DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PISTÓN HIDRAÚLICO
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- Cristina Alvarado Pérez
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1 DISÑO Y TCNOLOGÍA Ind. Rvsta data d 8(), a Facutad 005 d Ingnría Industra o. (8) :. 3-7 (005) UNMSM ISSN: (mrso) / ISSN: (ctrónco) DISÑO Y CONSTRUCCIÓN D PISTÓN HIDRAÚLICO Rccón: Fbrro d 005 / Actacón: Juno 005 () uogo Santos D a Cru () Oswado Rojas Lao (3) Juo Ynqu Ddos (4) Auro Lavado Soto RSUMN rocto d un sstma dráuco, comrnd dsño, sccón d matras construccón d stón dráuco, crcuto dráuco nsamb con a bomba accsoros, st quo srá acconado or a ura d un udo n movmnto, cua acacón s n os dsostvos d máqunas amntas, stamado, roracón, maqus otras. Paabras Cav: Pstón. Hdráuca. Prsón. DSIGN AND CONSTRUCTION OF A HYDRAULIC PISTON ABSTRACT A drauc sstm rojct ncuds t dsgn, matras scton and constructon o t drauc ston, drauc crcut and t jont wt t um and ts accsors. Ts qumnt w b drvn b t orc o movng ud, wos acaton s n t dvcs o macns, toos, rntng, roraton, ackng and otrs. K words: Pston. Hdrauc. Prssur. () Ingnro Industra. Prosor d Dartamnto d Dsño Tcnoogía Industra, UNMSM. -ma: santosd@unmsm.du. () Ingnro Industra. Prosor d Dartamnto d Dsño Tcnoogía Industra, UNMSM. -ma: orojas@unmsm.du. (3) Ingnro Industra. Prosor d Dartamnto d Dsño Tcnoogía Industra, UNMSM. -ma: jnqud@unmsm.du. (4) Ingnro Químco. Prosor d Dartamnto d Dsño Tcnoogía Industra, UNMSM. -ma: mavados@unmsm.du. INTRODUCCIÓN rocto dsño d un sstma dráuco, comrnd dsño construccón d un stón dráuco, crcuto dráuco nsamb con a bomba sus accsoros, qu n conjunto consttun un sstma gnrador d nrgía, s conocda su acacón n os dsostvos d máqunas amntas, stamado, roracón, maqus otras acacons; roóstos qu s consgun mando a nrgía d un udo qu s transmt con movmnto or mdo d a rsón d un íqudo (act o ar, a vcs agua). Asmsmo, su acacón s d mortanca académca n os rocsos d manuactura or dormacón ástca, nsao d matras, ruba d nstaacons ara conduccón d udos otros rocsos automatados. OBJTIOS S consdran como objtvos: Dsñar un sstma dráuco ara a gnracón d nrgía. Lograr acacons ráctcas a os conocmntos tórcos. Fortacr os conocmntos mdant rubas rmntas n a acacón uso d nrgía. Intgrar con rocto a dsonbdad d quos maqunaras d a Facutad. HIPÓTSIS a. mcansmo s movrá sgún o dsamos qu s muva?. La rsusta s obtndrá mdant anáss cnmátco d sstma. b. Qué tamaño tndrá stón?. Dndrá d a magntud d a ura qu db transmtr. c. Qué tan rádamnt s movrá stón?. La rsusta s roon n uncón d cauda d udo d sstma. d. Qué tamaño qué cas d bomba s db utar?. Dndrá d cauda a rsón.. Son ncsaros quos oraconas?. sta ntogant ncu a: Sgurdad. Manua d oracón ntrnamnto. Procdmntos d mantnmnto. 3
2 DISÑO Y TCNOLOGÍA >>> Dsño Construccón d Pstón Hdraúco CONSIDRACIONS DL MCANISMO D FUNCIONAMINTO n squma mostrado n a Fgura s ustra a orma ísca qu dbrá tnr sstma dráuco, cua caractrístca s como sgu: una masa d udo ocaado n unto asa or a bomba a través d a vávua ntrando n cndro roduc trabajo mujando stón. Como rsutado d movmnto d stón, udo n comartmnto d cndro a baja rsón [3] s mujado d nuvo a dósto (tanqu). Los stados d ujo n dbrán sr raconados mdant un modo matmátco d a nrgía uda d sstma, o cua marcan as autas ara dsño. n sstma ndcado s mortant a caacdad d a bomba ara movr stón contra una carga sccada. sto s, n contto d dsño d sstma d nrgía uda, sgncará ncontrar a rsusta a o sgunt: a. Prsón d sstma b. Ára d stón c. Dámtro ssor d cndro d stón d. Dámtro d cndro vástago. ocdad d stón. Cauda d a bomba g. Rqustos d nrgía ara a bomba Los arámtros a consdrar son: ocdad d udo Prsón Régmn d ujo. Los cuas dndn rncamnt d as caractrístcas d udo a mar, qu s dscrbn a contnuacón: Consdracons rscto a udo Un udo usado n un sstma dráuco db cumr mucas uncons crítcas, ta como srvr d mdo ara a transmsón d nrgía, actuar como ubrcant, sant, mdo d transrnca térmca. Tambén db mamar a otnca cnca mnmando dsgast. udo con stas caractrístcas s act cuas caractrístcas íscas rvants ara su sccón son: a. Gravdad scíca, sndo ncsara vauar a gravdad scíca d os udos /o su mortanca ara su mo. b. Móduo a gran, sta rodad dnd d grado d comrsbdad d udo, s actor d mortanca ara a transrnca más cnt d a nrgía; cto crítco n móduo a gran s a rsnca d burbujas. móduo a gran s vaúa mdant a racón sgunt: β móduo a gran ara act nuvo s arddor d 500 MPa. Las burbujas d ar n act tnn un cto crítco n móduo a gran sgún a racón sgunt: Motor Bomba P 3 F β c. β act + ar act c. scosdad, rodad qu nu n a oracón d sstma, consumo d nrgía, rcantamnto dsgast d accsoros. La vscosdad d udo db sr o sucntmnt ata ara asgurar una ícua uda ntr as surcs móvs, ro no tan grand como ara crar csva ura rccona rducndo a otnca d sada. n cto a vscosdad, s a rodad d udo d oonrs a su ujo cuando s aca una ura. Ftro La ura or undad d ára qu a qu acar s roorcona a gradnt d vocdad. La constant d roorconadad s dnomna vscosdad µ. Fgura. squma d sstma draúco Funt: aboracón roa, 005. F A µ dv d 4
3 DISÑO Y TCNOLOGÍA Ind. data 8(), 005 uogo Santos D., Oswado Rojas L., Juo Ynqu D. Auro Lavado S. >>> nrgía n sstma dráuco Sa una artícua uda n a (Fgura ) qu asa or a bomba a través d a vávua, ntrando a cndro roduc trabajo mujando stón. Como rsutado d movmnto d stón, act n comartmnto d baja rsón s muja d nuvo a dósto. Los stados d ujo n son raconados or a cuacón sgunt: Z m Z + + ρg g ρg W ρgq 64 R m Wm ρgq d R υ Dond: R, númro d Rnods, vocdad d, s dámtro d cndro (tubo), vscosdad cnmátca. g L d g La atura d vacón a vocdad s gnoran, o qu rmt smcar tnr a racón sgunt: m + Nota: La maoría d os sstmas dráucos s dsñan ara unconar n régmn d ujo amnar (R < 000). Régmn d ujo amnar ujo amnar s dsab dbdo a a rccón rudos bajos. régmn d ujo s dtrmna or un númro sn dmnsons amado númro d Rnods st db sr un númro bajo ara qu ujo sa sn turbunca. númro d Rnods s cacua mdant a sgunt racón: ρdµ R v cua db sr mnor a 000. ACRCA Consdracons DL PISTÓN técncas La construccón d ston dráuco s undamnta n rocso tratvo d dsño, basado n os rncos cntícos tcnoógcos, uso d os modos matmátcos, técncas d rsón gráca, cnca d os matras, mcánca d matras, vádos ara dtrmnar stabcr os índcs arámtros tcnoógcos, así como os conométrcos ara rdcr os índcs conómcos d otacón. Los índcs tcnoógcos a consdrar son a rsstnca mcánca, abdad, rgd stabdad d a structura os mntos qu comonn quo, mdant os modos matmátcos s dtrmnan a rsstnca mcánca n stado d suro, as dormacons cto qu causa cambo térmco. Los matras dbn tnr as cuadads adcuadas qu rsondan satsactoramnt a as condcons ustas, ara o s rocd a a cascacón, sccón contro d as rodads or consgunt a cadad d os matras, qu son d cummnto obgatoro sgún normas técncas. Los índcs conómcos d otacón, srán crtros n o concrnnt a os rcursos d ongvdad, argos rodos ntr raracons, rduccón d os gastos d otacon. Con a combnacón d rcursos tcnoógcos conómcos, s ogra a construccón d quo con cocnt d cnca aroado. Sgún as normas técncas as cargas a consdrar son: Los suros son: a. stado d suro: F ΣP + ΣP + F + ΣP m v σ σ σ w b. Por ando, ara conocr comortamnto d vástago or accon d a carga aa: d I d d I d P( ); P P( ) ( ); dv o 5
4 DISÑO Y TCNOLOGÍA >>> Dsño Construccón d Pstón Hdraúco ocdad d stón La rad d dsamnto d stón dnd d su tamaño d orcntaj d act qu ua dntro d cndro. Para stabcr a racón orcntua ntr ujo a vocdad, s consdra voumn qu db nars n cndro ara ctuar un dsamnto sccado, bajo as sgunts consdracons: La ura o torsón d un actuador s drctamnt roorcona a a rsón ndndnt d ujo. La vocdad o orcntaj d movmnto dndrá d a cantdad d ujo d udo sn tomar n cunta a rsón. Consdracons conómcas rndmnto d a máquna n un rodo d tmo, s a cnca d trabajo út n un tmo dado, su magntud dnd d a roductvdad raconado con númro d oracons. Los actors rncas d rndmnto conómco son a cnca, a ongvdad, a abdad, costo d a mano d obra, consumo d nrgía, costo d as raracons costo d a abrcacón d a máquna. N P (v) Gastos d otacón Rrdo ara todo rodo d trabajo: Amortacón d a máquna, Am; nrgía consumda, c; Matras consumdos, Mc; Mano d obra, Mo; Mantnmnto, Man; Gastos accsoros Gac; Gastos d raracón, R. G Am + c + Mc + Mo + Man + Gac + R Longtud tota d tubrías: 7 m Potnca d a Bomba: 0 kw Cauda : 0 /mn n bas a stos, s tn: Dámtro d tubrías: 5 mm Prsón ntrna s: 5,0 MPa Parts d stón n a Fgura s mustra nsamb d stón, dond s ndcan sus arts: A, Brda d jacón B, Cndro C, Dsco d dsamnto D, Pstón, Ano d to F, Aro d contncón G, Brda ara sujcón d amnta Consdracons d dsño La vocdad d stón dnd d os actors sgunts: a. La rad d dsamnto d stón dnd d su tamaño orcntaj d act qu u dntro d cndro. b. La ura d stón s drctamnt roorcona a a rsón ndndnt d ujo. c. La vocdad d movmnto dnd d a cantdad d ujo d udo sn consdrar a rsón. Por consgunt ara dmnsonado d stón, s consdran: stado d suro Por ando Prodads d matra Por tanto dámtro d stón rsuta gua a 0 mm. Rntabdad d a máquna La rntabdad R s comrobará or a cnca n un dtrmnado rodo d tmo a suma d os gastos G n a otacón durant msmo rodo. R G Rnta - cto conómco cto conómco anua d a máquna (rnta anua) s: Q G ( G ) ( ) R Con dsño s a dtrmnado comrobado os arámtros sgunts: Fgura. squma d stón Funt: aboracón roa,
5 DISÑO Y TCNOLOGÍA Ind. data 8(), 005 uogo Santos D., Oswado Rojas L., Juo Ynqu D. Auro Lavado S. >>> a) Fgura 3, Prsón n cndro b) Fgura 3. Prsón d cndro Dmnsonado d Cndro dmnsonado d cndro vástago s consdra sgún squma d a gura 3a b, dndnt d os arámtros sgunts: a. Prsón ntrna P b. Prsón trna o c. Carga aa d. Cambo térmco T Los suros as dormacons s dbn a a rsón jrcda or udo n a ard ntrna d cndro sgún s mustra n a Fgura 3, nsguda s mustran as racons ara os suros dormacons. Racons suro-dormacón-tmratura [ σ υ ( σ + σ )] [ σ υ( σ + σ )] + α T + α T [ σ υ ( σ + σ )] + α T Ct Consdrando qu cambo térmco no s sgncatvo, or tanto a ura dsaoada sn consdrar as érddas ntrnas or vástago d cndro dráuco n a cara d muj s uncón d a rsón d udo d ára d a sccón ntror d curo s dtrmna mdant a sgunt rsón: πd F A La racón antror, combnando con as rsons d stado d suro, s tn a rsón ara dámtro d cndro: d Fσ 4 [ σ ] La racón antror s otma ara dámtro d cndro consdrando a rsón ntror as rodads d matra con cua s constru cndro. CONCLUSIONS vaor mínmo d dámtro ntror rqurdo or un cndro dráuco, ara trabajar n condcons d ura rqurda sgún as rodads d matra, s obtn ara un vaor d a rsón ntror. La sccón transvrsa (ssor d cndro) dnd d a rsón d trabajo. La otmacón d dsño d os cndros dráucos n o rrnt a so dmnsons dnd d as rodads d matra con qu s construrá. Asmsmo, a rgd d vástago dnd d a rodad d matra su sccón. BIBLIOGRAFÍA. Baumstr, T. (986). Mark s Mcanca ngnrs Handbook. 6ta d. McGraw H.. Tmosnko MacCuoug (970). mnts o Strngt o Matras. d. an Nostrand. 7
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