EVAP4 - GRUPAL

“AÑO DEL BUEN SERVICIO AL  CIUDADANO”

 "BRAZOS HIDRÁULICOS EN MAQUINARIA PESADA"

ESPECIALIDAD: PRENSAS HIDRÁULICAS

DOCENTE: ING.ROMAN MUNIVE WILDER

INTEGRANTES: ALVAREZ HUARANGA, CESAR
                                BAUTISTA HERRERA, CHARLIE
                                CACERES GARRIASO, EDARDO
                                MANRIQUE ASCUES, CARLOS

OBJETIVO.Desarrollar el diseño de una prensa hidráulica , la cualpodrá efectuar trabajos de laminado en las diversas industrias y todo sector que lo requiera.A su vez, se llevara a cabo el diseño con base a las normas que se requieran para el diseño de dicha prensa.

JUSTIFICACIÓN
En la actualidad la industria a reemplazado gradualmente a las prensas hidraulicas , las cuales han podido reducir costos y tiempo de manufactura.
Es por eso que se ha visto un enorme avance tecnológico en las prensashidráulicas con respecto a las mecánicas, en cuestiones como manejo de capacidades de tonelajes, seguridad, costos de mantenimiento, etc. Es por estas diversas razones que hemos decidido realizar el diseño de una prensahidráulica del tipo "C" con el fin de poder tener un frente a las diversas marcas que hay en el mercado.

Una prensa tipo C es un buen diseño para poder trabajar sobre toda el área periférica horizontal de esta maquina, en esta tesis se demostrara los elementos y cálculos necesarios que constituyen dicha maquina y así demostrar la fiabilidad de las prensas hidráulicas, dado que en los últimos años la exigencia de la producción en masa, el detallado y la calidad de ciertas tareas que se realizan en diferentes ámbitos, en los cuales se emplea este tipo de maquinas, con la importancia de reducir tiempos y costos en la manufactura de diversas piezas para así poder competir en el mercado de la actualidad.

PRENSA HIDRÁULICA
En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó una investigación referente al comportamiento de los fluidos. Observó que al empujar un líquido, la presión que se ejercía era igual en magnitud en todas direcciones. Gracias a este principio se ha logrado producir fuerzas muy grandes utilizando fuerzas relativamente pequeñas. Uno de los aparatos más comunes para alcanzar lo anteriormente mencionado es la prensa hidráulica, la cual está basada en el principio de Pascal.
La prensa hidráulica es una aplicación del principio de Pascal. Es una máquina herramienta que tiene como finalidad lograr la deformación permanente o incluso cortar un determinado material, mediante la aplicación de una carga. Es utilizada en operaciones de trabajo en frió y en caliente. Consiste de un bastidor que sostiene una bancada y un ariete, una fuente de potencia, y un mecanismo para mover el ariete linealmente y en ángulos rectos con relación a la bancada.

PRINCIPIO DE PASCAL
El principio de Pascal (figura 1-1) habla de un cambio de presión aplicado a un fluido en reposo dentro de un recipiente, se transmite sin alteración a través de todo el fluido. Es igual en todas las direcciones y actúa mediante fuerzas perpendiculares a las paredes que lo contienen, es así como se puede dar la explicación de cómo es el principio de funcionamiento de una prensa hidráulica.

PRINCIPIO DE PASCAL

El principio de Pascal (figura 1-1) habla de un cambio de presión

aplicado a un fluido en reposo dentro de un recipiente, se transmite sin alteración a través de todo el fluido. Es igual en todas las direcciones y actúa mediante fuerzas perpendiculares a las paredes que lo contienen, es así como se puede dar la explicación de cómo es el principio de funcionamiento de una prensa hidráulica.

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES:

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en la figuras:

• El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.
• La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

CLASIFICACIÓN DE LAS PRENSAS HIDRAULICAS

Las prensas hidráulicas se pueden clasificar de diversas formas en:

* Mecánicas e hidráulicas.

*Por tipo de bastidor:po,“H”de laboratorio,tipode prensa,“C”,para treciclaje, algunas de diseño de bastidor especial según los requerimientos del cliente, etc.

*Del tipo de acción:

De simple acción: Tienen únicamente un ariete.

De doble acción: Tiene 2 arietes deslizando uno exteriormente y otro en el interior. El ariete exterior es el que constituye generalmente el pisador y es actuado por medio de brazos articulados o de levas excéntricas, de manera que al final de su carrera permanece estacionario y aplicando presión para sujetar la pieza, mientras el ariete interior o punzón sigue su movimiento hacia arriba simultáneamente.

1.3  COMPONENTES GENERALES DE UNA PRENSA HIDRAULICA.

- Sistema eléctrico

• Relevadores de sobrecarga
• botones de arranque, paro y de emergencia contactos auxiliares
• protectores termo-magnéticos

- Cables y conexiones

• motor.
• Sistema de potencia
• bomba hidráulica.

- Sistema de trasmicion:  

• flechas

-Sistema hidráulico.

• pistones. 
• mangueras y tubería. 
• aceite.
• filtros.
• válvulas

PARÁMETROS PARA SELECCIONAR UNA PRENSA HIDRÁULICA

EL TONELAJE (FUERZA); La selección del tonelaje de una prensa hidráulica va a depender del trabajo a realizar, es fácil ajustar la fuerza adecuada y precisa para cada trabajo en particular.

LA ACCION DE LA MÁQUINA; Para la selección del tipo de acción de la prensa va a depender del tipo de carrera no es igual la carrera de una prensa hidráulica que de una mecánica.

Las prensas de Martillo y algunas prensas mecánicas son mejores para la producción de joyas y trabajos de impacto. Al contrario, en los trabajos de embutido profundo, los hace mejor una prensa hidráulica. A partir de esos casos, hay pocos ejemplos donde los resultados son mejores con el uso de las prensas hidráulicas que con las mecánicas, trabajando el mismo herramental. El cizallamiento (esfuerzo cortante) sale siendo igual en los dos tipos de máquinas.

LA SELECCIÓN DE TIPO DE PRENSA - La prensa de tipo "C" ofrece la ventaja de acceso desde tres lados. Las prensas de Cuatro Columnas aseguran una fuerza muy paralela. Las prensas de Lados rectos nos da la rigidez suficiente para hacer los trabajos de transferencia.

Cuanto más crítico es el trabajo y mas tolerancia se demanda, más grande el rango de reserva en tonelaje deberá tener.

CALIDAD - Se sabe que existen varias clases en cuanto a la calidad de máquinas. Hay prensas más ligeras capaces de darle al material unos " toques ligeros" y luego regresar; también hay prensas de contracción pesadas para trabajar bien el metal.

Éstos son unos de los detalles sobre la construcción de las prensas que cuentan para poder hacer una buena comparación entre prensa y prensa.

 Þ  EL CUERPO - Fíjese en la construcción de la estructura: su rigidez, el grueso de la platina, su capacidad por dimensiones, y otros factores.

 Þ  EL CILINDRO - ¿Cuál el su diámetro? ¿Cuál es su forma de construcción? ¿Qué empresa la fabricó? ¿Es fácil darle servicio?

Þ  LA PRESIÓN MÁXIMA DEL SISTEMA - ¿Qué presión se quiere en el sistema para que la prensa llegue a su fuerza máxima? Por lo común está entre 1000 hasta 3000 psi.

 Þ  MOTOR ELECTRICO - Son la duración, la longitud de la carrera, y la velocidad de la "carrera de fuerza" que determinan la Fuerza de Caballos que se necesita para un trabajo. Fíjese en las potencias indicadas. 

Tipo		Ciclo de prueba			Capacidad en toneladas
1			60				1,5 o menos
2			60				1,6 a 3,0
3			40				3,1 a 5,0
4			40				5,1 a 8,0
5			25				8,1 a 12,0
6			25				12,1 a 20,0
7			25				20,1 a 30,0

TIPOS DE ´PRENSA HIDRAHULICA:

• Multiprensa
• Prensas de compresión
• Prensas neumáticas
• Industria cosmética
• Ámbito médico

FUNDAMENTOS FISICOS:

Tenemos dos émbolos de sección circular de radio r₁ a la izquierda y de radio r₂ a la derecha. Con el puntero del ratón ponemos pesas (pequeños cuadrados de color rojo) de 250 g sobre cada uno de los émbolos. Si ponemos pesas en uno de los émbolos este bajará y subirá el otro émbolo.

Émbolos a la misma altura

Se aplica una fuerza F₁ a un pequeño émbolo de área S₁. El resultado es una fuerza F₂ mucho más grande en el émbolo de área S₂. Debido a que la presión es la misma a la misma altura por ambos lados, se verifica que

Para mantener a la misma altura los dos émbolos, tenemos que poner un número de pesas sobre cada émbolo de modo que se cumpla la relación dada en el apartado anterior.

Donde n₁ y n₂ es el número de pesas que se ponen en el émbolo izquierdo o derecho respectivamente, r₁ y r₂ son sus radios respectivos, m es la masa de cada pesa que se ha fijado en 250 g.

Ejemplo:

Si r₂ es el doble de r₁, el área S₂ del émbolo de la derecha es cuatro veces mayor que el área S₁ del émbolo de la izquierda. Para que los émbolos estén a la misma altura, a la derecha tenemos que poner cuatro veces más de pesas que a la izquierda.

r₂=2r₁ entonces S₂=4S₁ luego, n₂=4n₁

Émbolos a distinta altura

Un ejercicio interesante, es el de determinar la altura de ambas columnas de fluido cuando se ponen n₁ pesas en el émbolo de la izquierda y n₂ pesas en el émbolo de la derecha.

Sean A y B dos puntos del fluido que están a la misma altura. El punto A una profundidad h₁ por debajo del émbolo de área S₁ y el B situado h₂ por debajo del émbolo de área S₂.

La presión en cada uno de dichos puntos es la suma de tres términos

• La presión atmosférica
• La presión debida a la columna de fluido
• La presión debida a las pesas situadas sobre el émbolo

Para determinar h₁ y h₂ en función de los datos n₁ y n₂, precisamos de dos ecuaciones

La primera ecuación es p_A=p_B

La segunda ecuación, nos indica que el fluido incomprensible pasa de un recipiente al otro, pero el volumen V de fluido permanece invariable. Por ejemplo, si h₁ disminuye, h₂ aumenta. Como consecuencia, el fluido pasa del recipiente izquierdo al derecho, hasta que se establece de nuevo el equilibrio.

Donde h₀ es la altura inicial de equilibrio.

Ejemplo:

Ponemos tres pesas en el émbolo de la izquierda, y ninguna pesa en el émbolo de la derecha, n₁=3, n₂=0. El émbolo izquierdo baja y sube el émbolo derecho.

• Sea el radio del émbolo de la izquierda r₁=5 cm=0.05 m
• El radio del émbolo de la derecha r₂=10 cm=0.1 m
• La altura inicial de equilibrio es h₀=20 cm=0.2 m
• La densidad del agua es ρ=1000 kg/m³
• La masa m de cada una de las pesas es 250 g=0.25 kg.
• La presión atmosférica p₀ se simplifica en la primera ecuación

Para hallar las alturas de equilibrio h₁ y h₂ tenemos que plantear el sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas

• Igualdad de presiones a la misma altura p_A=p_B

• El agua pasa del recipiente izquierdo al recipiente derecho, pero el volumen total de fluido permanece invariable

La solución es h₁=0.124 m=12.4 cm y h₂=0.219 m=21.9 cm

CONCLUSIONES.

Se realizo una prensa hidráulica tipo yugo con una capacidad de 20 TON, la cual cumplirá con los objetivos predeterminados, esta prensa servirá para las diferentes tareas y trabajos que se le propongan.

Realizando los cálculos y la selección de los diferentes materiales, y de los posibles instrumentos que pueden llegar a utilizar este tipo de maquinaria, nos dimos cuenta que existen diferentes problemas que se pueden presentar en este proceso, sin embargo pudimos realizar los ajustes necesarios para la elaboración y la selección de estos.

La maquinaria calculada puede ser manejada fácilmente por los operarios, ya que el sistema de activación de trabajo es muy fácil de activar, además tratamos de tener los materiales más baratos, pero no por eso menos resistentes, se hicieron los cálculos necesarios para asegurarnos que las condiciones de trabajo y los materiales seleccionados resistieran las presiones que serán aplicadas.

Se tomaron en cuenta todas las condiciones, ya sean de trabajo o del medio ambiente, para que nuestra maquinaria pueda resistir las condiciones de trabajo que se le puedan presentar, tampoco olvidamos los avances de la tecnología, los cuales nos permiten realizar por medio de la automatización, ciclos de trabajo muchos más productivos que hacerlo manualmente.

Para reforzar nuestros cálculos, fueron analizados en un programa de análisis estructural, el cual nos ayudo a observar los errores que teníamos en cuanto al diseño, y a la selección de materiales.

Por otro lado nos dimos cuenta de la importancia de tener nuestras bases a lo largo de la licenciatura bien estructuradas y cimentadas que para este trabajo ocupamos los conocimientos adquiridos de muchas materias vistas a lo largo de la carrera y nos dimos cuenta de la importancia que tiene cada una para la formación de un ingeniero mecánico y para lograr la terminación de este trabajo.

WEBGRAFIA:

•  http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/prensa/prensa.htm
• https://es.wikipedia.org/wiki/Prensa_hidr%C3%A1ulica
• https://www.fisicalab.com/apartado/prensa-hidraulica
• https://www.quimicayalgomas.com/fisica/teorema-de-pascal-prensa-hidraulica/
• http://www.demaquinasyherramientas.com/maquinas/prensas-hidraulicas
• http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm