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Bomba Hidraulica

Enviado por alevar99



 

  1. Introduccion.
  2. Resumen.
  3. objetivos de la investigación.
  4. Justificación de la investigación.
  5. Descripción y sistematizacion del area problemática.
  6. Marco de referencia
  7. Descripción del producto.
  8. Conclusiones.
  9. Anexos.

INTRODUCCIÓN

Esta investigación partió bajo la necesidad del sena de contar con 30 bombas hidráulicas manuales originarias de una maquina herramienta fresadora. Para llevar a cabo esta investigación seguiremos una metodología, la cual servirá para llevar de una manera ordenada y coherente la investigación.

Esta metodología habla de la función, principio físico, descripción grafica y materiales con que cuenta la bomba originalmente. En una segunda fase se contara con un análisis de condiciones de trabajo y criterios de selección de materiales que nos dará la pauta para encontrar y proponer los materiales que servirán de sustitutos.

Por ultimo se darán los costos de los materiales y mecanización de las piezas más importantes de acuerdo a la función dentro de la maquina.

RESUMEN

El presente proyecto involucró gran cantidad de temas expuestos en el taller de materiales. Estos conocimientos nos permitieron realizar un análisis crítico y dinámico en una sustitución de materiales.

El primer paso que dimos estuvo orientado por una metodología, como en primera medida recolección de la información sobre bombas hidráulicas manuales, función y principios de funcionamiento y el ambiente o entorno donde se desarrolló el proyecto, entre otros.

Este primer paso permitió orientar la investigación y darle objetivo a la misma.

Teniendo definida la problemática a tratar, se empezó por identificar las partes o piezas que componen el objeto de trabajo, además identificamos su función y materiales que lo componen, acompañado de un análisis de condiciones de trabajo, lo cual nos permitió que la identificación de materiales tuviera un mejor método.

Después de la investigación preeliminar se procedió a evaluar dichos materiales cuantitativamente, esto se reflejó en diferentes cálculos de esfuerzos, espesores, entre otros, análisis comparativo con tablas y información técnica. Esto nos permitió concluir si el material usado cumplía con las condiciones de trabajo, funcionalidad y diseño, ó que de igual manera cumple con los requerimientos requeridos, pero sus propiedades están muy por encima de las necesarias.

Mediante este estudio, entramos a evaluar costos de procesamiento de los materiales sugeridos, en la sustitución de materiales, tratando de aminorar costos.

Por tal motivo en la parte final del estudio de factibilidad se encontrará una tabla con algunos costos de procesamiento de algunos materiales sugeridos.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN:

OBJETIVO GENERAL

  • Lograr una sustitución o si es posible una innovación técnica en la bomba hidráulica manual con respecto a los materiales de que está compuesta, logrando así una nueva bomba con las mismas propiedades de trabajo que la anterior y a un costo más favorable.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

  • Describir la bomba teniendo en cuenta su función, principios físicos y partes de la misma.
  • Analizar las condiciones de trabajo de la bomba, para seleccionar los criterios de sustitución de materiales por utilizar.
  • Plantear los materiales posibles para la bomba, basándonos en los criterios de selección.
  • Describir los materiales propuestos para la sustitución.

JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACION

Desde el punto de vista de la fabricación de productos, la Ingeniería Industrial garantiza la visión global de estos, en miras de una producción competitiva y la total satisfacción del cliente. Es por esta razón que como estudiantes de Ingeniería Industrial nos sentimos motivados y con el compromiso de complementar la generación de un bien netamente práctico y técnico como la bomba hidráulica manual con la aplicación de tecnologías estrechamente relacionadas con la ingeniería tales como:

  • Identificación de las necesidades a cubrir por el producto y su función.
  • Generación de una descripción gráfica como planos, despieces isométricos, dimensiones, nombres de las piezas y su función.
  • Recomendaciones sobre los materiales óptimos.
  • Ofrecer al cliente un producto estético, eficaz y económico con respecto a su modelo original.
  • Cotizar y comparar el costo de producción de 30 bombas con el valor de la bomba original.

Esta investigación nos involucrara con el SENA, que estará muy pendiente de nuestro trabajo, esperando también dichos resultados que le permitan tener una propuesta mas para la solución de sus necesidades.

DESCRIPCIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DEL ÁREA PROBLEMÁTICA

  1. Estudio, evaluación y sustitución de los materiales de una bomba hidráulica manual con su evaluación de costos.

  2. TITULO DESCRIPTIVO DEL PROYECTO:

    ¿ Será posible lograr una mejora en la bomba hidráulica manual con respecto a los materiales que esta compuesta, sin afectar su desempeño y a un costo más favorable?

  3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA:

    Analizaremos los diferentes materiales de que está compuesta la bomba, en que procesos de manufactura interviene, sus condiciones de trabajo, identificaremos los diferentes materiales que nos servirán como posibles sustitutos.

    ¿ Podremos conseguir materiales menos costosos, iguales o de mejores condiciones que los actuales de la bomba hidráulica?

    ¿ Afectaremos las condiciones de trabajo al cambiar dimensiones o reemplazar los materiales de la bomba?

    ¿ Podremos abaratar los costos de la bomba tomando una producción al por mayor de 30 bombas?

    El tiempo asignado para la realización del proyecto es alrededor de dos meses.

    El estudio correspondiente será catalogado un estudio de factibilidad.

  4. DESCRIPCIÓN Y LIMITACIÓN DEL ÁREA PROBLEMÁTICA:
  5. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA:

La idea del proyecto surgió gracias a la investigación que realizábamos sobre el primer caso del taller de ingeniería de materiales, el cual consistía en un carburador. La primera persona que nos atendió en ésta tarea fue el profesor del taller de torno y fresa Francisco Vargas, que nos mencionó algo sobre un proyecto del semestre anterior, queriendo averiguar sobre la suerte de dicho trabajo; en ese momento el profesor nos preguntó sobre nuestro proyecto, y como todavía no teníamos algo definido, entonces nos ofreció trabajar con una bomba hidráulica manual de una fresadora, donde su función principal es lubricar las bancadas de la máquina.

"Esta bomba es bastante importante para la máquina, porque mantiene las bancadas lubricadas, pues éstas son la vida de la máquina ", según el profesor Francisco Vargas.

El profesor en su taller nos mostró una bomba similar a la de la máquina, en acero, en la que estaban trabajando sus alumnos.

Esta idea fue avalada por el profesor del taller de Ingeniería de Materiales, Ingeniero Mecánico Fernando Muñoz, que después de hablar con nosotros y haber visto un video donde se mostraba la bomba y su funcionamiento, decidió que lo mejor seria hacer una visita al SENA y discernir con el profesor Francisco Vargas sobre sus necesidades en torno a la bomba.

En dicha charla se dejaron ver algunas necesidades como: tener bombas en cada una de las máquinas del taller (tornos, troqueladoras, cepillos, taladros, fresadoras, etc.) que en total son treinta; Estas máquinas hay que lubricarlas con aceiteras, y el factor costo y tiempo es bastante importante, pues, lo que se trata es buscar un material sustituto que pueda cumplir con las necesidades mecánicas que cumple la bomba original, teniendo en cuenta la diferencia de solicitar una sola bomba original con la producción de treinta con los nuevos materiales.

MARCO DE REFERENCIA

a ) MARCO HISTÓRICO DE LA EMPRESA DONDE SE VA TRABAJAR:

La misión del Sena es contribuir al desarrollo social, económico, investigativo y tecnológico en el departamento de Caldas, mediante la formación profesional integral para el trabajo y la gestión de oportunidades productivas.

En la actualidad el director regional es el Ingeniero Jhon Jairo Mejía Duque apoyado por el doctor Gregorio Calderón Hernández como subdirector de formación profesional y desarrollo social.

El Centro de Atención Integral al sector de la industria y de la construcción orienta sus actividades al fortalecimiento tecnológico de la región, concentrando el aprendizaje en áreas como: Metalmecánica, Electricidad, Textiles, Confección, Calzado, Automotriz, Diesel, Maderas Construcción Plástico y Caucho, Dibujo Técnico, Mantenimiento Industrial.

El moderno centro de automatización industrial lidera la capacitación, difusión y transferencia de tecnologías de automatización contribuyendo al mejoramiento tecnológico del hombre Colombiano y Latinoamericano a la modernización adecuada de procesos y equipos de la micro, pequeña, mediana y gran empresa para poder competir dentro de los procesos de apertura económica del país. El SENA ha realizado convenios con FESTO de Alemania, EMCO de Australia y DEGEMEN SISTEMS de Israel, que le permite atender las siguientes áreas de automatización industrial: Neumática, hidráulica, PLC

(Control Lógicos Programables), torno y fresa de control numérico computarizado y CAD / CAM, electrónica moderna y electromedicina.

Nosotros nos vamos a desenvolver en el taller de torno y fresa que consta de alrededor de 30 máquinas (entre tornos, fresas, cepilladoras).

MARCO TEÓRICO

  • Hidráulica: aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, para construir dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. La hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño de presas de embalse, bombas y turbinas. En otros dispositivos como boquillas, válvulas, surtidores y medidores se encarga del control y utilización de líquidos.
  • Mecánica de fluidos: parte de la Física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.

La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o hidrostática, que se ocupa de fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de fluidos en movimiento. El término de hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a baja velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de compresibilidad.

Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas. La hidráulica estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.

  • Bomba (máquina): Dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir líquidos y gases. En la mayoría de ellas se toman medidas para evitar la cavitación (formación de un vacío), que reduciría el flujo y dañaría la estructura de la bomba. Las bombas empleadas para gases y vapores suelen llamarse compresores. El estudio del movimiento de los fluidos se denomina dinámica de fluidos.
  • Bombas alternativas: Las bombas alternativas están formadas por un pistón que oscila en un cilindro dotado de válvulas para regular el flujo de líquido hacia el cilindro y desde él. Estas bombas pueden ser de acción simple o de acción doble. En una bomba de acción simple el bombeo sólo se produce en un lado del pistón, como en una bomba impelente común, en la que el pistón se mueve arriba y abajo manualmente. En una bomba de doble acción, el bombeo se produce en ambos lados del pistón, como por ejemplo en las bombas eléctricas o de vapor para alimentación de calderas, empleadas para enviar agua a alta presión a una caldera de vapor de agua. Estas bombas pueden tener una o varias etapas.

METODOLOGÍA

a) DISEÑO, TÉCNICAS Y ANÁLISIS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN

  1. Consecución de información técnica y especifica de la bomba por evaluar.
  2. Descripción de la bomba, con su función, principio de funcionamiento, descripción grafica de cada una de sus piezas.
  3. Análisis de condiciones de trabajo generales y de cada pieza, para seleccionar criterios de sustitución de materiales por utilizar.
  4. Jerarquización y evaluación de criterios, cualitativa y cuantitativamente.
  5. Propuesta de materiales con base en criterios técnicos y económicos.
  6. Especificación de la alternativa seleccionada.

DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO

  1. GENERALES
  • FUNCIÓN DE LA BOMBA HIDRÁULICA MANUAL.

Bombear aceite hacia la maquina fresadora para lubricar las bancadas y así disminuir la fricción entre ellos, aumentando el rendimiento y la duración de la maquina.

  • PRINCIPIO BÁSICO DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA HIDRÁULICA MANUAL.

La bomba está formada por un pistón que oscila en un cilindro dotado de una válvula para regular el flujo de líquido hacia el cilindro y desde él. Esta bomba es de acción simple. El bombeo sólo se produce en un lado del pistón, como en una bomba impelente común, en la que el pistón se mueve arriba y abajo manualmente.

CONDICIONES DE TRABAJO

GENERALES

  • Esta en contacto permanentemente con sustancias químicas.
  • La bomba esta sometida a cambios de temperaturas.
  • Interactúa con cargas que generan presiones, compresión y tensión.
  • Esta sometida a cargas de impacto.
  • Se presenta fricción con otras herramientas.

ESTIMACIÓN GENERAL DE CARGAS, ESFUERZOS Y DESGASTE

PARTE

CARGA,

ESFUERZOS

DESGASTE

Axial

 

Compresión

Flectante

Compresión

Cortante

Flector

Corrosión

Fricción

Carcasa

 

   

 

Palanca

 

   

 

Uña

 

Pasador

 

 

 

Embolo

 

   

Resorte

 

   

 

Malla

         

 

Tapa

         

 

Bola

         

COMPONENTES

  1. BARRA

1. FASE DESCRIPTIVA:

  • Función: transmitir una fuerza de empuje al émbolo que contiene y expulsa el aceite; Además, permite que él émbolo no es salga totalmente del cilindro.
  • Principio físico: por medio de una carga aplicada en el extremo más largo se transmite una fuerza que genera un momento el cual permite el ascenso del embolo y la expulsión del aceite hacia la maquina.

La barra consta de dos partes básicas:

2. DESCRIPCIÓN GRAFICA:

  • Palanca:

 

 

3. ANALISIS

  • Material actual: SAE 1040
  • Dimensiones: f = 10 mm

A= p /4 x (f 2)

d1= 18cm (distancia perpendicular a la fuerza que se ejerce en la palanca)

d2= 3 cm (distancia perpendicular a la uña)

A= 7.8539 x10-5 m2(área contacto de la uña)

  • Análisis numérico:

Partiendo de una fuerza F1= 392 N que es una fuerza manual

M1 = M2

F1 x d1 = F2 x d2

M1= f x e

M1= 392 N x 0.18 m M1= 70.56 N-m

F2= M2 / d2 F2= 70.56 N-m / 0.03 m F2 = 2352 N

F2 = 240 Kgf

s w= F/A s w= 392 N / (7.8539 x10-5 m2)

s w= 4.99 Mpa.

s y 1040 = 290 Mpa (laminado en caliente).

4. SELECCIÓN DEL MATERIAL DE LA PALNCA:

Los cálculos obtenidos nos demuestran que podemos remplazar el material por uno de menor costo y menor resistencia mecánica ya que puede cumplir en horabuena sus objetivos.

Como lo es el acero SAE 1010

s y 1010 = 180 Mpa.(laminado en caliente).

  • Uña:
  • Material actual aluminio 319–F
  • Análisis

s = My / I

s w= (70.56 N x 0.01 m) / [ 1/6 x (0.015) x (0.015 – 0.007)2]

s w= 4410000 Pa

s w= 4.41 MPa

s y= 124.1 Mpa ( del aluminio 319- f )

5. SELECCIÓN DEL MATERIAL DE LA UÑA:

El material seleccionado es un acero SAE 1010 ya que cumple de forma óptima sus esfuerzos mecánicos y como criterio fundamental determinamos este acero por menor costo que el aluminio.

SAE 1010 s y= 180 Mpa.

  1. PISTÓN O EMBOLO
  1. FASE DESCRIPTIVA:
  • Función: succionar y expulsar el aceite desde la cavidad.
  • Principio de funcionamiento: una fuerza que se genera en la base de este provoca su ascenso, lo que genera la expulsión del aceite albergado tanto en el émbolo como en la cavidad; cuando el émbolo llega hasta su final de carrera de la cavidad el pistón es devuelto gracias al resorte o muelle lo que genera una succión que permite el reabastecimiento de aceite.
  1. DESCRIPCIÓN GRAFICA:

 

 

4. DETERMINACIÓN Y FORMULACION DE CRITERIOS ( CUALITATIVOS Y CUANTITATIVOS)

CUALITATIVA

INDICADORES

1. RESISTENCIA A LA CORROSION

ALTO

COMPOSICIÓN QUÍMICA

2.RESISTENCIA AL DESGASTE

ALTO

DUREZA

3. RESISTENCIA A LA COMPRESION

MODERADO

s MAX

4. RESISTENCIA A LA TEMPERATURA

BAJO

PTO DE FUSION

5. RESISTENCIA AL IMPACTO

MODERADO

TENACIDAD

5. RESISTENCIA A LA TENSIÓN

MODERADO

ESFUERZO MÁXIMO

6. COSTO DE FABRICACION

BAJO

$

5. PRESELECION DE MATERIALES PARA EL EMBOLO

Propiedades

Materiales

Res tensión

Max (Mpa)

Esfuerzo

Cedencia

Mpa

Proceso

Costo material (kilo mecanizado)

Acero 1045

35

35

Torno y fresa

4150

Fundición gris

Clase 20

38

21.42

Torno, fresa y carburizado

5000

6. ANÁLISIS NUMERICO

  • Material actual acero SAE 5160
  • Dimensiones

f e = 24.95 mm

f i = 17.3 mm

s w= 240 Kg / [ x (24.952 mm2 – 17.32 mm2)]

s w= 1.021 Kg/mm2

s LE 5160 = 28 Kg/mm2

s adm= s LE 5160 / n s adm= 28 / 2.5

s adm= 11.2 Kg/mm2

El espesor mínimo que puede soportar el s con el acero 5160

11.2 = 130.66 Kg / [ x (24.952 mm2 – f i2)]

f I = 24.21mm

espesor = 0.37 mm

Los resultados nos demuestran que el esfuerzo de trabajo es mucho más pequeño que el esfuerzo admisible del acero 5160 y por consiguiente podemos dejar el material y disminuir el espesor ó cambiar el material, por otro con menor esfuerzo admisible y si se nos permite disminuir el espesor.

Nos decidimos por el acero carburizado 1020 por su costo y cumplimiento de las condiciones de trabajo ya que las puede cumplir con facilidad.

Esfuerzo del material seleccionado acero 1020 carburizado

s adm 1020 = s fluencia/2.5 = (21.12 kg/mm2 )/2.5 = 8.448 Kg/mm2

Ahora hallamos el espesor mínimo para el esfuerzo con el acero 1020 ( propuesto)

8.4 Kg = 240 Kg/ (P /4( 24.95 mm2 - f i)

f I= 24.39 mm e= 0.28

Comprobamos también que se requiere un mayor espesor en el 1020 pero opinamos que la fabricación a pesar de esto es más rentable y cumple perfectamente el objetivo para que se destinó.

  1. CARCAZA Y BASE

1. FASE DESCRIPTIVA

  • Función: Contener el líquido lubricante, aislándolo del medio externo para evitar el contacto con impurezas y mantener reserva de aceite para posteriores usos.
  • Material Carcaza: Aleación de aluminio – magnesio (· propiedades: resistencia a la tensión 290- 420 Mpa, esfuerzo de cedencia 131 – 393 Mpa )

2. DESCRIPCIÓN GRAFICA:

 

CARCAZA BASE

 

3. ANÁLISIS DE CONDICIONES DE TRABAJO:

  • Contacto con sustancias químicas.
  • Cambios de temperatura bajos.
  • Presiones que generan esfuerzos bajos.
  • Costos.

4. DETERMINACIÓN Y FORMULACION DE CRITERIOS ( CUALITATIVOS Y CUANTITATIVOS)

 

CUALITATIVA

INDICADORES

1. RESISTENCIA A LA CORROSION

ALTO

COMPOSICIÓN QUÍMICA

2. RESISTENCIA A LA TEMPERATURA

BAJO

PTO DE FUSION

3. RESISTENCIA A LA TENSIÓN

BAJO

ESFUERZO MÁXIMO

4. COSTO DE FABRICACION

BAJO

$

5. PRESELECION DE MATERIALES PARA LA CARCASA

Propiedades

Materiales

Silicio %

Res tensión

Max (Mpa)

Esfuerzo

Cedencia

MPa

Proceso

Costo material (kilo mecanizado)

Carcasa aleación aluminio silicio 443 – F

5.2

131 Mpa

55 Mpa

Fundición

18000

Fundición gris

Clase 20

2.5

85- 275

Mpa

 

Fundición

7900

Aleación Al – Mg 5050 H38

 

220

200

   

Aleación 2960 T6

 

276

180

   

5. PRESELECION DE MATERIALES PARA LA BASE

Propiedades

Materiales

Res tensión

Mpa

Esfuerzo

Cedencia

Mpa

Proceso

Costo material (kilo mecanizado)

Empate

Acero 1010 laminado caliente

325

180

Fresado

Taladro

4000

Acero 1020

Laminado caliente

380

207

Fresado

Taladro

4600

Cavidad émbolo

Acero 1020 laminado caliente

   

Fresado

Taladro

4600

Acero 1040

525

290

Fresado

Taladro

5200

Los materiales seleccionados para la carcasa serán la fundición gris además se puede aumentar ó agregar un porcentaje de cromo ó niquel para evitar la corrosión, además el factor costo es importante.

La parte de la base se puede hacer en 2 partes, la parte del empate se puede hacer en acero 1010 que permite buena maquinabilidad y el trabajo en máquina se estima en 45 minutos. La segunda parte (cavidad del émbolo) sería en un acero 1020 pues esta parte está sometida a cierto desgaste. El tiempo de maquinado se calcula en 2 horas y media, pues la complejidad de la pieza así lo exige.

  1. RESORTE
  1. FASE DESCRIPTIVA
  • Función: Amortiguar el empuje al bombear el aceite; además sirve para que el émbolo recobre su posición original haciéndolo que lleve su cavidad de nuevo.
  • Material actual: AISI – SAE 1095 (· propiedades: resistencia máx. tensión 828 Mpa, resistencia fluencia 455 Mpa, dureza brinell 248)
  • Principio de funcionamiento: El resorte se deforma por la acción de ascenso del embolo , descomprimiéndose y enviando el embolo al inicio del muelle.
  1. DESCRIPCIÓN GRAFICA:

 

 

3. ANÁLISIS DE CONDICIONES DE TRABAJO:

  • Trabaja en todo momento a compresión.
  • Esta expuesto a corrosión por estar sumergido en sustancias químicas.
  • Esta sometido a bajos cambios de temperaturas.

4. DETERMINACIÓN Y FORMULACION DE CRITERIOS

(CUALITATIVOS E INDICADORES)

CRITERIOS

IMPORTANCIA

INDICADORES

Resistencia a la corrosión

Alta

Composición química

Resistencia a compresión

Alta

s max

Cambios de temperatura

moderada

Punto de fusión

Costo

Bajo

$

5. ANÁLISIS NUMERICO

Esfuerzos: Se aplica una fuerza = 240 Kgf, y hay otra fuerza que es resistida por otra fuerza f de la misma magnitud y sentido contrario y por un par.

T= (FD)/2 D = diámetro medio d = diámetro del alambre

T = un par F = fuerza

Los esfuerzos inducidos por el par T y la fuerza F son respectivamente t = T/J t = esfuerzo cortante

J = P d4 / 32

t = F / A A = = P d2 / 4

t = 8fd / P d3 + 4f / P d2

t = (8(240 kgf) (13.2mm))/ P (0.15)3 mm3

+ (4(240 kgf)) / P (0.15)2 mm2 = 2403961.9 Kg f/mm2

= 2.3558 Pa

t = 0.7 s LE= 3.3655 Pa

 

  1. PRESELECION DE MATERIALES PARA EL RESORTE

Propiedades

Materiales

Res tensión

Mpa

Esfuerzo

Cedencia

Mpa

Acero AISI SAE 5160

73

28

Acero inoxidable AISI SAE 410

72.5

30

Acero 1095

90

29

No se justifica hacer estos resortes pues en el mercado se consiguen ya hechos, simplemente se necesitan las referencias del resorte. Por tal motivo seguiremos, con el acero 1095, que por lo general su precio oscila entre $ 300 y 500.

  1. MALLA

1. FASE DESCRIPTIVA

  • Función: Filtrar el aceite desde el exterior al interior de la carcaza donde será contenido.

Evitar la contaminación del aceite por parte de los diferentes elementos circundantes como polvo, rebabas de maquinadas, entre otros. Todo esto para que no halla atascamientos y para que la lubricación sea lo más limpia posible.

  • Material : Acero inoxidable 301

Propiedades: Resistencia a la tracción 760 Mpa.

Resistencia a la fluencia 276 Mpa.

2. DESCRIPCIÓN GRAFICA:

 

3. ANÁLISIS DE CONDICIONES DE TRABAJO:

  • Contacto con sustancias químicas ( polvo, rebabas, ambiente, aceite)
  • Cambios de temperatura.
  • Presiones muy bajas que generan esfuerzos de tensión muy bajos, casi nulos.
  1. DETERMINACIÓN Y FORMULACION DE CRITERIO

( CUALITATIVOS E INDICADORES )

CRITERIOS

CUALITATIVA

INDICADORES

1. RESISTENCIA A LA CORROSION

ALTO

COMPOSICIÓN QUÍMICA

2. RESISTENCIA A LA TEMPERATURA

BAJO

PTO DE FUSION

3. RESISTENCIA A LA TENSIÓN

BAJO

ESFUERZO MÁXIMO

4. COSTO DE FABRICACION

BAJO

$

Para el indicador de composición química es adecuado utilizar un material que no se oxide ni se corroe fácilmente. Ya que las temperaturas de trabajo no son altas no se requiere un material con punto de fusión alto.

Para la resistencia a la tensión no es necesario una resistencia alta porque los esfuerzos presentes pueden considerarse despreciables.

Costo de fabricación $ 1000 porque se compra la malla que cuesta $ 400 y la prensada y anillada $ 600.

Dado que el material que posee es el adecuado para las condiciones de trabajo, además es económico, optamos por dejar el acero inoxidable 301.

  1. LA TAPA

1. FASE DESCRIPTIVA:

  • Función: Evitar contacto con agentes externos, que puedan ensuciar el aceite contenido en la carcasa (elementos externos: rebaba de maquinado, polvo).
  • Material actual: polipropileno:

Características ( pto fusión 165° C – 177° C, densidad 0.91 gr/cm3, coeficiente de dilatación térmica ° C-1 x 10-6 = 90 )

  1.  

  2. DESCRIPCIÓN GRAFICA:
  3. ANÁLISIS DE CONDICIONES DE TRABAJO:
  • Contacto con sustancias químicas. ( aceites, lubricantes, H2O, grasas, refrigerantes).
  • Cambios de temperatura (mínima).
  • Presiones (bajas), pueden generar esfuerzos de tensión bajos.
  1. DETERMINACIÓN Y FORMULACION DE CRITERIOS

( CUALITATIVOS Y CUANTITATIVOS)

CRITERIOS

CUALITATIVA

INDICADORES

1. RESISTENCIA A LA CORROSION

ALTO

COMPOSICIÓN QUIMICA

2. RESISTENCIA A LA TEMPERATURA

BAJO

PTO DE FUSION

3. RESISTENCIA A LA TENSIÓN

BAJO

ESFUERZO MÁXIMO

4. COSTO DE FABRICACION

BAJO

$

La resistencia a la corrosión se calificó alta pues consideramos, las condiciones del medio como extremas, pues se puede considerar tales condiciones como un factor de seguridad.

Los criterios de temperatura y tensión son bajos pues el lugar de trabajo está protegido contra rayos ultravioletas ( techado), y en cuanto a la tensión, la presión que se ejerce por la succión y expulsión son pequeñas, pues hay que tener en cuenta las dimensiones del émbolo y cada cuánto se lubrican las bancadas.

Puesto que el material estudiado cumple satisfactoriamente las condiciones de trabajo y el material es bajo costo, no se sustituirá, lo único que cambiará serán los grabados, que para mayor economía, la tapa no tendrá estampado.

  1. BOLA DE LA BARRA Ó PALANCA
  • Esfuerzos

Ninguno

  • Material del producto:

Fenol- formaldehído (baquelita)

  • Material propuesto

Empack

  • Proceso:

Fundición

  1. VÁLVULA

 

  • Para la válvula el unico factor que tendremos en cuenta será el corrosivo pues el liquido permanece estacionario gran parte del tiempo.
  • Material producto: Bronce Sae 622 Composición M
  • Propiedades: Resistencia a la tracción 275.79 Mpa.

Resistencia a la fluencia 137.89 Mpa.

  1. PASADOR

1. FASE DESCRIPTIVA:

  • Función: permite que la uña tenga un movimiento rotacional, que permite empujar el émbolo, más no vertical o longitudinalmente.
  1. DESCRIPCIÓN GRAFICA:

 

3. ANÁLISIS Y CONDICIONES DE TRABAJO

  • El material está sometido a sustancias químicas.
  • El material esta sometido a esfuerzos cortantes dobles.
  • Costos.
  1. DETERMINACIÓN Y FORMULACION DE CRITERIOS

( CUALITATIVOS E INDICADORES)

CRITERIOS

CUALITATIVA

INDICADORES

1. RESISTENCIA A LA CORROSION

ALTO

COMPOSICIÓN QUÍMICA

2.RESISTENCIA AL

ESFUERZO CORTANTE

ALTO

DUREZA

3 . COSTO DE MATERIAL

BAJO

$

5. PRESELECION DE MATERIALES PARA EL PASADOR

Propiedades

Materiales

Res tensión

Max (kg/mm2)

Esfuerzo

Cedencia

(kg/mm2)

Proceso

Costo material (kilo mecanizado)

Acero 1020

70

38

Torno

200

Acero 1010

37

30

Torno

200

6. ANÁLISIS NUMERICO

  • Material actual acero SAE 1020
  • Dimensiones

Cabeza:

f = 9 mm

Altura: 3 mm

Cuerpo:

f i = 5 mm

Longitud: 35 mm

Carga: 40 Kg

Esfuerzo cortante doble acero 1020

t cortante = P/A = P/ ( (p /2)*Æ 2) = 40 /127.23 = 0.3143 Kg/mm2

t cortante » 0.7 s LE s LE = 0.3143 Kg/mm2 / 0.7 = 0.449

Kg/mm2

t adm 1020 = 8.44 Kg/mm2 (tablas)

como el esfuerzo admisible esta muy por debajo del esfuerzo de trabajo (0.449 Kg/mm2 ) lo que debemos hacer es buscar un material con mas bajo esfuerzo admisible o reducir las dimensiones para acomodarse al esfuerzo admisible.

Dimensiones mínimas :

t adm 1020 = 8.44 Kg/mm2

8.44 Kg/mm2 = 40 kg / ((p /2)*Æ 2) Æ 2 = 40 /6062 Æ = 2.54mm

Podríamos seguir usando el mismo material pero disminuyendo el diámetro del pasador a 2.45 mm.

PROCESOS INVOLUCRADOS EN LA FABRICACIÓN DE LA BOMBA

  • TORNEADO Y OPERACIONES AFINES:

El torneado es un proceso de maquinado en el cual una herramienta de una punta sencilla remueve material de la superficie de una pieza de trabajo cilíndrica en rotación. La herramienta avanza linealmente y en una dirección paralela al eje de rotación. El torneado se lleva a cabo tradicionalmente en una maquina herramienta llamada torno, la cual suministra la potencia para tornear la parte a una velocidad de rotación determinada con avance de la herramienta y profundidad de corte especificados.

  • OPERACIONES RELACIONADAS CON EL TORNEADO:

Además del torneado se pueden realizar una gran variedad de operaciones de maquinado en un torno.

  • ROSCADO. Una herramienta puntiaguda avanza linealmente a través de la superficie externa de la parte de trabajo en rotación y en dirección paralela al eje de rotación, a una velocidad de avance suficiente para crear cuerdas roscadas en el cilindro.
  • TECNOLOGÍA DEL TORNO MECÁNICO:

El torno básico usado para torneado y operaciones afines es un torno mecánico. Es una maquina herramienta muy versátil que se opera en forma manual y se utiliza ampliamente en producción baja y media. El termino "maquina" se origino en el tiempo en que estos mecanismos eran movidos por maquinas de vapor.

A continuación se describirá brevemente n torno mecánico:

El cabezal contiene la unidad de transmisión que se mueve en el husillo que hace girar al trabajo. Opuesto al cabezal esta el contrapunto en el cual se monta un centro para sostener el otro extremo de l trabajo.

La herramienta de corte es sostenida por una tortea que se fija al carro transversal, que se ensambla al carro principal. El carro principal se diseña deslizarse sobre las guías del torno a fin de hacer avanzar la herramienta paralelamente al eje de rotación. Las guías son una especie de rieles a lo largo de los cuales se mueve el carro y están hechas con gran precisión para lograr un alto grado de paralelismo con respecto al husillo. Las guías se construyen sobre la bancada del torno que provee una armazón rígida para el torno mecánico.

El carro se mueve por medio de un tornillo guía sin fin que gira a la velocidad propia para obtener la velocidad de avance deseada. El carro transversal esta diseñado para avanzar en una dirección perpendicular al movimiento del carro. Por tanto, al moverle carro, la herramienta puede avanzar paralela al eje de trabajo para ejecutar el torneado recto. Y al mover el carro transversal, la herramienta puede avanzar radialmente dentro del trabajo para ejecutar el careado, el torneado de forma, o la operación de tronzado.

El torno mecánico convencional y el torno descrito anteriormente es una maquina de torneado horizontal; es decir, el eje del husillo es horizontal. Esto es adecuado para la mayoría de los trabajos de torno donde la longitud es mayor que el diámetro. Para trabajos donde el diámetro es mayor que la longitud y el trabajo es pesado, es más conveniente orientar el trabajo de manera que gire alrededor de un eje vertical, estas son maquinas de torneado vertical.

El tamaño del torno se designa por:

  1. El diámetro máximo admisible (volteo).
  2. La máxima distancia entre los centros.

El volteo es el diámetro máximo de la parte de trabajo que puede girar en el husillo, se determina como el doble de la distancia que existe entre el eje central de husillo y las guías de la maquina. El máximo tamaño real de la parte de trabajo cilíndrica que puede acomodarse en el torno es menor, debido a que el carro y la corredera lateral están sobre las guías.

La máxima distancia entre los centros indica la longitud máxima de la pieza de trabajo que puede ser montada entre el cabezal y el contrapunto.

  • FRESADO

El fresado es una operación de maquinado en la cual se hace pasar una parte de trabajo en frente de una herramienta cilíndrica rotatoria con múltiples bordes o filos cortantes. El eje de rotación de la herramienta cortante es perpendicular a la dirección de avance la orientación entre el eje de la herramienta y la dirección de la base es la característica que distingue al fresado del taladrado. En el taladrado, la herramienta de corte avanza en dirección paralela a su eje de rotación. La herramienta de corte en fresado se llama fresa o cortador para fresadora y los bordes cortantes se llaman dientes. La máquina herramienta que ejecuta tradicionalmente esta operación es una fresadora.

La forma geométrica creada por el fresado es una superficie plana. Se pueden crear otras formas mediante la trayectoria de la herramienta de corte o la forma de dicha herramienta. Debido a la variedad de formas posibles y a sus altas velocidades de producción, el fresado es una de las operaciones de maquinado más versátil y ampliamente usado.

El fresado es una operación de corte interrumpido; los dientes de la fresa entran y salen del trabajo durante cada revolución. Esto interrumpe la acción de corte y sujeta los dientes a un ciclo de fuerzas de impacto y choque térmico en cada rotación. El material de la herramienta y la geometría del cortador deben diseñarse para soportar estas condiciones.

  • FUNDICIÓN

Proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena. La fundición es un antiguo arte que todavía se emplea en la actualidad, aunque ha sido sustituido en cierta medida por otros métodos como el fundido a presión, la forja, la extrusión, el mecanizado y el laminado.

La fundición implica tres procesos diferentes: en primer lugar se construye un modelo de madera, plástico o metal con la forma del objeto terminado; más tarde se realiza un molde hueco rodeando el modelo con arena y retirándolo después; y a continuación se vierte metal fundido en el molde (este último proceso se conoce como colada).

En los casos en que el número de piezas fundidas va a ser limitado, el modelo suele ser de madera barnizada, pero cuando el número es alto puede ser de plástico, hierro colado, acero, aluminio u otro metal. El modelo presenta dos diferencias importantes con respecto al original: sus dimensiones son algo mayores para compensar la contracción de la pieza fundida al enfriarse, y los modelos de objetos huecos tienen proyecciones que corresponden a los núcleos. Aunque los modelos pueden hacerse de una sola pieza, cuando su forma es complicada es más fácil sacar el objeto fundido del molde si tiene dos o más partes. Por esa misma razón, los modelos de objetos con lados rectos suelen fabricarse con un ligero rebaje en su espesor. Las distintas partes de un modelo tienen salientes y entrantes coincidentes para alinearlas de forma correcta al montarlas.

CONCLUSIONES

  • La fabricación y diseño de un producto, obliga un plan de trabajo, este debe hacerse con base en la forma de satisfacer la necesidad de manera optima.
  • La demanda de un producto que se encuentra en el mercado industrial, debe tener ciertas características para su aceptación, tales como: forma, diseño, funcionalidad, ciclo de vida, factibilidad de adaptación, costos, etc...
  • A la hora de seleccionar un material para una sustitución es deben tener en cuenta los diferentes esfuerzos y deformaciones que se pueden presentar en la estructura de cada una de sus partes.
  • Criterios técnicos y económicos usados para cambiar los materiales a una tecnología ya existente con lleva a un mejor desarrollo de la industria.

ANEXOS

CRITERIOS

 

MATERIALES

 

COMPOSICIÓN QUÍMICA (%)

CARCASA

C

Si

Mn

Cr

Ni

Al

Cu

Mg

Fe

Aleación Al – Mg 5050 H38

             

1.2

 

Aleación Al – Si 443- F

 

5.2

             

Fundición Gris Clase 20

3.5

2.5

0.65

         

93

Aleación 2960 T6

           

4.5

 

94.4

BARRA

                 

Astm A395

3

2.5

             

Sae 1040

0.4

0.22

0.75

           

Sae 1010

0.1

0.1

0.45

           

Sae 1060

         

99.6

     

UÑA

                 

Aleación 3560 T5

 

7

             

Aleación 380F

 

8

             

Acero 1010

0.1

0.1

0.45

           

Aleación 319F

 

6

       

3.5

   

EMBOLO

                 

Acero 1020 (Carburizado)

0.2

0.35

 

0.65

         

Acero 1045

0.45

0.30

0.70

           

Acero 5160 (maquinado)

0.56

0.23

0.88

0.80

         

Acero 2436 (trabajado en frío)

2.1

   

12

         

RESORTE

C

Si

Mn

Cr

Ni

Al

Cu

Mg

Fe

Sae 1095

1.0

0.25

0.45

           

Sae 410 (inoxidable)

0.0015

   

0.12

         

Sae 347 (inoxidable)

     

0.18

0.11

       

MALLA

                 

Sae 301

     

0.17

0.07

       

VÁLVULA

                 

Sae 622 Composición M

 

0.005

   

1

 

88

 

0.05

PASADOR

                 

Acero 1010

0.1

0.1

0.45

           

Acero 1020

0.2

0.35

 

0.65

         

BOLA PALANCA

CARACTERISTICAS

Baquelita (fenol – formaldehido)

 

ABS

Mezcla de resina y elastómero (retardo a flama, alta resistencia termica y al impacto al igual que buena dureza superficial).

Acetales

 

Poliuretano (PU)

 

Empack (cartón+aluminio+polietileno)

 

CRITERIOS

 

MATERIALES

PROPIEDADES MECÁNICAS

CARCASA

Estado de suministro

Resistencia a la fluencia

(Mpa)

Resistencia a la tracción

(Mpa)

Alargamiento

(%)

Dureza

(HBN)

Aleación Al – Mg 5050 H38

H38

200

220

6

63

Aleación Al - Si 443- F

F

55.16

131

   

Fundición Gris Clase 20

   

138

0.6

 

Aleación 2960 T6

T6

180

276

5

90

BARRA

         

Astm A395

   

414

18

 

Sae 1040

Lam. caliente

290

525

18

149

Sae 1010

Lam. caliente

180

325

28

95

Sae 1060

H18

124

131

6

35

UÑA

         

Aleación 3560 T5

T5

138

172

2

60

Aleación 380F

F

158

324

4

80

Acero 1010

Lam. caliente

180

325

28

95

Aleación 319F

F

124.1

186.1

2

 

EMBOLO

Estado de suministro

Resistencia a la fluencia

(Mpa)

Resistencia a la tracción

(Mpa)

Alargamiento

(%)

Dureza

(HBN)

Acero 1020 (carburizado)

Lam. caliente

207

380

25

111

Acero 1045

Calibrado

 

686

10

210

EMBOLO

Estado de suministro

Resistencia a la fluencia

(Mpa)

Resistencia a la tracción

(Mpa)

Alargamiento

(%)

Dureza

(HBN)

Acero 5160 (maquinado)

Recocido

 

715

17

197

Acero 2436 (trabajado en frío)

Recocido

     

240

RESORTE

         

Sae 1095

Lam. caliente

455

828

10

248

Sae 410 (inoxidable)

 

276

483

30

155

Sae 347 (inoxidable)

 

241

621

45

160

MALLA

         

Sae 301

         

VÁLVULA

         

Sae 622 Composición M

 

137.8

275

30

65

PASADOR

         

Sae 1010

Lam. caliente

180

325

28

95

Acero 1020

Lam. caliente

207

380

25

111

 

CRITERIOS

MATERIALES

PROPIEDADES MECÁNICAS

BOLA PALANCA

Resistencia al impacto

(N/m)

Densidad (g/cm3)

Resistencia a la tracción

(Mpa)

Alargamiento

(%)

Modulo de elasticidad (Gpa)

Dureza

(Rc)

Baquelita (fenol – formaldehido) (PF)

4.378

1.4

51.71

0

6.89

125

ABS

14.59

1.06

48.26

20 – 80

2.07

95

Acetales

29.18

1.41

68.94

50

3.58

120

Poliuretano (PU)

-

1.2

34.47

0

-

-

Empack

           

 

CRITERIOS

MATERIALES

 

COMPOSICIÓN QUÍMICA (%)

CARCASA

C

Si

Mn

Cr

Ni

Al

Cu

Mg

Fe

Aleación Al - Mg 5050 H38

             

1.2

 

BARRA

                 

Sae 1040

0.4

0.22

0.75

           

UÑA

                 

Aleación 319F

 

6

       

3.5

   

EMBOLO

                 

Acero 5160 (maquinado)

0.57

0.23

0.88

0.80

         

RESORTE

                 

Sae 1095

1

0.5

0.45

           

BOLA PALANCA

                 

Baquelita (fenol – formaldehido)

                 

MALLA

                 

Sae 301

     

0.17

0.07

       

VÁLVULA

                 

Sae 622 Composición M

 

0.05

   

1

 

88

 

0.05

PASADOR

                 

Acero 1020

0.20

0.35

0.65

           

CUADRO COMPARATIVO DE MATERIALES

PIEZA

MATERIAL

ACTUAL

MATERIAL SUSTITUTO

Barra

Sae 1040

SAE 1010

Uña

Aleación aluminio

319 – F

SAE 1010

Embolo

SAE 5160

SAE 1020

Carburizado

Carcaza

Aleación

Aluminio – Magnesio

Fundición Gris

+ % de Cr ó Ni

Base

Aleación

Aluminio – Magnesio

Empate: SAE 1010

Cavidad : SAE 1020

Resorte

SAE 1095

SAE 1095

Malla

SAE 301

SAE 301

Tapa

Polipropileno

Polipropileno

Bola

Baquelita

Empack

Válvula

SAE 622

Composición M

SAE 622

Composición M

Pasador

SAE 1020

SAE 1020

 

 

 

 

alejandro vargas lopez


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