INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Proyecto:

AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA ELECTROHIDRÁULICO PARA EL PROCESO DE DOBLADO DE ANILLOS O ESTRIBOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE INMUEBLES Alumnos: Martínez Cruz José Eduardo Meléndez Juárez Margarito Valentín Velázquez Lavariega Rosa Lilia

Asesor: Ing. Rico González Eduardo Ing. Villareal Reyes J. Santana

AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA ELECTROHIDRÁULICO PARA EL PROCESO DE DOBLADO DE ANILLOS O ESTRIBOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE INMUEBLES

ÍNDICE DE CONTENIDO ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ........................................................................................... vi ÍNDICE DE TABLAS ....................................................................................................... viii ÍNDICE DE ESQUEMAS ................................................................................................. viii ÍNDICE DIAGRAMAS ........................................................................................................ ix OBJETIVO .........................................................................................................................x JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................... xi INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. xii CAPITULO I INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA DE POTENCIA ................................. 1 1.- HIDRÁULICA ................................................................................................................ 2 2.- CONCEPTOS BÁSICOS. ............................................................................................. 3 CAPÍTULO II GENERALIDADES DE LOS ANILLOS PARA LA CONSTRUCCIÓN ......... 8 1.- DOBLADORES DE VARILLA TIPO MANUAL. ............................................................. 9 1.1.- ANTECEDENTES DE LA CONFORMADORA DE ESTRIBOS O ANILLOS. ............ 9 1.2.- DOBLADORES DE VARILLA. ........................................................................................... 9 1.2.1.- Grifa............................................................................................................... 10 2.- ESTUDIO DE LOS ACEROS. ..................................................................................... 10 2.1.- PROPIEDADES DE LOS ACEROS. .............................................................................. 11 2.2.- CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS. ............................................................................ 12 3.- VARILLA. .................................................................................................................... 15 3.1.- VARILLA CORRUGADA. ................................................................................................ 16 4.- ALAMBRÓN. .............................................................................................................. 17 5.1- ESTRIBO O ANILLOS. ...................................................................................................... 19 CAPITULO III COMPONENTES QUE FORMAN LOS CIRCUITOS HIDRÁULICOS ....... 23 1.- COMPONENTES BÁSICOS DEL CIRCUITO HIDRÁULICO. .................................... 24 1.1 TANQUES HIDRÁULICOS. ............................................................................................... 25 1.1.1 Partes de un tanque hidráulico......................................................................... 26 1.2.- FLUIDOS HIDRÁULICOS. ............................................................................................... 27 i

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1.2.1.- Aceites Hidráulicos. ....................................................................................... 28 1.3.- FILTROS. ............................................................................................................................ 29 1.3.1.- Tipos de filtros hidráulicos.............................................................................. 30 1.3.2.- Filtros de entrada. .......................................................................................... 31 1.3.3.- Filtros de la línea de Presión.......................................................................... 31 1.3.4.- Filtro de La línea de retorno. .......................................................................... 32 1.4.- BOMBAS. .......................................................................................................................... 32 1.4.1.- Bombas de paletas. ....................................................................................... 35 1.4.2.- Bomba de engranajes externos. .................................................................... 36 1.4.3.- Bomba de engranajes internos. ..................................................................... 37 1.4.4.- Bomba de lóbulos. ......................................................................................... 38 1.4.5.- Bomba de rueda planetária o de tipo gerotor. ................................................ 38 1.4.6.- Bomba de husillos helicoidales. ..................................................................... 39 1.4.7.- Bombas de pistón. ......................................................................................... 40 1.4.8.- Bombas de pistones radiales. ........................................................................ 40 1.4.9.- Bomba de pistón en línea de diseño de placa oscilante. ................................ 42 1.4.10.- Bomba de pistón de eje inclinado. ............................................................... 43 1.5.- MOTOR HIDRÁULICO. .................................................................................................... 44 1.5.1.- Motores de engranaje. ................................................................................... 44 1.5.2.- Motores de paletas. ....................................................................................... 45 1.5.3.- Motores de pistones....................................................................................... 47 1.5.4.- Motores de pistones de eje inclinado. ............................................................ 48 1.6.- VÁLVULAS. ........................................................................................................................ 49 1.6.1.- Válvulas limitadoras y reguladoras de presión ............................................... 49 1.7.- VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS O DE VÍAS ................................................................. 50 1.7.1.- Válvula de 2/2 vías. ....................................................................................... 51 1.7.2.- Válvula de 3/2 vías. ....................................................................................... 51 1.7.3.- Válvula de 4/2 vías. ....................................................................................... 52 1.7.4.- Válvula 4/3 vías. ............................................................................................ 52 ii

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1.7.5.- Válvulas de antirretorno o de cierre. .............................................................. 53 1.8.- ACCIONAMIENTOS. ........................................................................................................ 53 1.9.- ACTUADORES HIDRÁULICOS. ................................................................................... 54 1.9.1.- Tipos de Cilindros. ......................................................................................... 56 1.10.- VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL. .............................................................. 59 1.11.- TUBERÍAS Y MANGUERAS HIDRÁULICAS. ............................................................ 60 1.11.1.- Tubos .......................................................................................................... 60 1.11.2.- Mangueras. .................................................................................................. 61 1.12.- CONEXIONES PARA TUBERÍAS Y MANGUERAS HIDRÁULICAS. .................... 61 CAPITULO IV CIRCUITOS BÁSICOS HIDRÁULICOS Y ELECTROHIDRÁULICOS ..... 65 1.-INTRODUCCIÓN A LOS CIRCUITOS HIDRÁULICOS BÁSICOS ............................... 66 1.1- CIRCUITO HIDRÁULICO BÁSICO (LINEAR) ............................................................... 66 1.2.- CIRCUITO REGENERATIVO.......................................................................................... 67 1.3.- CIRCUITO DE SECUENCIA ........................................................................................... 68 1.4.-CIRCUITO DE SECUENCIA CON PRESIÓN LIMITADA DE ABRAZADERA ......... 69 1.5.- CIRCUITO DE CONTRAPESO ................................................................................ 70 1.6.- CIRCUITO HIDRÁULICO CON CONTROL DE VELOCIDAD ................................... 72 1.7.- CIRCUITO DE SECUENCIA CON CONTROL DE VELOCIDAD .............................. 73 1.8.- CIRCUITO HIDRÁULICO BÁSICO (MOVIMIENTO ROTATORIO, VÁLVULA DE FRENO) ....................................................................................................................................... 73 1.9.-TRANSMISIÓN ROTATORIA HIDRÁULICA CON CONTROL DE VELOCIDAD .... 75 2.-INTRODUCCIÓN A LOS CIRCUITOS ELECTROHIDRÁULICOS BÁSICOS............... 76 2.1.- Mandos eléctricos para el control de las electroválvulas. ........................................... 77 2.2.- Circuito regenerativo o diferencial. ................................................................................. 77 2.3.- Método de regulación a la entrada para el control de velocidad del actuador. ....... 78 2.4.- Método de regulación a la salida para el control de velocidad del actuador. .......... 79 2.5.- Mando de control con función lógica “Y”. ...................................................................... 80 2.6.- Mando de control con función lógica “O”. ...................................................................... 81

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2.7.-Mando de control con función lógica “NOR”, lógica positiva. ...................................... 82 2.8.- Mando de control con función lógica “NOR”, lógica negativa. ................................... 83 CAPITULO V DESARROLLO DEL PROYECTO ............................................................ 85 1.- PRUEBA DE DOBLADO............................................................................................. 86 1.2.- Calibración de la prensa................................................................................................... 86 1.3.- Fuerzas aplicada por la prensa ....................................................................................... 88 2.- MEMORIA DE CÁLCULO ........................................................................................... 89 2.1.- SELECCIÓN DEL EQUIPO HIDRÁULICO. .................................................................. 90 2.1.1.- Selección de los cilindros. .............................................................................. 90 2.1.2.- Actuador lineal para el doblado...................................................................... 90 2.1.3.- Cálculo de la velocidad del pistón. ................................................................. 93 2.1.4.- Cálculo del caudal requerido para los cilindros de doblado. ........................... 94 2.1.5.- Selección del cilindro de sujeción y de salida del estribo. .............................. 95 2.1.6.- Cálculo de la velocidad del pistón. ................................................................. 97 2.1.7.- Cálculo del caudal requerido para los cilindros de sujeción y salida. ............. 98 2.1.8.- Calculo del caudal total para la correcta selección de la bomba .................... 99 2.1.9.-Cálculo del volumen del tanque. ................................................................... 100 2.1.10.- Cálculo del diámetro de la tubería.............................................................. 100 2.1.11.- Selección de Válvulas ............................................................................................... 102 2.1.11.1.- Válvula reguladora de presión ................................................................ 102 2.1.11.2.- Válvula reguladora de caudal. ................................................................. 102 2.1.11.3.- Válvula distribuidora de 4/3 vías. ............................................................ 103 2.1.12.-Filtros. ........................................................................................................................... 103 2.1.12.1.- Filtro de alta presión ............................................................................... 103 2.1.12.2.- Filtro de succión o de entrada ................................................................. 104 2.1.12.3.- Filtro de retorno ...................................................................................... 104 3.- DIAGRAMA ESPACIO- FASE Y ECUACIÓN DE MOVIMIENTO ............................. 105 3.1.-Ecuación de movimiento. ................................................................................................ 105 3.2.- Diagrama Espacio-Fase. ................................................................................................ 105 iv

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3.3.- Diagrama eléctrico de escalera..................................................................................... 106 ANÁLISIS DE COSTOS................................................................................................. 113 MATERIALES DIRECTOS - MANO DE OBRA DIRECTA. ............................................. 113 COSTOS INDIRECTOS................................................................................................. 114 COSTOS DE INGENIERÍA ............................................................................................ 114 BENEFICIOS ................................................................................................................. 116 CONCLUSIONES .......................................................................................................... 119 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ............................................................................... 120 ANEXOS ....................................................................................................................... 122 ANEXO A: ESPECIFICACIONES DE DOBLADORA ..................................................... 122 ANEXO B: CLASIFICACIÓN DEL ACERO SEGÚN NORMAS ...................................... 123 ANEXO C: CALIBRES DE VARILLAS ........................................................................... 124 ANEXO D: NORMA OFICIAL MEXICANA NMX-C-407 ................................................. 125 ANEXO E: VARILLA CORRUGADA .............................................................................. 127 ANEXO F: ESPECIFICACIONES DE ESTRIBOS O ANILLOS ..................................... 128 ANEXO G: MANGUERAS.............................................................................................. 129 ANEXO H: ACEITES HIDRÁULICOS ............................................................................ 132 ANEXO I: CONEXIONES PARA MANGUERAS HIDRÁULICAS.................................... 135 ANEXO J: CLASIFICACIÓN DE CILINDROS ................................................................ 141 ANEXO K: CLASIFICACIÓN TUBERÍA HIDRÁULICA ................................................... 142 ANEXO L: TAMAÑO RELATIVO DE LAS PARTÍCULAS EN MICRONES ..................... 143 ANEXO M: SIMBOLOGIA .............................................................................................. 144 ANEXO N: CLASIFICACIÓN DE BOMBAS HIDRÁULICAS ........................................... 148 ANEXO Ñ: ESPECIFICACIONES DEL CILINDRO ........................................................ 149 ANEXO O: ESPECIFICACIONES DE LA BOMBA ......................................................... 151 ANEXO P: ESPECIFICACIONES DEL TANQUE........................................................... 152 ANEXO Q: MANGUERA PARA EL SISTEMA HIDRÁULICO ......................................... 153 ANEXO R: VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN ................................................... 154 ANEXO S: VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL ...................................................... 155 v

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ANEXO T: VÁLVULA DE CONTROL DIRECCIONAL .................................................... 156 ANEXO U: FILTRO DE ALTA PRESIÓN ....................................................................... 157 ANEXO V: CONEXIÓN PARA LA MANGUERA ............................................................. 159 ANEXO W: FILTRO DE SUCCIÓN O MEDIA PRESIÓN ............................................... 160 ANEXO X: FILTRO DE RETORNO O BAJA PRESIÓN ................................................. 161 ANEXO Y TABULADORES DE SUELDO BASE............................................................ 163 ANEXO Z: PLANO 1 DE 6 BASE PARA EL DOBLADO DE ANILLOS ........................... 164 ANEXO Z1: PLANO 2 DE 6 GUÍAS PARA CONFORMADORA DE ANILLO ................. 165 ANEXO Z2: PLANO 3 DE 6 ANILLO CONFORMADO ................................................... 166 ANEXO Z3: PLANO 4 DE 6 CILINDRO DE SUJECIÓN ................................................. 167 ANEXO Z4: PLANO 5 DE 6 CONFORMADO DEL ANILLO ........................................... 168 ANEXO Z5: PLANO 6 DE 6 ARREGLO GENERAL ....................................................... 169

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1.-Dobladora de varilla manual ....................................................................... 10 Ilustración 2.-Grifa para varilla ......................................................................................... 10 Ilustración 3.-Ubicación del castillo, dala y muro. ............................................................. 19 Ilustración 4.-Estribos o anillos ........................................................................................ 20 Ilustración 5.-Estribo rectangular...................................................................................... 20 Ilustración 6.-Estribo triangular. ....................................................................................... 21 Ilustración 7.-Circuito básico hidráulico. ........................................................................... 24 Ilustración 8.-Posiciones de los bafles. ............................................................................ 26 Ilustración 9.-Tanque hidráulico. ...................................................................................... 26 Ilustración 10.-Representación esquemática de un filtro. ................................................. 29 Ilustración 11.-Ubicación del filtro de entrada. ................................................................. 31 Ilustración 12.-Ubicación del filtro de línea de presión. .................................................... 32 Ilustración 13.-Ubicación del filtro de línea de retorno. ..................................................... 32 Ilustración 14.-Principio de la bomba de desplazamiento positivo. ................................... 33 Ilustración 15,-Bomba de paletas. .................................................................................... 35 Ilustración 16.-Bomba de engranajes externos. ............................................................... 36 Ilustración 17.-Bomba de engranajes internos. ................................................................ 37 Ilustración 18.-Bomba de lóbulos. .................................................................................... 38 Ilustración 19.-Bomba de tipo gerotor. ............................................................................. 39 vi

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Ilustración 20.-Bomba de husillos helicoidales. ................................................................ 39 Ilustración 21.-Bomba de pistones. .................................................................................. 40 Ilustración 22.-Bomba de pistones radiales. ..................................................................... 41 Ilustración 23.-Bomba de pistón en línea. ........................................................................ 42 Ilustración 24.-Bomba de pistón de eje inclinado. ............................................................ 43 Ilustración 25.-Motor de engranajes. ................................................................................ 45 Ilustración 26.-Motor de paletas. ...................................................................................... 46 Ilustración 27.-Motor de pistones. .................................................................................... 47 Ilustración 28.-Motor de pistones de eje inclinado. ........................................................... 48 Ilustración 29.-Válvula limitadora de presión. ................................................................... 49 Ilustración 30.-Válvulas reguladoras de presión. .............................................................. 50 Ilustración 31.-Válvula distribuidora o de vías. ................................................................. 51 Ilustración 32.-Válvula de 2/2 vías. .................................................................................. 51 Ilustración 33.-Válvula de 3/2 vías. .................................................................................. 52 Ilustración 34.-Válvula de 4/2 vías. .................................................................................. 52 Ilustración 35.-Válvula 4/3 vías. ....................................................................................... 53 Ilustración 36.-Válvula antirretorno................................................................................... 53 Ilustración 37.-Accionamientos. ....................................................................................... 54 Ilustración 38.-Cilindro neumático. ................................................................................... 55 Ilustración 39.- Cilindro de simple efecto.......................................................................... 56 Ilustración 40.-Cilindro de doble efecto. ........................................................................... 57 Ilustración 41.-Cilindro de doble vástago. ........................................................................ 57 Ilustración 42.-Cilindro telescópico................................................................................... 58 Ilustración 43.-Cilindro de cable. ...................................................................................... 58 Ilustración 44.-Cilindro tándem. ....................................................................................... 59 Ilustración 45.-Válvulas reguladoras de caudal. ............................................................... 59 Ilustración 46.-Tubería hidráulica de hierro. ..................................................................... 60 Ilustración 47.-Manguera flexible. .................................................................................... 61 Ilustración 48.-Ejemplo de conexiones para tubería. ........................................................ 63 Ilustración 49.-Montaje de conexiones en la manguera. ................................................. 64 Ilustración 50.-Conexiones para mangueras hidráulicas. ................................................. 64 Ilustración 51.-La prensa hidráulica. ................................................................................ 86 Ilustración 52.-Calibración de la prensa. .......................................................................... 87 Ilustración 53.-Colocación de la probeta. ......................................................................... 87 Ilustración 54.-Doblado de la probeta. ............................................................................. 88 Ilustración 55.-Tablero indicador de carga. ...................................................................... 88 Ilustración 56.-Primera probeta. ....................................................................................... 89 Ilustración 57.-Todas las probetas. .................................................................................. 89 Ilustración 58.-Cilindro de catalogo. ................................................................................. 92 vii

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Ilustración 59.- Grafica comparativa............................................................................... 118

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.-Clasificación de aceros según A.S.T.M. ............................................................. 14 Tabla 2.-Especificaciones técnicas de varillas en México. ............................................... 15 Tabla 3.-Especificaciones estribo rectangular. ................................................................. 21 Tabla 4.-Especificaciones estribo triangular. .................................................................... 22 Tabla 5.-Tipos de tanques hidráulicos. ............................................................................ 25 Tabla 6.-Componentes del tanque no presurizado con respiradero. ................................ 26 Tabla 7.-Denominación de los aceites. ............................................................................ 28 Tabla 8.-Tipo de filtros hidráulicos. .................................................................................. 30 Tabla 9.-.Partes de la bomba de engranajes externos. .................................................... 37 Tabla 10.-Partes de la bomba de engranajes internos. .................................................... 38 Tabla 11.-partes de la bomba de pistones. ...................................................................... 40 Tabla 12.-Partes de la bomba de pistones radiales.......................................................... 41 Tabla 13.-Partes de La bomba de pistón en línea. ...............¡Error! Marcador no definido. Tabla 14.-Partes de la bomba de pistón de eje inclinado. ....¡Error! Marcador no definido. Tabla 15.-Partes de un motor de engranajes. .................................................................. 45 Tabla 16.-Partes del motor de paletas. ............................................................................ 46 Tabla 17.-Partes del motor de pistones............................................................................ 47 Tabla 18.-Partes del motor de pistones de eje inclinado. ................................................. 49 Tabla 19.-Partes del cilindro. ........................................................................................... 55 Tabla 20.-Partes de la manguera flexible. ........................................................................ 61 Tabla 21.-Ejemplos de conexiones entre tuberías y componentes................................... 63 Tabla 22.-Resultados de la prueba. ................................................................................. 89 Tabla 23.-Costo de material ........................................................................................... 113 Tabla 24.- Costos de ingeniería ..................................................................................... 114 Tabla 25.- Costos de mano de obra ............................................................................... 115 Tabla 26.- Costo total del proyecto. ............................................................................... 115 Tabla 27.- Comparativa en tiempo e ingresos ................................................................ 117

ÍNDICE DE ESQUEMAS Esquema 1.-de las bombas de desplazamiento positivo. ................................................. 34 Esquema 2.-clasificación de bombas hidráulicas. ............................................................ 35

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ÍNDICE DIAGRAMAS Diagrama 1.- Circuito hidráulico linear. ............................................................................ 67 Diagrama 2.- Circuito regenerativo. ................................................................................. 68 Diagrama 3.- Circuito de secuencia. ................................................................................ 69 Diagrama 4.- Circuito de presión limitada de abrazadera. ................................................ 70 Diagrama 5.- Circuito de contrapeso. ............................................................................... 71 Diagrama 6.- Circuito hidráulico con control de velocidad. ............................................... 72 Diagrama 7.- Circuito de secuencia con control de velocidad. ......................................... 73 Diagrama 8.- Circuito hidráulico movimiento rotatorio. ..................................................... 74 Diagrama 9.- Circuito de transmisión rotatorio. ................................................................ 75 Diagrama 10.- Control de las electroválvulas. .................................................................. 77 Diagrama 11.- Circuito regenerativo o secuencial. ........................................................... 78 Diagrama 12.- Regulación a la entrada ............................................................................ 79 Diagrama 13.- Regulación a la salida. ............................................................................. 80 Diagrama 14.- Función lógica “Y”..................................................................................... 81 Diagrama 15.- Función lógica “O”. ................................................................................... 82 Diagrama 16.- Función lógica “NOR” positiva. ................................................................. 83 Diagrama 17.- Función lógica “NOR negativa. ................................................................. 84 Diagrama 18.- Diagrama espacio-fase. .......................................................................... 106 Diagrama 19.- 1er paso del control eléctrico. ................................................................. 107 Diagrama 20.- 2do paso del control eléctrico. ................................................................ 107 Diagrama 21.- 3er paso del control eléctrico. ................................................................. 108 Diagrama 22.- 4to paso del control eléctrico. ................................................................. 108 Diagrama 23.- 5to paso del control eléctrico. ................................................................. 109 Diagrama 24.-6to paso del control eléctrico. .................................................................. 109 Diagrama 25.- 7mo paso del control eléctrico ................................................................ 110 Diagrama 26.- 8vo paso del control eléctrico. ................................................................ 111 Diagrama 27.- 9no paso del control eléctrico. ................................................................ 111 Diagrama 28.- Control eléctrico para la conformadora de estribos. ................................ 112

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OBJETIVO Automatizar una maquina conformadora de alambrón en la elaboración de estribos o anillos de construcción, con el propósito de aumentar el número de piezas, disminuir el costo de producción y reducir los accidentes de trabajo.

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JUSTIFICACIÓN Hoy en día la demanda habitacional tiene su origen en el comportamiento demográfico de la población. Las tendencias demográficas en un horizonte de 25 años apuntan a que se integrará un promedio de 650 mil hogares nuevos por año. Con este ritmo, la demanda de vivienda alcanzará una cifra cercana a los 3.9 millones durante los seis años de la presente administración que, sumados a las 2.1 millones de familias que hoy requieren de habitación independiente, representa la necesidad de impulsar la oferta de 6 millones de viviendas. En el país se enfrenta una tendencia muy grande de desarrollo en infraestructura en lo que a construcción se refiere, y es la construcción de conjuntos habitacionales una de esas aéreas de desarrollo las que se ven más impulsadas, teniendo que abastecerse de materiales de construcción cemento, cal, tabiques, varillas, estribos de alambrón en lo consecuente le llamaremos anillos de alambrón que es tal y como se le conoce en el ámbito de la construcción, entre otros. Bajo este criterio es importante considerar que el consumo de dichos anillos es bastante alto tomando en cuenta que en México el número de viviendas que tiene cada unidad habitacional, siendo las más pequeñas las que tienen de uno a 500 departamentos, las mediadas de 500 a mil 500 casas y las grandes arriba de mil 500, así que se tratara de optimizar la producción de estos y a su vez de que sea más barata y aun más eficiente en lo que a disponer de estos materiales se refiere. Teniendo en cuenta que los anillos en su mayoría se hacen de manera manual esto repercute en el tiempo en que se puede disponer de ellos de ahí la necesidad de implementar una forma de acelerar este proceso para aumentar la producción de estos y con ello cumplir en tiempo y forma y por lo tanto reducir los costos de producción

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INTRODUCCIÓN Los alambres individuales se fabrican laminando en caliente lingotes de acero hasta obtener varillas redondas. Después del enfriamiento, las varillas se pasan a través de troqueles para reducir su diámetro hasta su tamaño requerido. En el proceso de esta operación de estirado, se ejecuta trabajo en frío sobre el acero, lo cual modifica notablemente sus propiedades mecánicas e incrementa su resistencia. A los alambres se les libera de esfuerzo después de estirado en frío mediante un tratamiento continuo de calentamiento hasta obtener las propiedades mecánicas prescritas. Los alambres se consiguen en diferentes diámetros. En el caso de varillas de aleación de acero, la alta resistencia que se necesita se obtiene mediante la introducción de ciertos elementos de ligazón, principalmente manganeso, silicón y cromo durante la fabricación de acero. Adicionalmente se efectúa trabajo en frío en las varillas al fabricar estas para incrementar aún más su resistencia. Después de estirarlas en frío, a las varillas se les releva de esfuerzos para obtener las propiedades requeridas Así bien La varilla de hierro es un material que está fabricado en acero. La varilla de hierro se utiliza como armadura que da resistencia al poste de hormigón. El poste de hormigón se prepara cuidando que la varilla de hierro quede derecha y atándose con un alambre cada 30 cm. La varilla de hierro deberá estar libre de materias como: óxido, cal, arcilla u otros que impidan la adherencia al concreto. La varilla de hierro se ha hecho muy popular ya que muchas personas han optado por construir sus casas a base de concreto armado. La varilla de hierro se utiliza de acuerdo con los planos de construcción dados por el arquitecto. En posición vertical, se utiliza la varilla de hierro para las columnas y en posición horizontal para las vigas. La varilla de hierro se corta y se dobla cuando comienza el zanjeado en la construcción. Para cortar una varilla de hierro se usa la segueta, aunque puede usarse la guillotina. Para doblar la varilla de hierro se usará la grifa para formar ángulos o estribos.

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CAPITULO I

INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA DE POTENCIA

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1.- HIDRÁULICA La hidráulica es una de las ramas de la ingeniería, que como muchas otras sea a venido desarrollando en las últimas décadas y se ha convertido en una herramienta cada vez mas importante. Desde hace muchos siglos se uso la hidráulica para transmitir potencia, aprovechando la energía del agua en una corriente para mover una rueda que a su vez tomaba esa agua y la levantaba para poder transportarla y usarla para riego y otras cosas. El uso del fluido bajo presión para transmitir potencia y controlar movimientos complejos, es mas reciente. En el siglo pasado, bajo la revolución industrial en Inglaterra se empezó a utilizar agua confinada a alta presión para transmitir potencia y desde entonces su uso se ha venido generalizando cada vez mas. Un fluido confinado es uno de los medios más versátiles para modificar y controlar movimientos así como para transmitir potencia es tan resistente como el acero y además infinitamente flexible. Cambia de forma para adaptarse al cuerpo que resiste su empuje como se puede dividir en partes, cada parte haciendo su trabajo a su medida y puede ser reunido para que trabaja en conjunto. El estudio de la Hidráulica tiene que ver con el uso y características de líquidos para suavizar su carga. Las notaciones más antiguas de la historia muestran que artículos tales como bombas y ruedas de agua eran conocidas en tiempos muy remotos. Sin embargo, hasta el siglo XVII fue que la rama de la hidráulica con la que vamos a trabajar se empezó a usar. Basados en el principio descubierto por el científico Francés Pascal, éste se relaciona con el uso de fluido confinado, transmitiendo potencia, multiplicando fuerza y modificando movimientos. La hidráulica es la ciencia de las fuerzas y movimientos transmitidos por líquidos. La hidráulica es parte de la hidromecánica, la hidromecánica se clasifica en: 

Hidrostática.-Es el efecto de fuerza como producto de presión por superficie.

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Hidrodinámica.- es el efecto de fuerza como producto de masa por aceleración. Oleohidráulica: La oleohidráulica se puede definir como la rama de la ingeniería mecánica que estudia el uso de fluidos incomprensibles (en este caso aceite y por esto el prefijo oleo), confinados y bajo presión, para transmitir potencia.



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2.- CONCEPTOS BÁSICOS. Un sistema hidráulico constituye un método relativamente simple de aplicar grandes fuerzas que se pueden regular y dirigir de la forma más conveniente. Otras de las características de los sistemas hidráulicos son su confiabilidad y su simplicidad. Todo sistema hidráulico consta de unos cuantos componentes relativamente simples y su funcionamiento es fácil de entender. Para el estudio de la hidráulica es necesario conocer algunas bases físicas de la hidráulica como son: Fuerza: Es toda acción capaz de cambiar de posición un objeto, por ejemplo el peso de un cuerpo es la fuerza que ejerce, sobre el suelo, ese objeto. Peso: El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y depende de la masa del mismo. Masa: La masa, en física es la mediad de la inercia, que únicamente para algunos casaos puede entenderse como la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo. La unidad de masa, en el Sistema Internacional de Unidades es el Kilogramo (Kg). Es una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso, que es una cantidad vectorial que representa una fuerza. Torsión: es el componente de fuerza de la salida del motor. Se define como esfuerzo torsional o de giro. Para que exista una torsión no necesariamente se requiere de movimiento, pero si la torsión es de la magnitud suficiente como para vencer la fricción y la resistencia de la carga, habrá movimiento. Nótese que la torsión está siempre presente en el eje impulsor, pero es igual a la carga multiplicada por el radio. Una carga determinada impondrá una menor torsión en el eje, si se disminuye el radio. Sin embargo, el radio de mayor tamaño moverá más rápidamente a la carga para una velocidad determinada del eje. La torsión se expresa generalmente en libras pulgada. Desplazamiento: es la cantidad d fluido que acepta el motor en una revolución; en otras palabras, es la capacidad de una cámara, multiplicada por el nuero de cámaras que contenga el mecanismo. El desplazamiento del motor de expresa en pulgadas cubicas por revolución

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La presión: Es el resultado de dividir esa fuerza por la superficie que dicho objeto tiene en contacto con el suelo. La presión se mide generalmente en kg/cm2. Para poder determinar la fuerza total ejercida en una superficie, es necesario saber la presión o fuerza en la unidad del área. Normalmente expresamos esta presión en lb/in 2 (PSI). Conociendo la presión y el número de pulgadas cuadradas del área en la que se está ejerciendo la fuerza, se puede fácilmente determinar la fuerza total. En la hidráulica consiste en utilizar un líquido para transmitir una fuerza de un punto a otro. Presión Atmosférica: La presión atmosférica es la presión que ejerce la atmósfera sobre todos los cuerpos de la tierra o que están en el interior de la atmósfera. Presión Absoluta: Se denomina presión absoluta a la presión que soporta un sistema respecto al cero absoluto. Para poder decir que existe sobrepresión la presión absoluta debe ser superior a la presión atmosférica. Sin embargo, cuando la presión absoluta es inferior a la presión atmosférica decimos que existe una depresión. Para complicar un poco el asunto, diremos que la sobrepresión y la depresión son la presión relativa. Hay que tener en cuenta, que tanto la presión absoluta (Pab) como la presión relativa (Pr) están en función de la presión atmosférica (Patm). Presión Relativa: Es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la medición. Hay que señalar que al aumentar o disminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída, si bien ello es despreciable al medir presiones elevadas. Es el valor de la presión sobre cualquier punto de la superficie terrestre, que ejerce toda la masa de aire atmosférico. En nuestras regiones, situadas en una latitud media, la presión atmosférica al nivel del mar, varía entre 950 y 1.050 milibares, siendo la presión media llamada a menudo normal de 760 mm (1.012 mb), por lo que se consideran presiones altas y bajas las respectivamente superiores e inferiores a este valor. Presión De Vacio: Una presión de vacio se considera cuando su valor es menor que la presión atmosférica, por lo que se puede considerar como una presión negativa. Presión Hidrostática: La presión hidrostática es la presión que surge en un liquido por efecto de la masa liquida y su altura, la presión hidrostática es expresada en Pascal o en Bar, la altura de la columna de liquido es medida en metros, la densidad del liquido en kilogramos por metro cúbico y la aceleración de la gravedad en metros por segundo al cuadrado.

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Caudal Volumétrico: Es el volumen del líquido que fluye a través de un tubo en un tiempo definido. Para denominar el caudal volumétrico se emplea el símbolo Q. El caudal puede ser de dos tipos: 



Laminar: Se define como flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos, o en capas cilíndricas coaxiales. Turbulento: Se define como flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótico.

Número de Reynolds: El número de Reynolds es quizá uno de los números a dimensionales más utilizados. La importancia radica en que nos habla del régimen con que fluye un fluido, lo que es fundamental para el estudio del mismo. El coeficiente de Reynolds permite calcular el tipo de caudal que fluye en un tubo liso. Dicho coeficiente está en función de los siguientes parámetros:   

La velocidad del flujo del líquido. El diámetro del tubo. La viscosidad cinemática.

Cavitación: La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Ecuación de Continuidad: La ecuación de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido bajo condiciones variantes. Esta ecuación se aplica en la dinámica de fluidos. Un fluido se caracteriza por carecer de elasticidad de forma, es decir, adopta la forma del recipiente que la contiene, esto se debe a que las moléculas de los fluidos no están rígidamente unidas, como en el caso de los sólidos. Fluidos son tanto gases como líquidos. 5

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Para llegar a la ecuación de Bernoulli se han de hacer ciertas suposiciones que nos limitan el nivel de aplicación:   

El fluido se mueve en un régimen estacionario, o sea, la velocidad del flujo en un punto no varía con el tiempo. Se desprecia la viscosidad del fluido (que es una fuerza de rozamiento interna). Se considera que el líquido está bajo la acción del campo gravitatorio únicamente.

Los líquidos tienen algunas características que los hacen ideales para esta función, como son las siguientes: Incompresibilidad: Los líquidos no se pueden comprimir. Movimiento libre de sus moléculas: Los líquidos se adaptan a la superficie que los contienen. Viscosidad: Es la medida de la resistencia que oponen las moléculas de los líquidos a deslizarse unas sobre otras o bien, es la medida inversa de su fluidez. Si un líquido fluye con facilidad. Su viscosidad es baja. Se puede decir también que el fluido es delgado o q tiene poco cuerpo. Un líquido que fluye con dificultad posee una alta viscosidad. Se dice que es grueso o de mucho cuerpo. Densidad: Relación entre el peso y el volumen de un líquido.

Donde:

Principio de Pascal: Dice que la presión aplicada a un fluido confinado se transmite sin disminución de fuerza en todas direcciones y actúa con fuerza igual y en áreas iguales en los ángulos correspondientes. El líquido es prácticamente incompresible y transmite la fuerza aplicada al tapón a través del recipiente. El resultado es una fuerza excesivamente mayor sobre un área superior a la del tapón. Aunque es posible que se rompa la base de la botella al empujar el tapón con fuerza moderada. Generalmente la fuerza Hidráulica se consigue empujando el aceite por medio de una bomba conectada a un motor, se transmite a través de tuberías metálicas, conductos, latiguillos, etc. y se proyecta en cilindros hidráulicos, motores, entre otros. Un circuito hidráulico básico podría constar de un depósito de aceite, una bomba que lo impulsa, una tubería que lo transmite y un cilindro que actúa. 6

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Potencia: Se define potencia como la rapidez a la cual se efectúa trabajo, o bien, como la rapidez de transferencia de energía en un tiempo determinado, En el Sistema Internacional la potencia se expresa en Joules por segundo, unidad a la que se le da el nombre Watt (W). Energía: Se define como la capacidad para realizar un trabajo, el contenido energético de un sistema hidráulico está compuesto de varias energías parciales. Según la ley de conservación de la energía la energía total de un líquido que fluye, siempre es constante a menos que se agregue o se consuma energía externamente por efecto de trabajo. Energía Potencial: La energía potencial es la que posee un cuerpo (o un liquido) si es elevado a una altura, en ese proceso de elevación se efectúa trabajo contra la gravedad. Esta energía potencial es utilizada en prensas con cilindros de grandes dimensiones para llenar rápidamente la cámara del cilindro y para crear una presión inicial para la bomba. Energía de Presión: La energía de presión es el resultado de la presión que el fluido opone a la compresión. Energía Térmica: la energía térmica es la energía que se necesita para que un cuerpo (o un líquido) adquiera una determinada temperatura. En los sistemas hidráulicos, parte de la energía es transformada en energía térmica debido a la fricción. Ello provoca un calentamiento del fluido y de los elementos del sistema, una parte del calor es cedido hacia el exterior, con lo que se reduce la energía en el sistema, incluyendo la energía de presión.

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CAPÍTULO II

GENERALIDADES DE LOS ANILLOS PARA LA CONSTRUCCIÓN

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1.- DOBLADORES DE VARILLA TIPO MANUAL. La máquina dobladora de anillos es ideal para procesar alambre de acero, hierro, acero inoxidable y alambres de otros metales no ferrosos (redondo, cuadrado o plano) el resultado pueden ser anillos, medios anillos o cualquier tipo de arco. 1.1.- ANTECEDENTES DE LA CONFORMADORA DE ESTRIBOS O ANILLOS. La conformadora de anillos manual es la base de todos los existentes, fue la primera forma en que se conformaban los estribos, está constituida por una mesa de madera, hecha de la unión de polines y varillas de hierro. La conformadora estaba construida en una mesa de madera en la cual están cinco varillas, dispuestas de manera que formen las cuatro esquinas del perímetro del estribo El procedimiento es colocar la pieza de metal entre las dos primeras varillas y con un tubo galvanizado metido en una parte proporcional de la punta jalando con fuerza y así el estribo se va conformando 1.2.- DOBLADORES DE VARILLA.

La máquina dobladora de anillos es ideal para procesar alambre de acero, hierro, acero inoxidable y alambres de otros metales no ferrosos (redondo, cuadrado o plano) el resultado pueden ser anillos, medios anillos o cualquier tipo de arco. El doblador se compone de dos piezas tubulares una más prolongada que la otra, la pieza más prolongada está sobre una base metálica la cual también se fija previamente a un banco o mesa, que se prolonga hacia la parte anterior que tiene un canal en el sentido longitudinal en el cual se localizan ranuras transversales que es donde se mete la varilla para ser doblada, la misma pieza prolongada en su parte anterior tiene una abrazadera que retiene la varilla cuando está siendo doblada, la otra pieza menos prolongada tiene dos orificios que salen de extremo a extremo por donde se mete la varilla para doblarse. [Ver Anexo A]

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Ilustración 1.-Dobladora de varilla manual

1.2.1.- Grifa. Para hacer los quiebres y algunos dobleces que marcan los planos, se utiliza una herramienta de fierro llamada "grifo(a)", los ganchos y otros dobleces se harán de acuerdo con lo siguiente:  Los dobleces se harán alrededor de una pieza que tenga un diámetro igual o mayor de dos veces el de la varilla.  Los ganchos en varillas menores del número ocho se harán alrededor de una pieza cilíndrica con diámetro igual o mayor de seis veces el de la varilla. Se usa como una herramienta útil para manipular varillas de acero, las grifas son indispensables para el constructor al realizar cualquier tipo de obra.

Ilustración 2.-Grifa para varilla

2.- ESTUDIO DE LOS ACEROS. El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2.1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente un porcentaje entre el 0.2% y el 0.3%. Porcentajes mayores que el 2.0% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones 10

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que al ser quebradizas y no poderse forjar, a diferencia de los aceros, se moldean, así que en este caso utilizaremos un acero al bajo carbono para evitar que al doblarse para formar el estribo no se quiebre. La definición anterior, sin embargo, se circunscribe a los aceros al carbono en los que este último es el único aleante o los demás presentes lo están en cantidades muy pequeñas pues de hecho existen multitud de tipos de acero con composiciones muy diversas que reciben denominaciones especificas en virtud ya sea de los elementos que predominan en su composición (aceros al silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementación), de alguna característica potenciada (aceros inoxidables), e incluso en función de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se engloban bajo la denominación de “de aceros especiales”, razón por la que aquí se ha adoptado la definición de los elementos comunes o “al carbono” que han de ser los primeros fabricados y los más empleados, sirviendo como base para los demás. 2.1.- PROPIEDADES DE LOS ACEROS. Podemos decir que los últimos cien años, se han caracterizado por la masiva utilización del acero. El motivo principal está centrado en la enormidad de usos que se le puede dar, y la versatilidad de sus propiedades mecánicas. Otra ventaja, es que algunas de estas propiedades pueden ser modificadas para ajustarse al destino final que se le quiera dar al producto. Dentro de las propiedades podemos mencionar las siguientes:  Ductilidad  Dureza  Resistencia  Maleabilidad  Tenacidad La primera de ellas, la ductilidad, se refiere a la capacidad del acero para deformarse, al soportar esfuerzos de tracción sin llegar a la rotura. La dureza se define como la propiedad del acero a oponerse a la penetración de otro material.

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Analizando el caso de la resistencia, específicamente el de la resistencia a la tracción, tendremos que ésta es la fuerza máxima por unidad de área, que puede soportar el acero al ser estirado. La maleabilidad es la capacidad que presenta el acero de soportar la deformación, sin romperse, al ser sometido a un esfuerzo de comprensión. Finalmente, la tenacidad viene siendo la conjugación de dos propiedades: ductilidad y resistencia. Un material tenaz será aquel que posee una buena ductilidad y una buena resistencia al mismo tiempo. 2.2.- CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS. Es muy difícil establecer una clasificación precisa y completa para todos los tipos de acero existentes. Más difícil aún, es establecer una equivalencia exacta entre los aceros de diferentes denominaciones, ya que el ordenamiento de estos materiales en clasificaciones y normas difiere según el país de origen. En el caso de los aceros al Carbono comunes, los sistemas usuales de clasificación –SAE, AISI, COPANT, DIN, etc.- cubren apenas aquellos aceros hasta un porcentaje de Carbono del 1%. En el caso de los aceros aleados, la elaboración de sistemas de clasificación es más dificultosa aún, debido al constante nacimiento de nuevos tipos de acero, con la presencia de nuevos elementos de aleación. Aún así, para los tipos más comunes de aceros y las cantidades relativamente bajas de elementos aleantes, tanto la SAE, AISI y otras asociaciones técnicas, elaboraron sistemas de clasificación que atienden satisfactoriamente las necesidades de nuestro medio. Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales según normas [Ver Anexo B]: 

Aceros al carbono Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.



Aceros aleados Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los

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aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte. 

Aceros de baja aleación ultra resistentes Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.



Aceros inoxidables Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.



Aceros de herramientas Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de corte y modelado de máquinas empleadas en diversas operaciones de fabricación. Contienen volframio, molibdeno y otros elementos de aleación, que les proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad

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Tabla 1.-Clasificación de aceros según A.S.T.M.

Designación A.S.T.M

ACERO

FORMAS

USOS

Fy min kSI

Fu min Tensión Ksi

A-36 NOM B254

Al carbono

Perfiles, barras placas

Puentes, edificios estructurales en gral. Atornillados, remachados y soldados

36 e < 8” 32 e > 8”

58-80

A-529 NOM B99

Al carbono

Perfiles y placas e