los aceros=0.90

= Coeficiente neumtico = 0.80

A= 2

4 (Ecuacin 6)

Sustituyendo la ecuacin 5 en la 4 tenemos:

= . .2 x .

4 (Ecuacin 7)

Despejando el dimetro tenemos:

= 4.

. . x (Ecuacin 8)

D= 4.(418.51)

.6105 0.900.80

D= 0,035 m = 35 mm

37

IV2.4 Dimensionamiento de los cilindros.

Para realizar el dimensionamiento de los cilindros se utiliz el

nomograma de la Festo ver (anexo 2; diagrama 1); en este se determina el

dimetro del embolo con la fuerza requerida (418.51N) y la presin de trabajo

(6 bares), se interceptaron dichas lneas generadas y con estos valores da

como resultado un dimetro de embolo de 35 mm, con este valor se va al

catlogo de la festo, para seleccionar las medida comerciales, los cuales dan

segn la tabla 2 del (anexo 2) un dimetro de embolo de 40 mm y un

dimetro de vstago de 12 mm con una carrera de 100mm por la disposicin

de la maquina, estas sern las dimensiones finales de los dos cilindro doble

efecto para la sujecin del tubo de 1*1 pulgada.

IV2.5 Clculo de la fuerza de avance y retroceso de los cilindros:

Haciendo uso de la ecuacin 2 se calculo la fuerza de avance en los

cilindros de doble efecto.

=

4 .2.. (Ecuacin 2)

Datos:

P= 6 bares

D= 4,0 cm

R= 0,85 para cilindros hasta 40mm

=

4. 42. 6. 0,85

= 64,05

38

Calculo de la fuerza en retroceso con la ecuacin 3

=

4 . (2 2).. (Ecuacin 3)

Datos:

D= 4,0cm

d= 1,8cm =

4 . (42 1.82). 60.85

p= 6 bar = 51,11

R= 0.85

IV.2.5 Seleccin del actuador de giro.

Del manual de SMC p(1.0-2) se determina las caractersticas de giro,

el cual es de funcionamiento dinmico con carga de friccin ver figura 10, y

se calcula como se muestra a continuacin:

Figura 10 diagrama de cuerpo libre. manual Smc

= . (Ecuacin 9)

Donde:

Tf: Par del actuador

F: fuerza

l: longitud del brazo de giro.

F= 418,51N

l= 0,07m

Tf=28,28 Nm

F

39

Por consideraciones del fabricante este par efectivo debe tener un

rango extra de 4 veces el Tf por lo tanto el nuevo par efectivo es de 117,18

Nm

Luego con el manual SMC (diagrama 2; anexo 3) el par efectivo y la

presin de trabajo de 6 bares, el motor neumtico seleccionado es el CRB1-

100-S el cual es paleta simple.

Este clculo se justifica porque la carga utilizada es de 418,51N y la

carga que soporta estos motores en su eje e es de 588 N, tomado de la

(tabla 3; anexo 3) del manual SMC para seleccin de actuadores de giro.

IV.2.6 Clculo del consumo de aire.

IV.2.6.1 Consumo de aire del actuador de giro.

Segn el manual de SMC en primer lugar obtenemos el volumen

interno del actuador de giro, de la tabla 4(volumen interno) anexo 4, luego del

grafico de consumo de aire (anexo 4 grafica 3) interceptando volumen interno

de 562 cm3 con la presin de trabajo de 0,6 Mpa, obtenemos consumo de

aire del actuador el cual da 3 l/m, posteriormente calculamos el consumo de

aire del tubo el cual se obtiene del (anexo 4; grafica 4 del consumo de aire

del tubo) interceptando la presin de trabajo 0,6 Mpa y un dimetro de

tubera de 5mm da un valor de consumo de aire en la tubera de 1 l/min, el

volumen total de consumo de aire es la suma de los dos consumo por el

numero de ciclos el cual da un valor de 4*7= 28 l/min.

IV.2.6.2Consumo de aire en los cilindros

Otra caracterstica importante es la cantidad de aire a presin necesaria para

el funcionamiento de un cilindro. La energa del aire comprimido que alimenta

40

los cilindros se consume en forma de trabajo y una vez usado, el aire se

expulsa a la atmsfera por el escape. El consumo terico de aire de un

cilindro es el volumen consumido por ciclo de trabajo.

Para este clculo disponemos de los siguientes datos:

del embolo= 40mm

del vstago= 12mm

Presin de trabajo= 6 bar

Carrera 100mm = 10cm

Ciclo por minuto= 7

Con la tabla del consumo de aire para cilindros neumticos (ver

anexo 5; tabla 3) interceptamos el dimetro del embolo y posteriormente el

del vstago con la presin de trabajo obtenemos el consumo especifico de

aire.

En el caso del embolo el consumo es 0,085 lts/cm

Para el vstago el consumo es 0,008 lts/cm

q = qe qv = (0,085 0,008) lts/cm = 0, 07

De la ecuacin 4 se tiene

Q = 2 (S n q) (Ecuacin 4)

Q= 2(7c/mint. 10cm.0,07 lts/cm)

Q= 9,80 lts/min.

Qt= (9, 80 + 28) lts/mit. = 37,80 lts/min

IV.2.7 Clculo del dimetro de la tubera de la red neumtica.

La red neumtica tiene previsto trabajar con una longitud de tubo de 100

metros, un consumo de aire de 37,80 lt/min, con una presin de trabajo de 6

41

bares y con los siguientes accesorios, 3 codos y una llave de paso. Se

estima tener un crecimiento del 50% y una cada de presin del 5% para una

fuga mxima admisible del 10%, dado estos valores procedemos a calcular el

dimetro equivalente con el nomograma del (anexo 5), se une la lnea A

(longitud del tubo) con la B (caudal de aire aspirado el cual es el 10 m3/h

porque el calculado es muy bajo) y se prolonga el trazo hasta C (eje l). Unir la

lnea D (presin), con la E (prdidas admisibles). En la lnea F (eje 2) se

obtiene una interseccin. Luego se une los puntos de interseccin de los ejes

1 y 2. Esta lnea corta la G (dimetro nominal de la tubera) en un punto que

proporciona el dimetro deseado. En este caso, se obtiene para el dimetro

un valor de 10mm.

Seguidamente calcula la longitud equivalente con los accesorios a

utilizar y del anexo 5 tomando un valor de 15 porque en la grfica no se

encuentra el valor de 10 y se tiene las siguientes longitudes equivalentes:

3 codos= 3*2=6m

1 vlvula de cierre =1*10=6m

Con este valor de 6m se le suma al valor inicial de 50m y dara una

nueva longitud la cual es de 56m.

Con esta longitud total de tubera, el consumo de aire, la prdida de

presin y la presin de servicio se puede determinar, con ayuda del

nomograma pertinente (anexo 5; diagrama 6) el dimetro definitivo de las

tuberas. En este caso, el dimetro es de 13mm.

IV.3 Diseo del circuito neumtico

Para disear este circuito se tomo en consideracin la mejor

disposicin de funcionamiento para el operario y con la menor cantidad de

vlvulas para que su costo no sea tan elevado, su circuito se explica a

continuacin:

42

En la figura 11 se muestra dicho esquema con todo los elementos que

lo integran, el cilindro A es la mordaza de apriete, el B es la mordaza de

soporte del doblado y el C es el actuador de giro. El distribuidor 1.1 es de

doble pilotaje neumtico, direccionan el fluido a la cmara de los cilindros,

es de accionamiento neumticamente por rodillo y retorno por pilotaje

neumtico da la seal del actuador de giro, la micro vlvula captadora de

seal 2.3 es de accionamiento por rodillo y retorno por muelle, la micro

vlvula 3.1 es de accionamiento por rodillo y retorno por pilotaje neumtico,

3.4 es de accionamiento por anclaje y retorno por muelle, en el

accionamiento y retorno de los actuadores A y B se colocan reguladores de

caudal 1.2, 2.2 para frenar los movimiento de salida, la vlvulas 1.3 y 3.3

vlvula selectora (Y) que junto a la vlvula de retorno coloca en su posicin

inicial el actuador de giro, la vlvula 3.5 normalmente abierta pilotaje

neumtico y retorno por muelle es colocada para bloquear el sistema en caso

de 3.4 no est en su posicin inicial.

43

Figura 11 esquema neumtico en reposo. Propia

El ciclo de curvado se inicia accionando el pulsador de la vlvula de

mando que a travs del distribuidor 1.1 hace avanzar el vstago del cilindro A

y B, al finalizar este recorrido pulsa a 2.3 y acciona al actuador de giro, este

al pulsar a 3.1 acciona nuevamente a la vlvula 1.1 para el retorno de los

cilindros neumtico, el retorno del actuador de giro se produce cuando se pulsa la vlvula 3.4 y el mando de retorno simultneamente por la existencia

de la vlvula (Y) para colocarse en su posicin inicial el sistema vuelve a

estar en su posicin original cuando la vlvula 3.5 se coloca nuevamente en

funcin normalmente cerrada porque se desenclava 3.4, esta funcin es por

seguridad del operario.

44

Siguiendo en el mismo orden de ideas para observar el funcionamiento de

los elementos que intervienen en la automatizacin neumtica del sistema de

doblado se incluye en la figura 12 el diagrama espacio fase.

Figura 12 Diagrama espacio fase. Propia

45

IV.4 Presupuesto

tem

Descripcin

Cantidad

Precio

unitario

(Bsf)

Precio total

(Bsf)

1 Cilindro doble efecto 2 2.654,96 5.309,92

2 Actuador de giro CRB1-

100-S PALETA SIMPLE

1

10.498,30 10.498,30

3 Vlvula 4/2 biestable de

doble mando por presin

2 1.736,24 3.472,48

5 Valvulas 3/2 NC 3 1.236,80 3.710,40

2 regulador de caudal

unidireccional

3 140 420

Total

24.411,10

46

CONCLUSIONES

Luego de haber desarrollado el proyecto se puede concluir que se

cumplieron todos los objetivos planteados anteriormente, ya que se logro la

automatizacin de la mquina dobladora de tubos cuadrados con el

programa automation studio cumpliendo con los parmetros de diseo.

Se considero para esto la necesidad evidenciada en la aplicacin del

instrumento sobre el mejoramiento del proceso del doblado de tubos

cuadrados de la mquina dobladora ubicada en el taller de mecnica de la

universidad politcnica Jos Flix Ribas y la aplicacin de nuevas tecnologa

con la finalidad de mejorar el proceso del doblado y fortalecer los avances

tecnolgicos en la institucin.

Se determino la factibilidad tcnica, social y econmica de la

automatizacin del proceso de doblado para tubos cuadrados a travs de los

estudios correspondientes.

Se desarrollo el diseo automatizado para el proceso de doblado de

tubos cuadrado de la mquina existente actualmente en la institucin antes

mencionada, disminuyendo los tiempos de fabricacin y mejorando las

condiciones de trabajo del operario. Es importante resaltar que con el fin de

de promover el proceso productivo y la autogestin dentro de la universidad

Jos Flix Ribas, el proyecto se inscribi en el ministerio de ciencia y

tecnologa.

47

Anexo

48

Anexo 1

Cunto tiempo tarda el proceso del doblado del tubo con la mquina

dobladora accionada manualmente?

R) El proceso de doblado completo tarda alrededor de un minuto.

Qu defectos presenta la maquina dobladora actual?

R) La ergonoma, y la sujecin del bastidor.

Qu importancia tiene la maquina dobladora para la institucin?

R) Es importante porque fortalece el desarrollo productivo y estimula la

autogestin dentro de la institucin.

Conoce usted alguna empresa en el municipio bolvar que realice el

proceso de doblado de tubo de forma automatizada?

R) Se conoce empresas que realizan este proceso pero en el rea de auto

escape.

49

Anexo 2

Diagrama 1 Nomograma fuerza-dimetro-presin de actuadores festo

Tabla2 manual dimensiones de actuadores festo

6bares

418,51N

35 mm

50

Anexo 3

Diagrama 2 manual Par- Presin de actuadores de giro SMC

Tabla 3 carga admisible en actuadores de giro Manual SMC

51

Anexo 4

Tabla 4 volumen interno en actuadores de giro SMC

Diagrama 3 consumo de aire actuador SMC Diagrama 4 consumo de aire de tubera SMC

52

Anexo 5

Tabla 5 Consumo de aire en cilindros. Festo

Presin en bares

53

Anexo 6

Diagrama 5 determinacin de dimetro de tubo. Diagrama 6 Longitudes Sustitutivas

Tomado de la festo

54

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