roladora de tubos

8/10/2019 roladora de tubos

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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

FRANCISCO DE MIRANDA

REA DE TECNOLOGA

COMPLEJO ACADMICO EL SABINOPROGRAMA DE INGENIERA MECNICA

CONSTRUCCIN DE UNA ROLADORA DE TUBOS PARA EL TALLERINDUSTRIAL GARPIN C.A DE PUNTO FIJO, ESTADO FALCN.

AUTOR(ES):

Br. Jhonny Pea C.I. V-19.426.573

Br. Adrian Carballo C.I. V-19.981.087

TUTOR ACADMICO:

Ing. Esp. Ana Chirinos.

C.I. V- 13.202.425

TUTOR INDUSTRIAL

Ing. Nancy AntequeraC.I. V- 9.585.044

PUNTO FIJO, JUNIO 2014


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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

FRANCISCO DE MIRANDA

REA DE TECNOLOGA

COMPLEJO ACADMICO EL SABINOPROGRAMA DE INGENIERA MECNICA

CONSTRUCCIN DE UNA ROLADORA DE TUBOS PARA EL TALLERINDUSTRIAL GARPIN C.A DE PUNTO FIJO, ESTADO FALCN.

AUTOR(ES):

Br. Jhonny Pea C.I. V- 19.426.573Br. Adrian Carballo C.I. V- 19.981.087

TUTOR ACADMICO:

Ing. Esp. Ana Chirinos.

C.I. V- 13.202.425

TUTOR INDUSTRIAL

Ing. Nancy Antequera

C.I. V- 9.585.044

PUNTO FIJO, JUNIO 2014

Trabajo de Grado presentado ante la ilustreUniversidad Nacional Experimental Francisco deMiranda como requisito final para optar al Ttulode Ingeniero Mecnico.


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AGRADECIMIENTOS

Antes que todo darle mi agradecimiento a Diostodopoderoso por darme vida

y salud para lograr esta meta que me he trazado, por darme fuerza y voluntaden esos momentos difciles cuando creemos que no podemos ms y hacerme

entender que son momentos que te llenan de experiencia y motivacin para

seguir superndote da a da. GRACIAS DIOS.

A mi bella madre Nubia Daz por darme la vida, por ser ese apoyo

incondicional y mi motivacin, muchas gracias madre por ese amor y cario

que me has brindado en tantos aos a pesar de la distancia que nos hanseparado en algunos momentos, completamente orgulloso de ser t hijo madre

ma te amo.

Nuevamente a Dios por darme la dicha de tener dos padres: Jhonny Peael

segundo ser que me dio la vida, a ti viejo, mi respeto, admiracin y mi

agradecimiento por tanto que me has dado. Wolfang Castrillomi otro padre,

para ti viejo muchas gracias por inculcarme los valores necesarios para ser la

persona quien soy, por ensearme lo que es bueno y malo, por darme esa

educacin inicial que hoy en da ha obtenido su fruto y por repetirme una y otra

vez en esas largas conversaciones la palabra CAPACTENSE siempre la

tom en cuenta, totalmente agradecido.

A mi ta Nancy Antequerami segunda madre, por el inmenso apoyo que me

has brindado desde el primer da que llegue a estas tierras eres parte de mi

logro, orgulloso de ser sobrino de una bella persona, trabajadora y luchadoracomo t, que Dios te de mucha vida y salud para agradecerte las veces que

sea posible por tanto apoyo y sacrificio que me has dado incondicionalmente.


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A mis hermanos Julio, Jonnathan y Nubia (mi prince, mi ita, mi zaray) por

el gran apoyo desde el comienzo y fin de mi carrera, a ti Jhonnathan por esos

consejos que desde un comienzo me distes y por el apoyo que an me sigues

brindando desde all arriba, se te extraa hermano, gracias por ese regalo queme dejaste esa sobrina bella Jonnaylis, a ti, Julio, por esa motivacin y apoyo

que me has dado ltimamente en esos momentos difciles de mi carrera y para

la culminacin de este proyecto, a ti Nubia la chiquita de la casa por esa

inmensa alegra desde que llegaste a nuestras vidas que al pasar de los aos

has tomado diferentes apodos llenos de cario. Totalmente agradecido con

ustedes hermanos los amo.

A mi primo Eduardo Jos Cuba Antequera (mi Plin y Big League) por

adoptarme como t hermano y vivir a tu lado grandes momentos de gloria en

tu carrera como pelotero, me siento totalmente orgulloso de ti cada vez que

escucho tu nombre en cada evento deportivo que se realiza en tu honor,

gracias por esa sobrina que me dejaste mi bella Eduna Sofa.

A mis abuelos Teresa Moreno, Jess Castrillo, Adela Soto, Flix Daz,

Carmen Pea, Simn Antequera y Soledad Guillen para ustedes mis viejos

por tanta enseanza, consejos y carios que han dado dichoso por tener

tantos abuelos. Muchas bendiciones y salud para ustedes y para los que ya

partieron al reino de Dios (Jess y Carmen) sigan guiando mis pasos.

A toda mi gran familia Castrillo, Antequera y Pea por todo lo vivido con

ustedes, por esa unidad que nos caracteriza en los momentos difciles y

gratos, gracias por ese sentimiento familiar, Dios me los bendiga a todos.

A mis amigas, mis compaeras de estudio y de lucha Lesli Garces y Mara

Reyes totalmente agradecidocon Dios, por haberlas puesto en mi camino. A

ti Lesli por esa amistad y cario nico desde que comenz este sueo quehoy


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se ha logrado con mucho esfuerzo, gracias por todo el apoyo incondicional que

an me sigues dando y por todos los momentos vividos. A ti Mara a pesar de

que llegaste a mitad de este camino tan largo fue de gran aporte tu apoyo, tu

conocimiento y esa amistad tan bonita que surgi. Mis Ingenieras Mecnicastotalmente agradecido con ustedes por su apoyo y preocupacin en este

proyecto, le pido a Dios que les abra muchas puertas hacia el xito. Se les

quiere muchachas.

A mi compaero de tesis Adrian Carballopor trazarnos y cumplir esta meta

juntos con mucha paciencia y perseverancia.

A mi tutora acadmica Ing. Esp. Ana Chirinospor el apoyo y asesoramiento

que me ha bridado para el desarrollo de este proyecto. Para usted profesora

muchas gracias.

A laUniversidad Nacional Experimental Francisco de Miranda mi segunda

casa, inmensamente agradecido con esta casa de estudio por haberme

prestado las herramientas necesarias para formarme y ser lo que soy hoy.

Al Taller Industrial Garpin por el apoyo que me han prestado para la

realizacin de este proyecto del cual estoy seguro que ser de un total

beneficio para la empresa. Agradecido con el personal obrero (Torneros,

Soldadores, Fabricadores)por las sugerencias, opiniones y consideraciones

que me brindaron en el momento de la fabricacin y construccin de la

mquina

Jhonny J. Pea D.


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AGRADECIMIENTOS

Quiero darle gracias a Diospor permitirme alcanzar esta gran meta, por darme

la vida, salud y la fuerza necesaria para vencer cada obstculo permitindomesalir siempre adelante y por haber puesto en mi camino a aquellas personas

que han sido mi soporte y compaa durante toda la carrera.

A mis padres, por todo el apoyo que siempre me han dado, si no fuera por

ellos no sera lo que soy hoy en da. Gracias madre,por todos esos regaos

que siempre me dabas para que estudiara y por todos esos consejos que me

sirvieron de mucho para salir adelante y de motivacin para alcanzar estameta. Gracias padre, por todo lo que me has enseado, t fuiste quien me

hizo tomarle el cario a la carrera y en este logro se ve reflejado todo el

esfuerzo y la esperanza que siempre depositaste en mi.

A mishermanos, que siempre han estado apoyndome en todo momento y

a mi hermana, que siempre ha estado conmigo a lo largo de la carrera

apoyndome en los momentos ms difciles y aconsejarme en los momentos

justos. Los adoro muchsimo.

A mi novia bella, que llego a mi vida el momento justo. Da a da era un

obstculo diferente y cuando crea que ya no poda mas, tuviste ah para

tenderme tu mano y levantarme para seguir adelante y vencer cada una de

esas barreras. Sencillamente me llenaste de inspiracin, te doy gracias por

todo el apoyo y el cario que siempre me has brindado.

A toda mi familia, que de una forma u otra me han apoyado y que estn

siempre ah para tenderme la mano cuando ms lo necesito.


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Tambin tengo mucho que agradecerles a Lesli Garcs yMara Reyes, por

toda su colaboracin y estar siempre pendientes de nosotros. Sencillamente

gracias por todos esos regaos y estar siempre ah para apoyarnos cuando

ms lo necesitamos.

A la seora Nancy Cuba, ta de mi compaero de tesis y tutora de nuestro

proyecto, ya que siempre nos brindo todo su apoyo para poder construir la

mquina, sin su colaboracin no hubisemos podido finalizar el proyecto.

A mi tutor Ing. Ana Chirinos, por aportar sus conocimientos y toda la ayuda

prestada durante la realizacin de este proyecto.

A mi compaero de tesis y amigo incondicional, por todo el esfuerzo y

dedicacin en tan anhelada meta.

Quiero extender un enorme sentimiento de gratitud hacia todas las personas

que contribuyeron de una u otra forma para la realizacin de este proyecto.

Adrian A. Carballo C.


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DEDICATORIAS

La realizacin de este proyecto es tan significativo e importante, que de tal

manera, marcara un antes y un despus en mi vida, por este motivo quierodedicrselo principalmente a mi Dios por darme la vida, salud y la fuerza

necesaria para lograr esta meta a pesar de muchas adversidades. A mis

padres por ser mis primeros profesores inculcndome lo bueno y el ejemplo a

seguir, ustedes son partes de esta meta para ustedes este logro. A toda mi

familia en general (hermanos, tios(a), abuelos, primos) por esta unidad que

tenemos. Por ultimo quiro dedicar este proyecto especialmente a mis dos

ngeles: Jhonnathan Castrillo y Eduardo Cuba para ustedes este logro,Dios los tenga en la santa gloria, sigan guiando mis pasos donde quieran que

estn.

Jhonny J. Pea D.


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DEDICATORIA

Hoy en da le dedico este proyecto de grado a DIOS TODOPODEROSO, quien

de una manera u otro me ha brindado todo el apoyo el propsito de alcanzaresta gran meta y con orgullo puedo decir que con la fe en Dios todo se puede.

Gracias por ensearme el valor del esfuerzo, la dedicacin, perseverancia, y

mantener el entusiasmo en la realizacin de este proyecto

por darme la oportunidad de cumplir con mi sueo de ser todo un INGENIERO.

A mis padres, Desiderio Carballo ySilene Cariel De Carballo, por brindarme

todo el apoyo, por sus consejos, su confianza, dedicacin y ser pilarfundamental en mi vida a lo largo de la carrera y este ttulo es en honor a

ustedes, LOS AMO.

A mis hermanos Desiderio yHender, por todo ese apoyo incondicional y mi

hermanaGeraldin, quien siempre ha estado ah preocupndose por m en

todo momento.

A mi novia, Ana Mercedes Clara, por apoyarme, por darme ese nimo de

seguir adelante, por ensearme a vencer cada obstculo y por estar siempre

conmigo en las buenas y malas, simplemente todo este logro es nuestro mi

bella. Te amo muchsimo.

A mi abuelo, Segundo Cariel, quien con sus sabios consejos me han guiado

por el buen camino.

A mis tos y tas por bridarme todo su apoyo y buenos deseos.

A mi madrina Rosa Rojas, por tenderme la mano cuando ms lo necesito,

porque siempre has estado pendiente de m en cada paso de mi carrera


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brindndome todo el apoyo y cada uno de esos consejos que me llenan de

aliento.

A mis amigos y amigas que de una forma u otra me brindaron todo el apoyo ycompartieron conmigo sus conocimientos a lo largo de la carrera, en especial

a Lesli Garcs y Mara Reyes, ya que con toda la colaboracin y sus

conocimientos forman parte de este proyecto.

A mi compaero de tesis, por la paciencia, por el apoyo y perseverancia en

todo este camino que da a da tuvo lleno de obstculos pero al fin lo logramos.

Dedico tambin este proyecto, a todos los profesores que contribuyeron a mi

formacin acadmica, de los cuales aprend adems de las ctedras

impartidas, valores, que seguro me sern de utilidad para enfrentar mi futura

vida profesional.

Adrian A. Carballo C.


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Pea Das, Jhonny Jos; Carballo, Adrian. CONSTRUCCIN DE UNAROLADORA DE TUBOS PARA EL TALLER INDUSTRIAL GARPIN C.A DEPUNTO FIJO, ESTADO FALCN.

. Trabajo especial de grado para optar alttulo de Ingeniero Mecnico. Universidad Nacional Experimental Francisco de

Miranda. Punto Fijo, Venezuela, 2014.

RESUMEN

Hoy en da existen una gama de procesos tecnolgicos en el rea defabricacin; surgiendo nuevos mecanismos, para mejorar la calidad delproducto como lo es el rolado de tubos. Ahora bien; empresas del estadopresentan una variedad de servicios relacionados a este proceso defabricacin, no obstante muchos de ellos recurren a terceros para satisfacersus subproductos; como es el caso del taller industrial GARPIN. Aconsecuencia de esto; nos conlleva a disear y construir un equipo, en el queel rolado de tubos sea de fcil mecanizacin, para as optimizar la producciny minimizar los costos asociados a la prestacin de servicios. Para llevar acabo lo anteriormente descrito; se planteo como objetivo principal la;Construccin de una Roladora de Tubos para el Taller Industrial GARPIN C.A.de la Pennsula de Paraguan Edo. Falcn. Para cumplir con dicho objetivo;se realiz un diseo conceptual de la mquina, en el cual se describi todo loreferente a los distintos tipos de roladoras existentes en el mercado; asmismo, se realiz un cuadro comparativo; con el que se seleccion la

alternativa ms factible. En este mismo orden de idas; se trabajo con un diseodetallado, en el que se realizaron los clculos pertinentes al diseo y seleccinde los distintos mecanismos que conforman la mquina. Posteriormente sellevo a cabo la fabricacin y ensamble de la roladora, as como elfuncionamiento de la misma. La maquina roladora de tubos tiene un costo defabricacin de 23.570

Descriptores: Roladora, tubos, diseo, mecanismos, mquina.


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Pea Das, Jhonny Jos; Carballo, Adrian. CONSTRUCTION OF A PIPEBending, INDUSTRIAL WORKSHOP OF GARPIN PUNTO FIJO, ESTADOFALCN.

. Degree thesis for the degree in Mechanical Engineering.Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda. Punto Fijo,

Venezuela, 2014.

ABSTRACT

Today there are a range of technological processes in the manufacturing area;emerging new mechanisms, to improve product quality such as the rolling oftubes. Now; state enterprises have a variety of related services thismanufacturing process, however many of them turn to others to meet their by-products; such as INDUSTRIAL OF WORKSHOP GARPIN C.A. Aconsequence of this; leads us to design and build a team, which is tube rolling-cutting, to optimize production and minimize the costs associated with servicedelivery.To conduct described above; wont be the main objective; Constructionof Tube Rolling machines INDUSTRIAL OF WORKSHOP GARPIN C.A ofPeninsula de Paraguan Edo. Falcn. To fulfill this objective; a conceptualdesign the machine in which everything about the different types on the marketroladoras described was performed; Likewise, a comparative table was held;with the more feasible alternative is selected. In this gone by; is working with adetailed design, in which the relevant calculations to design and selection ofthe various mechanisms that make the machine were performed. Then I just

took to manufacture and assembly roladora and the operation thereof. ThePipe Bending machine has a manufacturing cost of 23.570

Descriptors: Rolling machines, tubes, design, mechanisms, machine.


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NDICE GENERAL

PP.

AGRADECIMIENTOSiii

DEDICATORIASvii

RESUMEN......xi

ABSTRACT....xii

LISTA DE FIGURAS...xvii

LISTA DE TABLAS...xx

LISTA DE APENDICES..xxi

LISTA DE ANEXOS...xxiii

INTRODUCCIN....1

CAPITULO I. DISEO CONCEPTUAL DE LA ROLADORA DE TUBOS

1.1 Caracterizacin del proceso de rolado.5

1.2 Partes bsicas de una roladora de tubos.5

1.2.1. Palanca.61.2.2. Eje de rotacin.6

1.2.3. Motor..6

1.3 Caracterizacin de las opciones existentes en el mercado..7

1.3.1. Roladora asimtrica7

1.3.2. Dobladora de tubos manual..8

1.3.3. Roladora de tubos MC 2009

1.4 Consideraciones de diseo..10

1.4.1. Tamao y peso..10

1.4.2. Mantenimiento11

1.4.3. Sistema de accionamiento...11

1.4.4. Seguridad12


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1.4.5. Adquisicin de equipos y materiales para la construccin.12

1.5Alternativas de diseo...12

1.5.1. Alternativa 113

1.5.2. Alternativa 215 1.5.3. Alternativa 318

1.6 Seleccin de la alternativa de diseo.20

1.7 Descripcin de la alternativa de diseo22

1.7.1. Estructura22

1.7.2 Sistema de transmisin.23

1.7.3. Sistema de accionamiento..23

1.7.4. Rodillo de rolado...23CAPITULO II. DISEO DETALLADO

2.1 Determinacin de la fuerza para el doblado de los tubos...24

2.1.1. Dimetro mximo del tubo...24

2.1.2. Distancia entre centro de los rodillos inferiores25

2.1.3. Limite de fluencia..25

2.1.4. Momento de inercia del tubo...25

2.1.5. Momento flector necesario para deformar los tubos...25

2.1.6. Fuerza necesaria para el doblado de los tubos26

2.1.7. Reaccin generada en los rodillos inferiores26

2.2 Determinacin de la potencia requerida para el rolado...27

2.2.1. Fuerza normal ejercida por cada rodillo inferior...27

2.2.2. coeficiente de rose esttico.27

2.2.3. Fuerza de friccin esttica...27

2.2.4. Dimetro de los rodillos....28

2.2.5. Torque generado en el rodillo.282.2.6. Velocidad de rotacin de los rodillos..28

2.2.7. Potencia requerida por cada rodillo28

2.2.8. Potencia total requerida29

2.3 Seleccin del motoreductor..29


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2.4 Seleccin del sistema de cadenas..30

2.4.1. Parmetros para la seleccin de la cadena mediante el software31

2.4.2. Resultados obtenidos mediante el software.32

2.4.3. Longitud de la cadena..342.4.4. Longitud de la cadena por paso..35

2.4.5. Torque de la rueda35

2.4.6. Fuerza de la cadena.35

2.5 Diseo de los ejes.36

2.5.1. Diseo del eje del rodillo superior..36

2.5.2. Diseo de la cua para los rodillos....48

2.6 Diseo del tornillo de potencia.502.6.1. Diseo del pasador de unin entre el tornillo55

2.7 Diseo de los rodillos56

2.8 Diseo de la estructura de la maquina...60

2.8.1. Diseo de los tramos A60

2.8.2. Diseo de los tramos B69

2.8.3. Diseo de los tramos C77

2.8.4. Diseo de los tramos D83

CAPITULO III. FABRICACIN Y ENSAMBLE DE LA ROLADORA DE

TUBOS

3.1 Fabricacin de la estructura de la roladora...87

3.2 Fabricacin de alojamientos para los rodamientos y su ensamble en la

estructura ..89

3.3 Fabricacin y ensamble de los ejes91

3.4 Fabricacin y montaje de los portabocn...92

3.5 Fabricacin y acoplamiento de los tornillos de potencia.933.6 Fabricacin de los rodillos roladores..94

3.7 Fabricacin y montaje de la cuas.95

CAPITULO IV. EVALUACIN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA MQUINA

4.1 Evaluacin del funcionamiento de la maquina..97


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xvi

4.2 Evaluacin detallada de los componentes de la mquina..98

4.3 Procedimientos y recomendaciones para la puesta en marcha de la

roladora101

CAPITULO V. DETERMINACIN DE COSTOS ASOCIADOS A LACONSTRUCCIN

5.1 Determinacin de costos102

5.1.1 Costos de materiales y accesorios103

5.1.2. Costos de equipos alquilados...104

1.5.3. Costos de equipos adquiridos...104

5.1.4. Costo de mano de obra..105

5.1.5. Costo de ingeniera.1065.1.6. Costo total de la mquina..106

5.1.7. Costos de construccin..107

CONCLUSIONES..110

RECOMENDACIONES.111

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS112

APENDICES (A).114

APENDICES (B).137

ANEXOS..147


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xvii

LISTA DE FIGURAS

PP.

1. Roladora Asimtrica08

2. Dobladora de Tubos manual.....093. Roladora de Tubos MC 200...10

4. Roladora Manual (Vista Frontal)...14

5. Roladora Manual (Vista de Planta)...14

6. Roladora Semiautomatica con Transmisin de Engrane (Vista Frontal)16

7. Roladora Semiautomatica con Transmisin de Engrane (Vista de

Planta)16

8. RoladoraSemiautomatica con Transmisin de Engrane (Vista deLateral)... 17

9. Roladora Semiautomatica con transmisin de cadena (Vista Frontal)...19

10. Roladora Semiautomatica con transmisin de cadena (Vista Lateral).19

11. Diagrama de cuerpo libre en el tubo..26

12. Sistema de cadenas y catarinas.30

13. Datos de entrada para la seleccin33

14. Resultados de la Seleccin.....33

15. Distribucin de los piones de cadena..34

16. Resultados de la medicin de longitud de la cadena.35

17. Esquema del sistema de rolado..36

18. Diagrama general de fuerza del eje del rodillo superior.....36

19. Diagrama de carga del eje en el plano XY37

20. Diagrama de fuerza cortante del eje en el plano XY...38

21. Diagrama de momento del eje en el plano XY.38

22. Diagrama de carga del eje en el plano XZ3923. Diagrama de fuerza cortante del rodillo en el plano XZ..40

24. Diagrama de momento del eje en el plano XZ.41

25. Diagrama de torque del eje superior..42

26. Esquema del eje y sus elementos.43


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xviii

27. Rodamiento de bolas de una hilera SKF modelo 6407..45

28. Perfil del eje47

29. Tornillo de potencia y rodillo superior....50

30. Unin entre el soporte deslizante y el tornillo de potencia.....5531. Disposicin de los rodillos en el cilindro rotativo..57

32. Ubicacin del ancho de contacto en los rodillos..58

33. Estructura de la mquina...60

34. Tramo A......61

35. Diagrama de carga del tramo A..61

36. Diagrama de fuerza cortante del tramo A.....62

37. Diagrama de momento flector del tramo A6238. Perfil del tramo A...63

39. Unin del tramo A..65

40. rea de la soldadura del soporte doble.68

41. Perfil de la soldadura...68

42. Tramo B......70

43. Diagrama de carga del tramo B..71

44. Diagrama de fuerza cortante del tramo B.....71

45. Diagrama de momento flector del tramo B72

46. Perfil del Tramo B..72

47. rea de la soldadura del tramo B...75


49. Tramo C..77

50. Diagrama de carga del tramo longitudinal B.78

51. Diagrama de fuerza cortante del tramo C.....79

52. Diagrama de momento flector del tramo C...7953. Perfil del Tramo C.....80

54. rea de la soldadura del tramo C...82


56. Perfil del Tramo D.....84


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xix

57. Curvadora de tubos manual..108

58. Maquina CNC de tubo manual..108


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xx

LISTA DE TABLAS

PP.

1.Seleccin de las alternativas de diseo...21

2. Especificaciones del motorreductor..29 3. Evaluacin del desempeo de los componentes que predominan en la

roladora100

4. Costos de materiales y accesorios103

5.Costos de Equipos Alquilados.104

6.Costos de Equipos Adquiridos.105

7.Costos de Mano de Obra105

8.Costos de Ingeniera.1069. Costos de la Mquina107

10. Costos reales de construccin..107


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xxi

LISTA DE APNDICE

PP.

1-A. Eje 1.1152-A. Eje 2.116

3-A. Rodillos Roladores....117

4-A. Tornillo de potencia 1118

5-A. Tornillo de potencia 2119

6-A.Alojamiento de rodamiento fijo....120

7-A.Alojamiento de rodamiento deslizante...121

8-A. Tubo cuadrado 11229-A. Tubos cuadrados.................123

10-A. Gua...124

11-A. Lamina......125

12-A. Superficie de tubos cuadrado...126

13-A. Portabocin.127

14-A. Tuerca del tornillo de potencia 1...128

15-A. Tuerca del tornillo de potencia 2...129

16-A.Rodillo doclador...130

17-A.Porta rodillo..131

18-A.Estructura.....132

19-A. Detalle de estructura...133

20-A.Mecanismo rolador..134

21-A.Mecanismo de predoblado.135

22-A.Mquina roladora de tubos136

1-B. Corte de los tubos para la estructura a un ngulo de 45..1382-B.Fijando los 4 tubos con la escuadra de 90 que sujetara la base de la

maquina...138

3-B. Proceso de desprendiendo del exceso del material con el esmeril..139


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xxii

4-B. Estructura final donde reposaran los elementos y equipos de la

maquina...139

5-B. Planchas cuadradas para la fabricacin de los alojamientos de (100 x 100)

mm..1406-B. Limpieza de las caras de los alojamientos en las fresadoras140

7-B. Uno de los dos alojamientos con el canal de la gua ya mecanizado por la

fresadora.141

8-B. Corte de las barras 4340 para los ejes..141

9-B. Proceso de fabricacin de los ejes.142

10-B. Mecanizacin del canal para la cua...142

11-B. Realizacin de las roscas en el eje..14312-B. Montaje de los ejes y alojamientos..143

13-B. planchas de acero SAE 1040 para las fabricaciones de los rodillos

roladores..144

14-B. Mecanizacin de los rodillos roladores144

15-B.Acabado final del rodillo.145

16-B. Estructura pintada...145

17-B. Evaluacin de la mquina con tubo de acero al carbono A1761de

dimetro y 2 mm de espesor146

18-B Evaluacin de la mquina con tubo de acero al carbono A1761de

dimetro y 2 mm de espesor146


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LISTA DE ANEXOS

PP.

A-1. Propiedades mecnicas de los aceros de elementos estructurales.149A-2. Propiedades y caractersticas de tubos redondos...150

A-3. Tabla A9 cortante, momento y deflexin en vigas...151

A-4. Coeficiente de friccin para algunas combinaciones de materiales.152

A-5. Motorreductores de engranajes de sin fin.153

A-6. Piones ANSI doble..154

A-7. Propiedades mecnicas de los aceros al carbono..155

A-8. Factores de clculos de rodamientos de bolas156A-9. Rodamiento de bolas de una hilera 6007..157

A-10. Propiedades fsicas de algunos materiales de ingeniera158

A-11. Propiedades mecnicas de los aceros al carbono159

A-12. Dimensiones de cuas cuadradas y rectangulares...160

A-13. Dimensiones principales de las roscas para tornillos standard...161

A-14. Coeficientes de friccin para tornillos de potencia.162

A-15.Especificaciones SAE para pernos de acero..163

A-16.Especificaciones y resistencias mtricas para pernos de acero.164

A-17.Dimensiones principales de las roscas para tornillos mtricos ISO165

A-18.Propiedades a torsin de uniones de soldaduras de filetes.166

A-19.Propiedades mnimas del metal soldante167

A-20.Propiedades mecnicas de los aceros de elementos estructurales...168

A-21.Tabla A9 cortante, momento y deflexin en vigas.169

A-22.Tabla A9 cortante, momento y deflexin en vigas.170


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INTRODUCCION

Hoy en da existen una gama de procesos tecnolgicos en el rea de

fabricacin; los cuales estn encargados de conseguir una mejora sustancialen el sector industrial. Esto constituye una opcin econmica, confiable y

productiva en el manejo de la mecanizacin de los elementos mecnicos, as

como en la creacin de figuras geomtricas y tcnica de troquelado. Entre los

mtodos de fabricacin se encuentran los procesos de desprendimiento de

virutas por medio del torneado, fresado, limado, taladrado entre otros. Todos

estos mecanismos tienen como finalidad darle tanto forma como tamao a

cada pieza que se mecaniza dentro del taller; de igual modo ajustar cadaelemento a los parmetros necesarios que garanticen las normas de seguridad

y confiabilidad durante su vida til.

En este mismo sentido, han surgido nuevos mecanismo de fabricacin para

mejorar la calidad del producto como lo es el rolado de tubos; cuyo

procedimiento radica en doblar tubos metlicos mediante fuerza mecnica o

hidrulica hasta lograr el radio requerido sin necesidad de someter el material

a elevadas temperaturas. Desde hace dcadas se implement la inclusin de

este mtodo con el fin obtener la forma curva de tubos, platinas y vigas que

son aportes para la construccin de infinidades de elementos de

almacenamiento, obras civiles, partes de maquinaria, vehculos, tanques

petroleros, de agua, calderas, intercambiadores de calor, entre muchas otras

aplicaciones que se pueden obtener mediante este proceso de fabricacin.

Es menester, que empresas del estado presentan una variedad de serviciosrelacionados a estos procesos de fabricacin; no obstante muchos de ellos

dependen de la importacin de nuevos dispositivos, prestacin de servicios a

terceros para satisfacer sus subproductos. Por tal motivo empresas como


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TALLER INDUSTRIAL GARPIN C.A, no escapa a la realidad frente a los

problemas de adquisicin de divisas para obtener nuevos equipos.

Por consiguiente; se tom como consideracin la necesidad de disear yfabricar sus dispositivos para poder satisfacer los procedimiento en la

obtencin de productos terminados, por lo cual este taller busca posicionarse

e igualmente expandirse en el mercado llegando a ser lder entre las empresas

competitivas del estado; prestando un nuevo servicio como lo es el rolado,

debido a que los equipos con los que cuenta la empresa no satisfacen los

requerimiento del cliente y el buen acabado del producto que se desea

obtener. Como su nombre lo indica; el rolado es un procedimiento para curvaro enrollar tubos metlicos en forma de crculo o espiral mediante una fuerza

mecnica o hidrulica, hasta lograr la forma o el radio requerido sin necesidad

de someterlo a elevadas temperaturas.

Por todo lo anteriormente expuesto; surge la iniciativa de construir una

roladora de tubos que pueda reducir los procedimientos en las actividades, los

tiempos de mecanizacin de los materiales; con la finalidad de minimizar las

horas hombre, disminuir los costos asociados a la mecanizacin y as entregar

el producto final justo a tiempo. Por lo tanto se busca que la misma empresa

pueda cubrir sus necesidades con la autogestin de los procesos sin tener que

acudir a la mano de obra especializada de otros talleres.

A partir de lo antes mencionado, se defini como objetivo general: Construir

una Roladora de Tubos para el Taller Industrial Garpn C.A de Punto Fijo Edo.

Falcn. Para cumplir con este requerimiento se plantearon los siguientesobjetivos especficos:

1. Caracterizar las mquinas existentes en el mercado.

2. Elaborar el diseo conceptual de la roladora.


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3. Desarrollar el diseo detallado de la roladora.

4. Ejecutar el proceso de fabricacin y ensamble de la roladora.

5. Evaluar el funcionamiento de la roladora.

6. Determinar los costos asociados a la construccin.

La construccin de este equipo contribuir a consolidar el desarrollo

tecnolgico para que los procesos de fabricacin mejoren econmicamente los

niveles de produccin del TALLER INDUSTRIAL GARPIN C.A. Por otra parte

permitir que la manufactura del taller alcance altos ndices de rendimiento con

una mayor rentabilidad y menor tiempo posible, reduciendo as los costos de

operacin, como por ejemplo: Mano de obra especializada, transporte,impuestos entre otros factores que incrementan los costos y disminuyen los

ingresos de la empresa. As mismo; implementar conocimientos de ingeniera

y diseo para la capacitacin del personal de ingenieros, tcnicos y pasantes

que impulsan el avance de esta empresa, de igual manera la indagacin de

nuevas ideas que sustenten las especificaciones de la mquina.

El presente trabajo de grado, se desarroll bajo la estructura de cinco (05)

Captulos, en los que se distribuy la investigacin de la siguiente manera:

CAPTULO I Diseo Conceptual de la Roladora:Aqu se describe toda lo

referente a las distintos tipos de roladoras existentes en el mercado y el

anlisis detallado de las partes ms importantes que la conforman. Aunado a

esto se formularon criterios en funcin de las caractersticas de las opciones

existentes en el mercado, de esta forma conceptualizar las diferentes opciones

las cuales fueron evaluadas en un cuadro comparativo seleccionando laalternativa ms factible.

CAPTULO II Diseo Detallado: En ste captulo se realizaron los clculos

pertinentes al diseo y seleccin de los diferentes mecanismos que conforman


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la maquina roladora de tubos; tomando como consideracin el material y las

dimensiones de tubos redondos estructurales y comerciales; con medidas que

oscilan entre 0,5 y 3 pulgadas de dimetro y un espesor de 2mm.

CAPTULO III Fabricacin y Ensamble de la Roladora de Tubos: En el

presente captulo se detallan los procedimientos utilizados para la

mecanizacin y fabricacin de los diferentes elementos que conforman la

mquina; as como tambin el ensamble general de todos sus componentes,

para as obtener en su totalidad la roladora de tubos.

CAPTULO IV Evaluacin del Funcionamiento de la Maquina: Sedescribe la evaluacin del funcionamiento de la maquina con la finalidad de

que los resultados obtenidos en dicha evaluacin sean favorables en su

operacin

CAPITULO V Determinacin de Costos Asociados a la Construccin:

En este captulo se reflejan los anlisis de costos asociados con la

construccin de la mquina roladora.

Finalmente se incorporan las referencias bibliogrficas, apndices y anexos.


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CAPITULO I

DISEO CONCEPTUAL DE LA ROLADORA DE TUBOS

1.1 Caracterizacin del proceso de rolado de tubos

Arango G. [En Lnea 15 de marzo del 2014] El rolado de tubos; como sunombre lo indica es un proceso que consiste en curvar o enrollar tubos

metlicos simplemente mediante fuerza mecnica o hidrulica, hastalograr el radio o curva requerida, esto sin necesidad de someter elmaterial a elevadas temperaturas. Desde hace dcadas, este mtodo habrindado aportes para obras civiles, vehculos y partes de maquinaraentre los cuales se destacan: intercambiadores de calor, canalizaciones,vas para automotores, estructuras arquitectnicas, centraleshidroelctricas, aviones, mquinas de gimnasio y otros equipos paraobras civiles.

1.2 Partes bsicas de una roladora de tubos

Wilches J. [En Linea 1 de Marzo del 2014]. La simplicidad de la roladorade tubos, independientemente de su grado de automatizacin ytecnologa, est basada en el papel y funcionamiento de sus tres partesbsicas: Palanca, eje de rotacin y motor. Sin embargo; aunque lamquina tiene otras partes relevantes, es necesario recalcar que sus trescomponentes bsicos nunca varan sin importar la tecnologa de lamquina. A continuacin se explicaran de forma detallada loscomponentes bsicos de la roladora de tubos.


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1.2.1 Palanca:

Funciona partiendo de un principio bsico de la fsica. Es decir; una barra recta,

angular o curva que se apoya sobre un punto especfico y transmite una fuerza.Para ser ms puntual; la fsica plantea tres tipos de palancas que varan de

acuerdo a la posicin de tres puntos: apoyo, resistencia y potencia. En el caso

de la dobladora de tubos, la palanca funciona como el punto de apoyo que a

su vez, trabaja con un eje de rotacin (resistencia) conducido por un motor

(potencia). El objetivo de la palanca es determinar el giro y ngulo de rotacin

indicado (manual o automticamente) que impulsado por el motor, activa el eje

de rotacin; lo que en teora es la aplicacin de las palancas de tercer gnero.Es decir; la potencia se encuentra entre el punto de apoyo y la resistencia.

1.2.2 Eje de Rotacin:

Tiene como funcin transmitir o trasladar la fuerza para el doblado del tubo.

Su tamao depende de la pieza y del nivel de rotacin pues no es lo mismo

curvar un tubo para una cama a 90, que doblarlo en tres direcciones distintas

para armar una mquina de gimnasio. Ya que en el primer caso, basta con un

eje pequeo por la facilidad del doblado; mientras que en el segundo se

requiere un eje con un dimetro ancho y potente que tenga la capacidad de

curvar el tubo sin deformarlo.

1.2.3 Motor:

El eje de rotacin y la palanca no son suficientes para vencer la rigidez de untubo; por tal razn el motor es el mecanismo que produce la fuerza encargada

de vencer esa resistencia. Al igual que el eje de rotacin; la fuerza del motor

vara de acuerdo al tamao del eje de rotacin y de las caractersticas del tubo.


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1.3 Caracterizacin de las opciones existente en el mercado

A continuacin se presentaran tres opciones existentes de Roladoras que se

encuentran en el mercado; donde se obtendr la informacin y capacitacinnecesaria sobre su sistema de funcionamiento u accionamiento, descripciones

del equipo, caractersticas tcnicas, argumentos relevantes como:

dimensiones del equipo, peso, recomendaciones, entre otros. Con la finalidad

de plantear alternativas que no escapen de la realidad para la seleccin y

construccin; y su vez cumplan con los parmetros de diseo.

1.3.1 Roladora Asimtrica:

Arango G. [En Lnea 15 de marzo del 2014]. Su concepto se basa en tresrodillos: uno superior, otro inferior debajo del superior y un tercero lateral.Este modelo de roladoras se usa para trabajos livianos; su tamaoestndar es para laminas hasta de 2 metros de ancho y espesores queno superan los 6 mm. Las asimtricas realizan la sujecin de la lminaentre el rodillo superior y el inferior, por lo que la lmina queda prensadaentre ellos mediante fuerza hidrulica o mecnica y es conducida por elgiro motorizado del superior; una vez la chapa pasa por encima del rodillolateral; este sube generando presin que curva la lmina hasta lograr elradio buscado o el cilindrado obteniendo un tubo. Se llega a esteresultado en varias pasadas, es decir; en recorrer la totalidad de lachapa en ambos sentidos e incrementando la presin del rodillo lateral alfinal de cada recorrido.


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Figura N 1. Roladora asimtrica

Fuente:http://www.metalactual.com

1.3.2 Dobladora de tubos manual:

Autor Desconocido. [En Lnea 10 de Abril del 2014]. Es un equipo prcticode fcil funcionamiento con un accionamiento mecnico por medio deuna palanca (manivela). Esta dobladora puede realizar curvas simples ymltiples con rangos de 1 a 180, su peso no excede de los 34 kg (75lb).Sus dimensiones son las siguientes: ancho 53 cm (21 pulg.), profundidad

28 cm (11 pulg.), altura 37 cm (14,5 pulg.) la misma cuenta con una ruedaselectora de grado en la parte inferior la cual se puede ajustar, mostrandoel ngulo de doblado de la maquina con precisin.
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Figura N 2. Dobladora de tubos manual

Fuente:http://www.swagelok.com.mx

1.3.3 Roladora de Tubos MC 200:

Autor Desconocido. [En Lnea 20 del Abril del 2014]. Es una mquinadiseada para curvar perfiles, tubos, ts, ngulos entre otros; en variostipos de materiales y dimensiones. Se suministra con la curvadora, un

juego de utillajes; con lo que podr efectuar curvados de perfiles. Noobstante el fabricante le puede suministrar cualquier tipo de rodillos para

efectuar otro tipo de curvados en tubos, as como rodillos de delrin paraevitar daar o rayar los trabajos en acero inoxidable o aluminio. El ruidoes casi nulo en el rgimen de trabajo, al igual que la vibracin; ya que lavelocidad de rotacin de los rodillos es de 14rpm. La mquina vaequipada con un motor de 1.1 KW de potencia y del reductor quetransmite la rotacin a los dos ejes a travs de coronas dentadas. Estosson de acero templado y rectificado de 40 mm de dimetro. La estructurade la mquina est fabricada en chapa de acero soldado y mecanizado,portando una estructura slida y robusta a la mquina.
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Figura N 3.Roladora de Tubos MC 200

Fuente:http://www.nargesa.com

1.4 Consideraciones de diseo

Precisando de una vez; las consideraciones del diseo se establecieron de

acuerdo al requerimiento de la empresa GARPIN C.A; el cual influye en el

diseo y construccin de la mquina, de esta manera se tienen ciertosaspectos fundamentales que deben considerarse. Entre ellos estn: tamao,

mantenimiento, sistema de accionamiento, seguridad, fcil acceso de equipos

y materiales para la construccin de la mquina roladora de tubos.

1.4.1 Tamao y peso:

Cabe agregar que el tamao y el peso son aspectos fundamentales en el

diseo; ya que se pretende que el trabajo sea fcil y ergonmico al momento

de manipular la mquina. Resulta oportuno mencionar que se harn curvas y

esprales de radios considerablemente grandes; tomando en cuenta estas

observaciones, la altura de la misma tendr un tamao promedio a las que ya
http://www.nargesa.com/http://www.nargesa.com/http://www.nargesa.com/


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existen en el mercado; con un poco ms de 1300 mm y un ancho de 750 mm.

Por otra parte se requiere que en conjunto sea lo ms liviano posible para

trasladarla de un lugar a otro, ya que el equipo necesita operar en diferentes

ambientes de trabajo.

1.4.2 Mantenimiento:

El mantenimiento del equipo tendr que ser riguroso en determinados periodos

para alargar la vida til de la misma. En teora; se debe utilizar la mquina de

la forma ms eficiente posible, con la finalidad de mejorar la productividad de

la empresa; donde el personal tcnico sea quien realice las labores demanutencin que consiste en: conservar la estructura en buen estado, cambiar

los rodamientos y mantener lubricado el sistema de transmisin; por lo tanto

es necesario que sea fcil su mantenimiento y de bajo costo los repuestos que

necesiten ser cambiados peridicamente sin necesidad de especialistas

1.4.3 Sistema de Accionamiento:

Entre las consideraciones ms importantes que demanda la empresa para el

diseo de la mquina, es que la misma sea de fcil accionamiento donde no

produzca desgaste fsico por parte del operador. De tal manera; se propuso

que el equipo sea accionado por medio de un motor elctrico, el cual se

encargar de transmitir potencia a los sistemas de transmisin (cadenas);

donde este disminuir la velocidad de salida del motor aumentando la potencia

de la misma y as imponerse a la resistencia que opone el tubo a la

deformacin.


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1.4.4 Seguridad:

En los diseos de maquinarias y equipos, es responsabilidad del diseador lo

que suceda con la misma; razn por la cual se ajustaron factores de seguridadadecuados que garanticen el funcionamiento seguro y correcto de la roladora.

Adems de ser de suma importancia debido a que los operadores estarn

vulnerables a cualquier falla o desperfecto del sistema. As mismo; se deben

garantizar que los fenmenos visualizados en el proceso se apeguen a lo

descrito tericamente y a las normas de fabricacin, obteniendo resultados

confiables.

1.4.5 Adquisicin de Equipos y Materiales para la Construccin:

La adquisicin de equipos y materiales son factor determinante en el diseo;

de esto depende la calidad y vida til del sistema. Por lo tanto; se requiere que

los materiales sean de fcil adquisicin, resistentes, econmicos y duraderos

con la finalidad de conseguir una reduccin de costos; de esta forma lograr

una mejora sustancial en la obtencin de materiales para la mecanizacin de

los de elementos que conformar la mquina. Debido a esto; es importante

destacar que todos los materiales se encuentren en el mercado regional y

nacional, donde su disponibilidad es inmediata para evitar algn tipo de retraso

en la realizacin de este proyecto, lo que har al diseo una opcin factible

para su construccin.

1.5 Alternativas de diseo

A continuacin se plantean tres alternativas de diseo que cumplen con los

parmetros necesarios para su diseo y construccin, con la finalidad de

evaluar cada una de ellas; as, de esta forma seleccionar la ms indicada de


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acuerdo a las exigencias de la empresa, tomando en cuenta algunas

consideraciones de diseo anteriormente mencionadas.

1.5.1 Alternativa 1:

Esta alternativa se basa en un sistema manual, conformada por una palanca

y un eje de rotacin. La mquina responde en primer momento a la demanda

bsica de cualquier taller o pequea industria en la que su produccin sea

baja; ya que la fuerza y potencia necesaria para rolar el tubo ser generado

por el operador. La mquina estar compuesta por una estructura metlica en

forma de mesa, dado que servir como base para el montaje de todos loscomponentes del diseo. Entre los mecanismos que conformaran el equipo

estn: tres rodillos soportados en una plancha de hierro de forma vertical con

configuracin triangular; donde el superior se mantendr fijo, ser accionado

a travs de un sistema mecnico que le proveer fuerza y sentido de rotacin

por medio de una palanca; mientras que los inferiores sern mviles. Cada

uno se desplazar de manera independiente por medio de unas correderas

horizontales siendo ajustados con tornillos de sujecin que le dar el ajuste

necesario de acuerdo al dimetro de la tubera y el radio de curvatura que sea

requerido.


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Figura N 4.Roladora Manual (Vista Frontal)

Fuente:propia

Figura N 5.Roladora Manual (Vista de Planta)

Fuente:propia

Ventajas Desventajas

Es de fcil funcionamiento ya

que no requiere de algn tipo

Se debe realizar un pre-

curvado al material que el

Palanca deaccionamiento

Correderas de los rodillosinferiores

Rodillo impulsor por mediode la palanca deaccionamiento

Rodillosinferiores

Plancha de acero

Rodillo superiorimpulsado

Tornillo desujecin


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de adiestramiento para operar

la mquina

Es una mquina de

accionamiento manual por lo

que no se requiere de energa

elctrica para su

funcionamiento

mismo este en contacto con

los 3 rodillos a la hora de

accionar la palanca

El tubo que se desea doblar

tendr que ser considerado

por ser un sistema mecnico

ya que el operador se

esforzara ms a medida que

aumenta el espesor

El proceso es lento, por lo que

disminuye la produccin yrequiere ms horas hombres

para realizar el trabajo


La segunda alternativa estar basada en un sistema semiautomtico con tres

rodillos; dos mviles y uno fijo, uno en la parte superior y dos en la parte

inferior, el rodillo superior ser impulsado por medio de un motor elctrico de

modo que le dar sentido de giro a la derecha y a la izquierda el cual estarn

alternados en forma de tringulo. Para regular el radio de curvado, los rodillos

inferiores podrn ser ajustados y trasladarse por medio de correderas

verticales, el cual podrn moverse hacia arriba y hacia abajo

independientemente con la ayuda de un tornillo sin fin. El rodillo superior es el

que estar acoplado por medio de un eje con un engrane, el cual ser

engranado con el pin del reductor en la que podr girar una velocidad menor

a la que genera el motor elctrico, para esto el motor estar conectado a una

caja de reduccin de velocidad con el fin de disminuir la velocidad de entrada.


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Figura N 6.Roladora Semiautomatica con Transmisin de Engrane

(Vista Frontal)

Fuente:propia

Figura N 7. Roladora Semiautomatica con Transmisin de Engrane

(Vista de Planta)

Fuente:propia

Correderas de losrodillos inferiores

Rodillo impulsado

Rodillosinferiores

Motor elctrico

Volantes para losdesplazamientos de los rodillos

inferiores

Cajareductora

Plancha deacero

Rodillosuperiorimpulsado

Motorelctric

o

Engrane


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Figura N 8.Roladora Semiautomatica con Transmisin de Engrane

(Vista de Lateral)Fuente:propia


Sera de fcil operacin por ser

un sistema semiautomtico.

No requiere de un

mantenimiento sofisticado.

Por contar con un sistema de

transmisin de engrane el

diseo de la maquina ser

ms compacto.

Todos los elementos de la

mquina son de alto costos

de fabricacin como por

ejemplo la caja de reduccin,

motor elctrico y fabricacin

de engranes

El equipo solo puede operar

en ambientes donde se

cuente con energa elctrica o

plantas elctricas.

Ya que los inferiores se

trasladan independiente, ser

complejo calibrar ambos a

una medida exacta para

Engrane

Pin

Tornillo dedeslizamiento

Caja reductora


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Tenemos como tercera opcin; una mquina similar a la anterior en cuanto al

accionamiento; ya que ser semiautomtica. Con la diferencia, que ser por

medio de un motorreductor en conjunto con un sistema de transmisin de

cadena, encargada de transmitir la potencia y velocidad necesaria para vencer

la resistencia que opone el tubo a ser deformado, donde facilitar el trabajo al

operador y el procedimiento en la obtencin de productos terminados. Por lo

general estos equipos cuentan con un diseo estructural, especial para

soportar todos los elementos que lo conforman, de este modo realizar un

trabajo ergonmico, por esto se crea una estructura metlica resistente que

soporte todos los mecanismos del diseo como: motorreductor, ejes,

rodamientos, sistema de transmisin de cadena, rodillos roladores, tornillo

para trasladar el rodillo superior y deslizante, entre otros. De manera detallada,se fabricar una estructura soldada de tubos cuadrados, que servir como

base para el montaje de cada uno de los componentes del sistema.

Al mismo tiempo; en la parte frontal de la mquina se le adaptarn dos rodillos

alargados de forma cilndrica; uno de ellos para evitar el contacto del material

que se va a doblar con la mquina, y el segundo rodillo que se encargar de

descentrar un extremo del canalillo con respecto al otro, cuya funcin ser

darle forma de espiral al tubo al momento de salir del proceso de encorvado.

formar crculos sin margen de

error.


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Figura N 9.Roladora Semiautomatica con transmisin de cadena

(Vista Frontal)

Fuente:propia

Figura N 10.Roladora Semiautomatica con transmisin de cadena

(Vista Lateral)

Fuente:propia

Volante

Volante para el desplazamientodel rodillo superior

Motoreductor

Cadena

PinCorona Dentada

Ejes


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Facilitar el trabajo del

operador ya que no genera

desgaste fsico.

De acuerdo a la configuracin

de los rodillos, podr doblar

tubos de diferentes dimetros,

dando forma tanto circular

como de espiral.

Su mantenimiento debe ser

constante para mantener el

sistema lubricado.

No requiere de un

mantenimiento riguroso.

Es un mtodo eficiente para

trasmitir potencia mecnica,

dado que los dientes de las

ruedas dentadas evitan que la

cadena se resbale.

Seguridad de funcionamiento

y larga duracin, soportandosobrecargas sin precisar ms

que una escasa vigilancia.

Pueden transmitir potencia

entre distancias grandes entre

centros.

1.6 Seleccin de la alternativa de diseo

Cabe destacar que las principales diferencias entre estas propuestas de

diseo, es su sistema de transmisin de potencia. Entre ellas tenemos:

sistema manual para la alternativa 1, semiautomtico con transmisin de


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engranes para la alternativa 2 y, semiautomtico con transmisin de cadena

para la alternativa 3. La seleccin de la misma se basar nicamente en las

consideraciones de diseo sugeridas por el cliente y la empresa, las cuales

explicaron con anterioridad, como lo son: Tamao, mantenimiento, sistema deaccionamiento, seguridad, adquisicin de equipos y materiales para la

construccin. Este anlisis se realiz con el fin de obtener estos parmetros

especficos y acordes con la realidad, debido a que el equipo ser construido

bajo las premisas antes descritas.

Por otra parte; la escala asignada a cada criterio de diseo para su respectiva

evaluacin va de un rango comprendido entre 1 y 5; donde la escala valorativase distribuy de la siguiente manera: Deficiente (1), Regular (2), Bueno (3),

Muy bueno (4) y Excelente (5). Cabe destacar que dichos criterios fueron

tomados bajo el juicio de la evaluacin de alternativas dictadas por el Robert

Mott. Vase tabla N1.

Tabla N 1.Seleccin de las alternativas de diseo

Deficiente =1 Regular = 2 Bueno = 3 Muy bueno = 4 Excelente = 5

Fuente:Propia

Factores aconsiderar

Alternativas

Sistemamanual

Sistema portransmisin de

engranes

Sistema portransmisin de

cadena

Tamao y peso 3 2 5Mantenimiento 3 4 4Sistema de Accionamiento 1 4 4Seguridad 5 3 4

Adquisicin de Equipos N/A 2 3Materiales para laconstruccin

5 3 4

Totales 17 18 24


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Ahora bien; tomando en cuenta el anlisis cuantitativo, las consideraciones,

ventajas y desventajas de cada una de las alternativas mencionadas con

anterioridad; las cuales fueron definidas para el diseo, se opt por seleccionar

el sistema por transmisin de cadena (alternativa # 3), ya que cumple con losrequerimientos ptimos que se han exigido; entre los que se destacan:

seguridad, mantenimiento y por ultimo; pero no menos importante el tamao y

peso de la mquina.

Es de importancia mencionar; que su mantenimiento no representa un costo

elevado pero si necesario para su operacin. Ya que se basa en limpiar los

elementos que lo conforman, mantener lubricado el sistema de transmisin,elementos rodantes, entre otros. Los materiales y equipos son ms accesibles

para esta alternativa, ya que se encuentran disponibles en el mercado regional

y nacional. La mayor parte de los mecanismos que conforman la mquina,

sern fabricados dentro del taller INGMETCA, reduciendo as los costos de

fabricacin.

1.7 Descripcin de la alternativa seleccionada

1.7.1 Estructura:

El montaje de los elementos y equipos que conforman la roladora estarn

situadas en un arreglo fabricado de tubos estructurales. Toda la mquina

estar compuesta por tubos de perfil cuadrado soldado, lo cual sern lo

suficientemente resistentes para soportar todos los componentes de la

mquina. Las dimensiones preliminares que tendr la estructura, oscila en unpromedio de 760mm de ancho por 65mm de profundidad y 1300m de alto.


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1.7.2 Sistema de transmisin:

El sistema de transmisin es el que va a aumentar el par motor del

motorreductor, este va a ser diseado de acuerdo al clculo del momentoflector necesario para que se pueda doblar el tubo; va estar formado por un

sistema de transmisin por cadena, el cual se encargar de transmitir potencia

a travs de sus coronas dentadas, aumentando el par final; para que de esta

forma pueda vencer la rigidez del material y lograr el curvado del tubo sin

mayor esfuerzo.

1.7.3 Sistema de accionamiento:

Este equipo contar con un sistema de accionamiento semiautomtico. Esto

facilitar la produccin logrando la satisfaccin del cliente; ya que tendr un

buen rendimiento en sus operaciones en cuanto al tiempo y procedimientos en

la obtencin de productos terminados. Este accionamiento se logra por medio

de un motor elctrico con reduccin de velocidad, encargado de transmitir la

potencia necesaria; facilitando el modo de operar el equipo sin generar

desgaste fsico.

1.7.4 Rodillo de rolado.

Estos son los que se encargan de albergar el tubo durante el proceso de

rolado, ajustndose a sus dimensiones. Los rodillos son los que transmiten la

carga, reciben la potencia y efectan el movimiento de rolado. Se puede decir

que; estos elementos tienen gran importancia en la mquina roladora, debidoa que es el encargado de realizar el doblado de tubos; durante el proceso de

mecanizado de la pieza.


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CAPITULO II

DISEO DETALLADO

En ste captulo se procede a realizar los clculos para el diseo y seleccin

de los diferentes componentes que conforman la mquina roladora de tubos,

tomando como base el material y las dimensiones de los tubos redondos

estructurales comerciales. De acuerdo a las exigencias de la empresa, la

mquina deber ser capaz de rolar tubos desde un intervalos de 0.5 a 3

pulgadas de dimetros con 2.25mm de espesor como mximo. Cabe destacar

que los clculos se harn en base al dimetro mximo con el espesor yamencionado, as de esta forma garantizar un buen funcionamiento en la

misma, de tal manera que cualquier otro dimetro que se encuentre dentro del

intervalo lo podr rolar sin ninguna dificultad.

2.1 Determinacin de la fuerza para el doblado de los tubos

La fuerza necesaria para el doblado de los tubos debe vencer el lmite de

fluencia del material, por dicha razn se realizaron los clculos en funcin del

dimetro mximo dentro del intervalo exigido por la empresa. Ahora bien; de

acuerdo al catlogo UNICON, el material de los tubos redondos son de acero

ASTM A500 con un (ver anexo 1), cuyo tamao mximo es de 3

pulgadas de dimetro y 2,25mm de espesor (ver anexo 2) de acuerdo a las

exigencia de la empresa.

2.1.1 Dimetro mximo del tubo:

MPaSy 228

mmpuD 2,76lg3


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2.1.2 Distancia entre centro de los rodillos inferiores:

Se consider una distancia intercentral de 500mm de longitud, con la finalidad

de que exista una separacin lo suficientemente necesaria entre cada uno delos rodillos; teniendo en cuenta el tamao de los tubos, para que as se puedan

rolar con la menor potencia posible.

2.1.3 Lmite de fluencia del tubo:

Para tubos redondos de acero ASTM A500 (ver anexo 1)

2.1.4 Momento de inercia del tubo:

Para un tubo de 3 pulgadas y 2,25mm (ver anexo 2)

2.1.5 Momento flector necesario para deformar los tubos:

Tanto el extremo inferior y superior del tubo

mmL 500

MPaSy 228

4473,33 cmI

2/DC

mNC

ISyM

mmC

109,2003

1,38


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2.1.6 Fuerza necesaria para el doblado de los tubos:

Considerando una viga doble apoyada en los extremos con carga puntual en

el centro por la tabla A9 (ver anexo 3).

Para que los tubos sean doblados requiere que el rodillo aplique una fuerza de

16,2 KN como mnimo, se consider determinar los parmetros restantes para

una fuerza mayor a la mnima requerida para asegurar que dicho tubo sea

deformado.

2.1.7 Reaccin generada en los rodillos inferiores:

Para una viga doble apoyada en los extremos con carga puntual en el centropor la tabla A9 (ver anexo 3).

kNPs

2,16

kNL

P 20,164

Figura N 11. Diagrama de cuerpo libre en el tubo

Fuente:Propia

PA PB

Ps

L

L/2


53/192

27

2.2 Determinacin de la potencia requerida para el rolado

Los tubos sern desplazados por medio de los rodillos inferiores mediante

accionamiento mecnico, la potencia necesaria se encuentra definida por la

friccin existente entre el tubo y los rodillos, que forman parte de la mquina.

Resulta oportuno mencionar que; el material de los rodillos ser Acero; siendo

el mismo un material adecuado para evitar el desgaste en el tubo durante el

proceso de rolado.

2.2.1 Fuerza normal ejercida por cada rodillo inferior:

2.2.2 Coeficiente de roce esttico:

El coeficiente de rozamiento esttico fue tomado en consideracin a travs de

las tablas de coeficientes de friccin en algunas combinaciones de materiales

para aceros, sobre aceros. (Ver anexo N4)

23,0s

2.2.3 Fuerza de friccin esttica:

kNPFisrs

863,1

kNRR

kNP

R

AyBy

sAy

1,8

1,82

kNRP Ayi 1,8


54/192

28

Dnde:

Pi: fuerza normal

Frs: fuerza de friccin esttica

2.2.4 Dimetro de los rodillos:

El dimetro de los rodillos fue asumido tomando en consideracin la distancia

intercentral de los rodillos inferiores

2.2.5 Torque generado en el rodillo:

mNFTrs

095,1212

2.2.6 Velocidad de rotacin de los rodillos:

La velocidad de rotacin debe ser muy lenta; esto con el propsito que eloperador pueda supervisar cuidadosamente el proceso de rolado. Resulta

oportuno mencionar que muchas maquinas roladoras del mercado giran a una

velocidad promedio de 14rpm, por lo que se consider asumir dicha velocidad

de rotacin para garantizar la confiabilidad al diseo.

2.2.7 Potencia requerida por cada rodillo:

hpTP 238,0

mm130

rpm14


55/192

29

2.2.8 Potencia total requerida:

Al tratarse de 2 rodillos que desplazarn el tubo

hpPPtotal 476,02

2.3 Seleccin del motorreductor

La potencia requerida para impulsar los rodillos es de 0,476 hp. Se consider

seleccionar un motorreductor comercial con una potencia de operacin mayor

de la requerida para asegurar que el tubo sea desplazado sin problema. Las

caractersticas del motor se presentan a continuacin (ver tabla N 2 y anexo

N5):

Marca FLENDER

Potencia 0,75 hp

Voltaje 220 VModelo C38-M71MB4

Revoluciones de salida 59 rpm

Torque de salida 699lb-pulg

Relacin deTransmisin

28,72:1

Frecuencia 60HZ

Sentido de giro horario

Fuente: catalogo FLENDER MOTOX-N

Tabla N 2.Especificaciones del motorreductor


56/192

30

2.4 Seleccin del sistema de cadenas

El sistema de cadena se encargar de reducir la velocidad proveniente del

motorreductor, hasta la velocidad requerida por los rodillos inferiores; es decir14rpm. Mediante el software de seleccin de cadenas Renold Sinergy fue

posible determinar la cadena adecuada solo con indicar la potencia que se

desea transmitir, los nmeros de dientes de los piones, las condiciones de

operacin, la velocidad del motor y el tipo de cadena.

2.4.1 Parmetros para la seleccin de la cadena mediante el software:

Velocidad de entrada:

La velocidad de entrada equivale a la velocidad de salida del motorreductor.

rpmwwent 59

Figura N12. Sistema de cadenas y catarinas

Fuente: Propia


57/192

31

Potencia de salida del motorreductor:

De acuerdo las especificaciones motorreductor

Dnde:

T: torque de salida del motorreductor

w: velocidad de salida del motorreductor

Preal: potencia de salida real

Velocidad de salida requerida por el sistema:

Relacin de velocidad:

Determinacin del nmero de dientes del pin:

Por eleccin propia se asumi un nmero de dientes de N=11, del catlogo

productos de transmisin de potencia SKF (ver anexo N 6).

hpwTP

rpmw

pulbT

real 654,0

59

lg699

rpmwsal 14

237,0ent

sal

w

wRv

111 N


58/192

32

Nmero de dientes de la rueda:

Del catlogo productos de transmisin de potencia SKF (ver anexo N 6) se

seleccion un nmero de dientes comercial mayor; cercano al determinado

para evitar que gire a una velocidad mayor a la requerida:

Relacin de velocidad real:

Es muy cercano a 0,237

Velocidad de salida real:

2.4.2 Resultados obtenidos mediante el software:

Luego de iterar en el software los distintos tipos de cadenas se determin que

la adecuada para transmitir la potencia del motor es cadena ANSI 60 de un

solo tramo. Los resultados de la seleccin se muestran a continuacin:

2

1

N

N

w

wRv

ent

sal

414,4612

Rv

NN

dientesN 482

229,02

1

N

NRv

real

rpmwRvw entrealrealsal 521,13.


59/192

33

Se considera Medianamente Impulsiva por el nmero de rpm el cual est

sometido el sistema de transmisin por cadena.

Figura N 13. Datos de entrada para la seleccin

Fuente: Software Renold Synergy

Figura N14. Resultados de la Seleccin

Fuente: Software Renold Synergy


60/192

34

Paso de la cadena:

Dimetro del pin:

Dimetro de la rueda:

Torque del Pin:

2.4.3 Longitud de la cadena:

Asumiendo una separacin adecuada para la ubicacin de los rodillos

mediante el software para diseo de dibujos en 2D y 3D Creo-Parametric 2.0

entonces se tiene

lg

4

3pup

lg662,2 puDpion

lg467,11 puDrueda

mNtlbTp 796,7819,58

Figura N 15. Distribucin de los piones de cadena

Fuente: Creo-Parametric 2.0

Coronas CadenaPin


61/192

35

2.4.4 Longitud de la cadena por paso:

2.4.5 Torque de la rueda:

Como el pin transmitir a dos ruedas entonces

2.4.6 Fuerza de la cadena:

mmLcadena

65,2152

pasosp

LL cadena 113

mNw

PT

realsal

realr

312,1722

.

kND

TF

pion

p

c 336,22

Figura N 16: Resultados de la medicin de longitud de la cadena

Fuente:Creo-Parametric 2.0


62/192

36

2.5 Diseo de los ejes

Los ejes son los elementos que guan el movimiento de rotacin de los rodillos

roladores. Dichos elementos se encuentran sometidos a flexin y torsintransmitidas por la rueda Catarina y los tubos en el momento de ser rolados.

2.5.1 Diseo del eje del rodillo superior

Se encuentra afectado torsin y flexin generada por la fuerza normal y la

fuerza de friccin del rodillo.

Fuerzas que actan en el rodillo en el plano XY:

Figura N 18. Diagrama general de fuerza del eje del rodillo superior

Fuente: Propia

Y

X

Z

Figura N17. Esquema del sistema de rolado

Fuente: Propia

EjeRodillos inferiores

Rodillosuperior

Catarina

RB

RA

Trod

Fr

PS

Ti


63/192

37

Solo acta la fuerza normal del rodillo superior

Dnde:

PS: fuerza normal del rodillo

Reacciones en los apoyos:

kNmm

mmPR

mmRmmP

M

SBy

ByS

A

13,7125

55

012555

0

kNRPR

RRP

F

BySAy

ByAyS

33,23

0

0

Diagramas de fuerza cortante y momentos:

kNPS 2,16

Figura N 19. Diagrama de carga del eje en el plano XY

Fuente: Propia

+

RAy RBy

125mm55mm

PS

+


64/192

38

Mediante las ecuaciones de singularidad e iterando a lo largo de la longitud del

eje para encontrar las fuerzas cortantes y momentos

Momentos Flectores:

Cuando x = 0mm

mNM y 01

mmxRmmxRmmxPM

mmxRmmxRmmxPV

mmxRmmxRmmxPq

ByAyS

ByAyS

ByAyS

180550

180550

180550

000

111

Fuerza en kN

Figura N 20. Diagrama de fuerza cortante del eje en el plano XY

Fuente: MDSolids

Figura N 21. Diagrama de momento del eje en el plano XY

Fuente: MDSolids

Momento en

Nm


65/192

39

Cuando X=55mm

mNM y 8912

Cuando x = 117,5mm

mNM y 50,4453

Cuando X=180m

mNM y 04

Fuerzas que actan en el rodillo en el plano XZ:

Solo acta la fuerza de friccin del rodillo

Dnde:

Fr: fuerza de friccin del rodillo superior

Frs: fuerza de friccin de los rodillos inferiores

Reacciones en los apoyos:

6 kNFF rsr 72,32

Figura N 22. Diagrama de carga del eje en el plano XZFuente: Propia

Fr

RAz RBz

125mm55mm


66/192

40

Diagramas de fuerza cortante y momentos:

Mediante las ecuaciones de singularidad e iterando a lo largo de la longitud del

rodillo para encontrar las fuerzas cortantes y momentos

kN

mm

mmFR

mmRmmF

M

r

Bz

Bzr

A

78,1125

55

012555

0

kNRFR

RRF

F

BzrAz

BzAzr

83,5

0

0

mmxRmmxRmmxFM

mmxRmmxRmmxFV

mmxRmmxRmmxFq

BzAzr

BzAzr

BzAzr

180550

180550

180550

000

111

Fuerza en kN

Figura N 23.Diagrama de fuerza cortante del rodillo en el plano XZ

Fuente: MDSolids

+

+


67/192

41

Momentos Flectores:

Cuando x = 0mm

mNMz

01

Cuando X=70mm

mNMz

75,2222 Cuando x = 117,5mm

mNMz

38,1113

Cuando X=180mm

mNMz

04

Momentos flectores resultantes:

mNMMM zy 02

1

2

11

mNMMM zy 045,9602

2

2

22

mNMMMzy

5,4452

3

2

33

mNMMM zy 02

4

2

44

Momento en

Nm

Figura N 24. Diagrama de momento del eje en el plano XZ

Fuente: MDSolids


68/192

42

Anlisis de torque en el eje superior:

Donde

Ti: resistencia que ofrece el eje

Trod: torque del rodillo

Por lo tanto el torque a lo largo del eje es:

Diagrama de torque:

Material seleccionado para el eje:

Se especifica una aleacin de Acero SAE 4340 templado y revenido a 800F

puesto que es un material lo suficientemente resistente para soportar las

cargas que actan en el mismo y sea lo menos voluminoso posible (Ver anexo

N 7). Sus propiedades son las siguientes:

0T

MPaSut 1469

MPaSy 1365

rod

rod

TT

TT

0

mT

19,242

Figura N 25. Diagrama de torque del eje superior

Fuente: Propia

180

N-m

mm

344,624


69/192

43

Determinacin de los dimetros mnimos en el eje:

Por medio de la teora de la energa de distorsin para fallas por carga esttica

y asumiendo un factor de seguridad (ns) de 4 recomendados por normasASME entonces:

Dimetro mnimo desde el rodillo hasta el rodamiento A:

En esta ubicacin el torque tiene un valor de: 344,624 N-m, y para el momento

flector se consider el momento cuando X vale 55mm (960,045N-m) por ser el

de mayor magnitud.

Tomando una medida comercial:

Seleccin del rodamiento:tomando en cuenta que actan carga radial se

seleccion rodamiento de bolas de una hilera SKF como seleccin preliminar,

Tomando en cuenta que la carga impulsada acta en condiciones de

mmTMSy

ns383,30

4

3323

1

2

1

22

21

mmC 351

Figura N 26. Esquema del eje y sus elementos

Fuente: Propia

125mm55mm

Rodamiento BRodamiento A

Rodillo


70/192

44

operacin con poca frecuencia se seleccion bajo condiciones de carga

esttica.

Fuerza radial:

Carga esttica equivalente: como solo acta carga radial por lo tanto se

tiene que

kNFPrAA 047,240

Carga bsica:

kNPSCAA 047,24000

Dnde:

S0: Factor de seguridad esttica para rodamientos giratorios normales de tipo

de funcionamiento normal (ver anexo N 8)

C0A: carga bsica

Seleccin definitiva:

Como seleccin definitiva se seleccion el rodamiento bolas de una hilera SKF

modelo 6007, su carga bsica mxima es 31kN (ver anexo N 9), la carga

bsica que se produce en la operacin es 49,849kN.

kNRRF AzAyrA 047,2422

10 S


71/192

45

kNCAr 31

0

Factor de seguridad Esttica Recalculado

228,10

0

0

P

CS

Ar

La seleccin del rodamiento es satisfactoria ya que el factor de seguridad

recalculado es mayor que el factor de seguridad que se consider de acuerdoa las condiciones de funcionamiento y as para determinar la carga bsica

esttica del rodamiento.

Dimetro mnimo entre los rodamientos:en esta ubicacin el momento

vale 445,5 N-m y el torque vale 344,624 N-m

Tomando una medida comercial

mmTMSy

ns202,25

4

332 3

1

2

1

22

32

mmC

382

Figura N 27: Rodamiento de bolas de una hilera SKF modelo 6007

Fuente: Catalogo SKF


72/192

46

Dimetro mnimo en los rodamientos:en esta ubicacin el momento vale

0 N-m y el torque vale 344,624 N-m

Tomando una medida comercial

o Seleccin del rodamiento:tomando en cuenta que actan carga radial se

seleccion rodamiento de bolas de una hilera SKF como seleccin preliminar

Fuerza radial:

Carga equivalente:como solo acta carga radial por lo tanto se tiene que

Como la carga equivalente es menar a la que acta en el rodamiento A al

considerar seleccionar el mismo rodamiento garantiza que tampoco fallara.

mmTMSy

ns73,20

4

3323

1

2

1

22

43

mmC

353

kNRRF BzByrB 349,722

kNFPrBB 349,7


73/192

47

Deflexin mxima del eje

Aplicando doble integracin a la ecuacin de singularidad para momentos

flectores, se determin que la deflexin mxima acurre en el plano XY; se

tiene:

Evaluando cuando X=55mm Y=0 y X=180mm Y=0 entonces

mmL

mmL

mmL

29

143

43

3

2

1

3

2

2

1

651,22

413,362

mNC

mNC

Figura N 29. Perfil del eje

Fuente: Propia

2c1c3c

L1 L2 L3

21

333

6

180

6

55

6

0CXC

mmxR

mmxR

mmxPIEY ByAyS


74/192

48

Despus de determinar las constantes C1y C2se itero a lo largo de la longitud

del eje y se determin que la deflexin se ubica cuando X=0mm

Dnde:

E: mdulo de elasticidad del material para los aceros de la tabla A-5

propiedades fsicas y elsticas de los materiales (ver anexo N 10)I: momento de inercia del eje

Ymax: deflexin mxima del eje

La deflexin mxima es 0,125 mm, es aceptable ya que la deflexin mxima

permisible en los ejes segn Diseo de mquinas Robert Norton es de

0,005pulg (0,127mm).

Nota:como en los ejes para los rodillos inferiores solo acta la mitad de la

carga que actan en el eje del rodillo superior y considerando la misma

geometra garantiza que dichos ejes tampoco fallaran.

2.5.2 Diseo de la cua para los rodillos

Se consider seleccionar el mismo material del eje para reducir costos, el

material seleccionado para las cuas en el eje es Acero al carbono tipo SAE

1040 Laminado en frio con una resistencia a la fluencia de MPaSy 490 (ver

anexo N 11).

mmIE

CY

cmI

GPaE

c

125,0

235,1064

8,206

2

max

43


75/192

49

MPaSySs

MPaSy

y 73,282577,0

490

Donde

Ssy: Esfuerzo de fluencia cortante del material

Ancho de la cua:Para una cua de cara cuadrada para un dimetro del eje

comprendido entre 1.1/4pulg1.3/8pulg de la tabla dimensiones para cuas

rectangulares y cuadrada de tipo estndar (ver anexo N 12)

mmpuw 938,7lg165

Longitud de la cua:debe ser igual mnimo el dimetro del eje

Esfuerzos en la cua:

Esfuerzo de corte:

MPaLw

T

cc

rod 885,70)(2

1

Esfuerzo por aplastamiento:

MPaLw

T

cc

rodaplast 77,141

)(4

1

mmLcc 351


76/192

50

Factor de seguridad en la cua:

Factor de seguridad por falla cortante

989,3

y

corte

Ssn

Factor de seguridad por falla por aplastamiento

456,3

aplast

aplast

Syn

Los factores de seguridad son mayores que 1, lo que indica que la cua no

fallara, es aceptable tomando en cuenta que los esfuerzos que se producen

no son severos en comparacin con el material seleccionado.

2.6 Diseo del tornillo de potencia

El tornillo de potencia es el encargado de desplazar el rodillo superior con la

fuerza requerida para doblar los tubos que sern rolados, se considerara

disear en base a la resistencia que ofrece dichos tubos a doblarse.

Figura N 29. Tornillo de potencia y rodillo superior

Fuente: Pro ia

Rodill

Eje

Tuerca

Tornillo

Soportedeslizante


77/192

51

Fuerza ejercida sobre el tornillo: corresponde a la resistencia que ofrece

cada tubo a doblarse

Dimetro del tornillo seleccionado:de la tabla de tornillos de rosca standard

(ver anexo N 13)

Hilos por pulgadas de los tornillos:de la tabla de tornillos de rosca standard(ver anexo N 13)

Paso del tornillo:

Dimetro de raz del tornillo:(ver anexo N 13)

Dimetro medio del tonillo:

kNP 2,16

lg8/7 pud

lg9

puHilosN

lg111,01

puN

p

lg7307,0 pudr

lg803,06495,0

puN

ddm


78/192

52

Altura de la rosca:

Ancho de la rosca: las roscas standard por lo general son de 30 de

inclinacin

rea de esfuerzo a tensin:de la tabla de tornillos de rosca standard (veranexo N 13)

Numero de hileras en contacto con el enroscado:

Avance del tornillo:

Angulo de avance:

lg072,0

2

pudd

h r

lg083,030tan2 puhb

2lg4617,0 puAr

4n

lg44,0 pupnL

99,9

md

Larctag


79/192

53

Coeficiente de roce: considerndola una mquina de calidad promedio de

mano de obra y materiales en condiciones de operacin (ver anexo N 14)

Torque necesario para desplazar la carga:

o Esfuerzos

Esfuerzo a flexin en la rosca:

Esfuerzo a tensin en el cuerpo:

Esfuerzo cortante:

21,0

lg432,63930cos

30cos

21 pulb

Ld

dLdFT

m

mm

ksibnd

hP

m

x 257,11

3`

2

ksiA

P

r

x 744,7``

ksi

d

T

r

xy 347,816

3

1


80/192

54

o Factores de seguridad contra falla por fluencia

Se especifica Acero SAE grado 1 para el tornillo y la tuerca con una resistencia

a la fluencia (ver anexo N 15) por ser un material con facilidad de

adquisicin y muy resistente.

Factor de seguridad en el tornillo: mediante la teora de energa de

distorsin

Donde

Fs: factor de seguridad

Sy: esfuerzo de fluencia del material

: esfuerzo de von mises

Factor de seguridad en la rosca:

Los factores de seguridad son mayores que 1 lo que garantiza que el tornillo

de potencia y la tuerca no fallaran, son aceptable tomando en cuenta que su

esfuerzo de trabajo no es de una magnitud aproximada a esfuerzo mximo del

material y no se requiri un material de alta resistencia

ksiSyt 36

ksixyx 401,163`` 22

195,2

tSyFs

286,3`

x

rSyFs


81/192

55

2.6.1 Diseo del pasador de unin entre el tornillo

El pasador es el elemento que se encargara de unir el tornillo de potencia a

travs de un anillo soporte. El material seleccionado es Acero al carbono tipo

SAE 1040 Laminado en frio con un (ver anexo N 11) por ser muy

comercial. Se encuentra sometido a carga cortante por la fuerza ejercida por

el tornillo de potencia.

Resistencia de fluencia al corte del pasador

Dimetro del pasador:

Carga cortante en el pasador:

MPaSy 490

MPaSySys p 73,282577,0

mmdpasador 7

kNF 2,16

Figura N30.Unin entre el soporte deslizante y el tornillo de potencia

Fuente:Propia

Pasador

Tuerca

Tornillo depotencia

Soportedeslizante


82/192

56

Esfuerzos cortantes en el pasador:para 4 veces el rea

Factor de seguridad contra falla por fluencia

Es aceptable ya que al ser mayor que 1 garantiza que el pasador no fallarpor fluencia, es aceptable tomando en cuenta que su esfuerzo est a ms de

2 veces por debajo del mximo del material, su material es de fcil adquisicin

y son de un tamao muy ligero.

2.7 Diseo de los rodillos

Para los rodillos roladores tanto como el superior como los inferiores se

encuentran afectados por la resistencia que ofrecen los tubos a doblarse, se

considerara disear en base a la carga del rodillo superior por ser la de mayor

magnitud. El material seleccionado es Acero 1040 laminado en frio con un

MPaSy 490 (ver anexo N 11) por ser apropiado para evitar el desgaste

superficial sobre los tubos durante el rolado.

MPa

d

F

pasador

237,1052

687,2

SysFsy


83/192

57

Dimetro de curvatura de los tubos rolados:

Dnde:Eacero: Modulo de elasticidad del acero de la tabla A-5 propiedades fsicas y

elsticas de los materiales (ver anexo N 10)

I: inercia del tubo rolado (ver anexo N 2)

M: momento flector requerido para doblar el tubo

D: dimetro de curvatura del tubo rolado

Carga ejercida sobre el rodillo superior:

mmM

IED

mNM

cmI

GPaE

acero

acero

725,691142

109,2003

473,33

8,206

4

kNProd 2,16

Figura N 31.Disposicin de los rodillos en el cilindro rotativo

Fuente: Propia

Rodillos

Tubo rolado


84/192

58

Presin en el rodillo superior

mmd

mmD

mmL

mm

GPaE

rod

acero

acero

130

725,69114

6195.119

2

2,76

28,0

8,206

mm

dD

EE

L

Pb

acero

acero

acero

acero

rod

rod 316,011

11

2

22

MPaLb

PP

rod

rod 925,2722

max

Figura N 32. Ubicacin del ancho de contacto en los rodillos

Fuente: propia

P

Prod

2b


85/192

59

Dnde:

Eacero: Modulo de elasticidad del acero de la tabla A-5 propiedades fsicas y

elsticas de los materiales (ver anexo N 10)

acero: Razn de poison del acero de la tabla A-5 propiedades fsicas y elsticasde los materiales (ver anexo N 10)

D: dimetro del tubo rolado

d: dimetro del rodillo superior

Lrod: ancho de los rodillos

b: semiancho de contacto entre el rodillo y el tubo rolado

Pmax: presin en el rodillo superior

Esfuerzo cortante mximo en el rodillo superior:

MPaP 885,813,0maxmax

Factor de seguridad:

453,3

73,282577,0

490

max

Sysn

MPaSySys

MPaSy

Donde

Sy: esfuerzo de fluencia del acero

Sys: esfuerzo de fluencia al corte

: Esfuerzo cortante mximon: factor de seguridad

El factor de seguridad es mayor que 1, lo que indica que el rodillo superior no

fallara. Es aceptable tomando en cuenta que el esfuerzo generado es ms de

max


86/192

60

3 veces por debajo del esfuerzo mximo y que es el material apropiado y

econmico. Como los rodillos inferiores tienen la misma geometra y actan la

mitad de la carga en el rodillo superior garantiza que los rodillos inferiores

tampoco fallaran.

2.8 Diseo de la estructura de la mquina

La estructura es el elemento que soporta cada uno de los componentes de la

mquina, estar conformada por tubos cuadrados y vigas por ser elementos

de mucha disponibilidad en el mercado.

2.8.1 Diseo del tramo A:

El tramo A se encarga de soportar los rodamientos para el eje del rodillo

superior, se considerara disear para una carga de igual magnitud ala

generada por el tornillo para el doblado del tubo, es decir 16,2kN. El material

seleccionado es una barra cuadrada de 40mm de Acero SAE 1040 Lami

roladora de tubos

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