Diseño Mecanico I (apuntes) 3jc59

TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE TIANGUISTENCO DIVISIÓN INGENIERÍA MECÁNICA

Diseño mecánico I

ELABORO  Oscar Daniel Vara Ramírez

Correo Electrónico: [email protected]

Marzo 2014-septiembre2014

Contenido

Pagina

1. Metodología del Diseño .............................................................................................................. 4 1.1. Conceptos de diseño ........................................................................................................... 4 1.2. Filosofía del diseño............................................................................................................... 5 1.3. Proceso del diseño ............................................................................................................... 5 1.4. Factores de diseño ............................................................................................................... 6 1.5. Fundamentos de ergonomía. .............................................................................................. 7 2. Teorías y criterios de falla por cargas estáticas .................................................................... 10 2.1. Cargas estáticas ................................................................................................................. 10 2.2. Concentradores de esfuerzo............................................................................................. 10 2.3. Teoría de cortante máximo ............................................................................................... 10 2.4. Energía de distorsión ......................................................................................................... 10 2.5. Esfuerzo normal máximo ................................................................................................... 10 2.6. Coulomb Mohr ..................................................................................................................... 10 2.7. Mohr modificado. ................................................................................................................ 10 3. Teorías y criterios de falla por cargas dinámicas .................................................................. 10 3.1. Cargas dinámicas ............................................................................................................... 10 3.2. Fatiga .................................................................................................................................... 10 3.3. Esfuerzo fluctuante ............................................................................................................. 10 3.4. Límite de resistencia a la fatiga ........................................................................................ 10 3.5. Factores que modifican la resistencia a la fatiga ........................................................... 10 3.6. Sensibilidad de la muesca................................................................................................. 10 3.7. Teoría de Goodman ........................................................................................................... 10 3.8. Teoría de Soderberg .......................................................................................................... 10 3.9. Teoría de Gerber ................................................................................................................ 10 3.10. Resistencia a la fatiga por torsión .................................................................................. 10 3.11. Análisis de cargas de impacto. ....................................................................................... 10 4. Ejes............................................................................................................................................... 10 4.1. Análisis por resistencia. ..................................................................................................... 10 4.1.1. Bajo cargas estáticas. ................................................................................................. 11 4.1.2. Bajo cargas dinámicas. .............................................................................................. 11 4.2. Restricciones geométricas ................................................................................................ 12 4.3. Ejes huecos ......................................................................................................................... 12

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4.4. Análisis por rigidez. ........................................................................................................ 12 4.5. Velocidad crítica.................................................................................................................. 12 4.6. Materiales para ejes ........................................................................................................... 13 4.7. Flechas flexibles ................................................................................................................. 15 4.7. Flechas flexibles ..................................................................................................................... 16 4.8. Cigüeñales. .......................................................................................................................... 17 4.8.1. Análisis por resistencia ............................................................................................... 17 5. Selección de elementos mecánicos y materiales ................................................................. 17 5.1. Tipos, aplicaciones y selección de elementos mecánicos. .......................................... 17 5.1. Tipos, aplicaciones y selección de elementos mecánicos. .............................................. 18 5.1.1. Rodamientos. ............................................................................................................... 18 *Rodamientos rígidos de bolas ............................................................................................ 18 *Rodamientos de agujas ....................................................................................................... 18 *Rodamientos de rodillos cónicos ........................................................................................ 18 *Rodamientos de rodillos cilíndricos de empuje ................................................................ 19 *Rodamientos axiales de rodillos a rótula........................................................................... 19 *Rodamientos de rodillos cilíndricos.................................................................................... 19 5.1.2. Bandas y Poleas .......................................................................................................... 20 5.1.3. Cadenas y catarinas. .................................................................................................. 22 5.1.4. Coples. .......................................................................................................................... 24 5.1.5. Cables ........................................................................................................................... 26 5.2. Materiales utilizados en ingeniería ................................................................................... 28 5.3. Normas para selección de materiales (DGN, AISI, SAE, ASTM, ASM). ................... 30

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1. Metodología del Diseño 1.1. Conceptos de diseño El diseño es una actividad mental, una actividad fruto del intelecto mediante la cual se generan una serie de ideas respecto a la solución práctica de un problema que requiere del desarrollo y/o construcción de una máquina, mecanismo, dispositivo y/o la creación de un proceso. Desde un punto de vista amplio el proceso de diseño es aplicable a las artes como a las actividades técnicas. El proceso de diseño implica la definición clara de que es lo que se debe desarrollar, como debe funcionar, como se debe hacer, las funciones, los requerimientos, etc. El diseño antiguamente se centraba en la producción y beneficio de la propia empresa. Pero hoy en día busca el beneficio del cliente y una producción limpia es decir que la producción empezando desde la obtención de la materia prima hasta la producción del producto final sea limpia y resguarde el medio ambiente todo esto en base de normativas ambientales. Para un buen diseño es necesario tomar en cuenta los factores que influenciaran en el diseño. Los factores de diseño son las consideraciones o características que se tomaran en cuenta para la elaboración de determinado diseño.  Diseño: una de las soluciones aportadas por el proceso  Diseño final: la solución final elegida que se utiliza para fabricar o construir el producto Ámbito de trabajo: Ingeniería Mecánica  Diseñar: proceso de crear soluciones eficaces  Objetivo: proporcionar una o varias soluciones para definir un producto de forma que satisfaga los requisitos y restricciones establecidas  Características del proceso de diseño en productos complejos: *Multidisciplinar (se emplean técnicas diversas) *Colaborativo (lo realizan diferentes equipos de trabajo) *Iterativo (se ejecuta de forma recurrente hasta obtener la solución ideal)

Tipos de diseño Industrial: orientado a la forma (estética) del producto Axiomático: utiliza métodos matriciales para analizar sistemáticamente la transformación de las necesidades del cliente en requisitos funcionales Analógico: el basado en el desarrollo de soluciones similares a las ya existentes

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1.2. Filosofía del diseño El diseño tiene diferentes niveles dependiendo del grado de profundidad que se le dé a la solución. Este puede ser simplemente los esquemas, plano o bocetos sobre una obra o maquina o puede tener una mayor complejidad e incluir las memorias de cálculo que permiten dimensionar el tamaño de los componentes, la selección de los materiales, la simulación computacional del funcionamiento del equipo, entre otras. En general puede decirse que el diseño es la formulación de un plan integral realizado por un grupo interdisciplinario, cuyo objetivo es satisfacer una necesidad. El objetivo de este curso es brindar los elementos básicos para el diseño de componentes y elementos mecánicos. Para llevar a cabo el diseño mecánico es necesario tener bases fuertes en las áreas de la mecánica de materiales, dibujo, mecanismos, materiales de ingeniería y procesos de fabricación principalmente. Dependiendo del objeto del diseño es probable que se tenga que aplicar principios de la mecánica de fluidos, termodinámica, turbo máquinas y algunas más.

1.3. Proceso del diseño ESTABLECER LA NECESIDAD

PRESENTACIÓN DEL TRABAJO

IDENTIFICAR EL PROBLEMA

EVALUACIÓN

SINTESIS

ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN

Criterios  Requisitos funcionales: qué debe hacer el producto y cómo lo debe de hacer  Requisitos operativos: cómo se debe conseguir el producto  Requisitos comerciales: a qué mercado se orienta  Restricciones: limitaciones que se deben tener en cuenta en el proceso de diseño

Conceptual: idea, etapa 1 Básico: desarrollo de la idea, etapas 2 y 3

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Detallado: plasmación concreta, etapas 4 y 5

1.4. Factores de diseño El factor de diseño hace referencia a las características o consideraciones que se debe tomar en cuenta para determinado diseño, a veces uno de esos factores será crítico es decir el más importante pero si se llega a satisfacer sus condiciones ya no será necesario considerar los demás. Normalmente los factores de diseño a tomarse en cuenta son:

Resistencia

Desgaste

Confiabilidad

Fricción o rozamiento

Condiciones térmicas

Procesamiento

Corrosión

Utilidad

Costo

Estilización

Seguridad

Forma

Peso

Tamaño

Ruido

Flexibilidad

Control

Lubricación

Rigidez

Mantenimiento

Acabado de superficies Volumen Vida útil Funcionalidad

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De los factores mencionados algunos se refieren directamente a las dimensiones, al material, al procesamiento o procesos de fabricación o bien, a la unión o ensamble de los elementos del sistema, mientras que otros se relacionan con la configuración total del sistema.

1.5. Fundamentos de ergonomía. La ergonomía es una ciencia de amplio alcance que abarca las distintas condiciones laborales que pueden influir en la comodidad y la salud del trabajador, comprendidos factores como la iluminación, el ruido, la temperatura, las vibraciones, el diseño del lugar en que se trabaja, el de las herramientas, el de las máquinas, el de los asientos y el del puesto de trabajo.

Según el Congreso Internacional de Ergonomía (Estrasburgo, 1970) << el objeto de la Ergonomía es elaborar, con el concurso de las diversas disciplinas científicas que la componen, un cuerpo de conocimientos que, en una perspectiva de aplicación, debe desembocar en una mejor adaptación al hombre de los medios tecnológicos de producción y de los entornos de trabajo y vida>>.

La mayoría de las pérdidas de salud en el ser humano son causa de las interacciones con factores ambientales. En el trabajo se alteran continuamente estos factores, lo que da lugar a las conocidas Enfermedades del Trabajo, entre las que se encuentran lesiones dorso lumbares, traumatismos repetitivos, lesiones musculo esqueléticas y, por supuesto, trastornos de tipo psicológico.

La Ley de Prevención de riesgos Laborales cita como daños para la salud del trabajador no sólo las lesiones de carácter traumático o patologías debidas a energías, sustancias u organismos presentes en el ambiente sino también a las causadas por los esfuerzos repetidos o continuados, físicos o mentales, realizados en su ejercicio.

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Las causas principales de estas patologías son: •Fuerzas concentradas en elementos pequeños del cuerpo. •Posturas forzadas sostenidas. •Movimientos muy repetitivos. •Descanso insuficiente.

Los síntomas más frecuentes: •Dolor •Restricción del movimiento de una articulación •Hinchazón de los tejidos blandos •Disminución del tacto y destreza. Tipos de ergonomía Ergonomía del puesto de trabajo y Ergonomía de sistemas  La Ergonomía de sistemas estudia conjuntos de elementos, humanos y no humanos, sometidos a interacciones, lo que implica una gran cantidad de variables; mientras que la del puesto de trabajo se refiere al estudio concreto y exhaustivo de las relaciones entre un solo hombre y una máquina, medios o instrumentos que utiliza para trabajar.

Ergonomía preventiva y Ergonomía correctora  La preventiva se aplica cuando el sistema estudiado todavía no existe. Se trata de la Ergonomía en fase de proyecto que busca conseguir el diseño óptimo de sistemas antes de su puesta en funcionamiento, dada la dificultad que representa modificar los ya existentes. La correctora es menos eficaz que la anterior aunque más fácil puesto que se puede apoyar en la observación de errores de un sistema ya realizado en lugar de analizar las tareas de una forma abstracta.

Ergonomía geométrica, ambiental y temporal  Esta división suele hacerse en función de los aspectos parciales que delimitan campos de aplicación y desarrollo.

Ergonomía geométrica  Puede definirse como el estudio de las relaciones entre hombre y condiciones métricas y posicionales de su puesto, con una tendencia a conseguir el máximo confort. Al ser el hombre una estructura móvil, sus necesidades serán satisfechas al alcanzar un confort geométrico definido por:

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*Confort posicional: resultado de la correcta interacción entre el puesto de trabajo y el cuerpo, por lo que hay que considerar los datos antropométricos relevantes. Los estudios en este terreno se dirigen fundamentalmente al diseño de puestos de trabajo y elementos que lo constituyen (asientos, herramientas,...), así como a las posturas adecuadas. *Confort cinético-operacional: que estudia el movimiento muscular en relación a su acoplamiento a la tarea y analiza y diseña los mandos y mecanismos de operación en función del rendimiento, del consumo energético, el esfuerzo y la fatiga, condicionados por la flexibilidad, precisión, esfuerzo, rapidez y fatiga muscular. *Relación de seguridad, dirigida a la protección del hombre contra los elementos agresivos de la máquina.

Ergonomía ambiental  Es la parte de la Ergonomía que estudia y desarrolla las relaciones entre el hombre y los factores ambientales que condicionan su estado de salud y de confort. En este ámbito se estudian dos grandes grupos de factores aparte de los de tipo psicosocial que es: *Factores físicos: térmicos, luminoso-visuales, auditivos y dinámicos (vibraciones) *Factores físicos y biológicos.

Ergonomía temporal  Busca el bienestar del trabajador en relación con los tiempos de trabajo, teniendo en cuenta el tipo de organización, las cargas y los contenidos del mismo. Estudia los horarios de trabajo, la duración de las jornadas, optimización de pausas y descansos, ritmos de trabajo, evaluando la relación fatiga-descanso en sus aspectos físicos y psicológicos.

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2. Teorías y criterios de falla por cargas estáticas 2.1. Cargas estáticas 2.2. Concentradores de esfuerzo 2.3. Teoría de cortante máximo 2.4. Energía de distorsión 2.5. Esfuerzo normal máximo 2.6. Coulomb Mohr 2.7. Mohr modificado. 3. Teorías y criterios de falla por cargas dinámicas 3.1. Cargas dinámicas 3.2. Fatiga 3.3. Esfuerzo fluctuante 3.4. Límite de resistencia a la fatiga 3.5. Factores que modifican la resistencia a la fatiga 3.6. Sensibilidad de la muesca 3.7. Teoría de Goodman 3.8. Teoría de Soderberg 3.9. Teoría de Gerber 3.10. Resistencia a la fatiga por torsión 3.11. Análisis de cargas de impacto. 4. Ejes

4.1. Análisis por resistencia. La resistencia de materiales clásica es una disciplina de la ingeniería mecánica y la ingeniería estructural que estudia los sólidos deformables mediante modelos simplificados. La resistencia de un elemento

se

define

como

su

capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas

aplicadas

sin

romperse,

adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse

de

algún

modo.

Un

modelo de resistencia de materiales establece una relación entre las fuerzas aplicadas, también llamadas cargas o acciones, y los esfuerzos y desplazamientos inducidos por ellas. Generalmente las simplificaciones geométricas y las restricciones impuestas sobre el modo de aplicación de las cargas hacen que el campo de deformaciones y tensiones sean sencillos de calcular.

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4.1.1. Bajo cargas estáticas. En el análisis por resistencia estática la mayor dificultad que se plantea es la de escoger cuál de las secciones transversales es la más desfavorable desde el punto de vista resistente. El procedimiento a seguir sería el siguiente: dibujar los diagramas de momento torsores, momentos flectores y esfuerzos axiales; seleccionar las secciones que pudieran ser las más desfavorables; calcular las tensiones por torsión, flexión y esfuerzo axial en cada una de las secciones transversales seleccionadas; calcular la tensión alternante equivalente en dichas secciones; calcular el factor de seguridad estático en cada sección, y seleccionar el menor de los factores de seguridad obtenidos. Para la tensión equivalente, aplicando los criterios de Tresca y Von Mises. Suele pensarse que los ejes que giran lentamente pueden diseñarse con los criterios de carga estática; esto es falso. En la mayoría de los casos de equipos que operan la mayor parte del tiempo. Considérese un eje girando tan solo a 5 RPM en una máquina que funciona 90% del tiempo y se desea una vida útil de 15 años. Este elemento va a tener 35.5 millones de ciclos de carga y su diseño lo gobiernan los criterios de falla por fatiga, indiscutiblemente. Se puede decir que el diseño contra falla por fatiga comienza a ser determinante respecto a un diseño bajo carga estática para un eje, a partir de unos 10.000 ciclos de carga, que se cumplen fácilmente aun para máquinas con movimientos lentos y con poco uso.

4.1.2. Bajo cargas dinámicas. Como los ejes normalmente giran continuamente la mayor parte del tiempo, los esfuerzos en cada punto cambian completamente en cada vuelta. Aunque la dirección y la magnitud de las fuerzas sean invariables, como ocurre con las tensiones de las bandas sobre las poleas, de igual forma los momentos flectores que actúan sobre el eje no cambian en su dirección ni en su magnitud. Sin embargo, como el eje está girando, en un punto superficial (y en los interiores también) pasan de esfuerzo de tracción a compresión (media vuelta), a tracción nuevamente (vuelta completa) y así sucesivamente. Esto implica que los ejes por lo regular se diseñan contra falla por fatiga. Lo usual en máquinas es que las cargas también pueden cambiar su intensidad y además producir impactos manteniendo su dirección, como ocurre en los engranajes. Estos efectos también tienen que considerarse al diseñar un eje contra falla por fatiga.

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4.2. Restricciones geométricas 4.3. Ejes huecos 4.4. Análisis por rigidez. En este análisis, primero se exponen los criterios y expresiones fundamentales que se utilizan en la comprobación de la rigidez de los árboles. Como se ha expuesto anteriormente los árboles de las transmisiones mecánicas están sometidos a la acción de cargas, para los cuales es muy importante la valorización de la rigidez, pues es necesario que haya una garantía suficiente de esta a la hora de proyectar árboles. El cálculo a la rigidez tiene como fin aclarar las inflexiones y los ángulos de inclinación de la línea flexible del eje de la pieza, en determinadas secciones. Para la valorización de la rigidez es necesario tener en cuenta las ecuaciones generales de la elástica de una viga, que se dan a continuación:

∑ (

)

(

∑

) (

∑ )

(

∑

) (

∑

(

)

)

Como se observa en estas ecuaciones aparece un parámetro, el cuál es analizado como una característica geométrica de la rigidez longitudinal, dicho parámetro está definido como: momento de inercia a la flexión ( ) y momento de inercia a la torsión ( ), para el caso de rigidez torsional.

4.5. Velocidad crítica. Cuando un eje gira, la excentricidad ocasiona una deflexión debida a la fuerza centrífuga que se resiste por la rigidez a flexión del eje EI. Siempre y cuando las deflexiones sean pequeñas, no se ocasiona ningún daño. Sin embargo, otro problema potencial se llama velocidades críticas: a ciertas velocidades el eje es inestable, y las deflexiones se incrementan sin un límite superior. Por fortuna, aunque la forma de la deflexión dinámica se desconoce, mediante una curva de deflexión estática se obtiene una estimación excelente de la velocidad crítica. Esa curva cumple con la condición de frontera de la ecuación diferencial (momento y deflexión cero en ambos cojinetes) y la energía del eje no es en particular sensible a la anatomía de la curva de deflexión. En primer lugar, los diseñadores tratan de determinar las velocidades críticas de al menos el doble de la velocidad de operación.

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El eje, debido a su propia masa, tiene una velocidad crítica. De igual forma, el ensamble de elementos a un eje tiene una velocidad crítica que es mucho menor que la velocidad crítica intrínseca del eje. La estimación de estas velocidades críticas (y sus armónicas) es una tarea del diseñador. Cuando la geometría es simple, como la de un eje de diámetro uniforme, simplemente apoyado, la tarea es fácil. Puede expresarse como: ( ) √ Donde

( ) √

es la masa por unidad de longitud,

el área de la sección transversal y

el

peso específico. En el caso de un ensamble de elementos, el método de Rayleigh para masas concentradas establece: Donde

∑

√∑

es el peso de la i-ésima ubicación y

es la deflexión en la ubicación del i-

ésimo cuerpo. Se puede usar esta ecuación en el caso de la ecuación anterior dividiendo el eje en segmentos y colocando su fuerza del peso en el centroide del

segmento como se muestra en la siguiente figura: Con frecuencia se recurre a la ayuda de una computadora para aminorar la dificultad al calcular las deflexiones transversales de un eje escalonado. La ecuación de Rayleigh sobrestima la velocidad crítica. Todos los ejes, aun sin la presencia de cargas externas, se deforman durante la rotación. La magnitud de la deformación depende de la rigidez del eje y de sus soportes, de la masa total de eje y de las partes que se le adicionan, del desequilibrio de la masa con respecto al eje de rotación y del amortiguamiento del sistema

4.6. Materiales para ejes Generalmente los ejes de tamaños menores se construyen a partir de barras calibradas en frío (Cold – Drawn) con contenidos bajos de carbono (AISI 1010 / 1020 y

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1030). Cuando se requiere alta tenacidad, resistencia a la fatiga y a las cargas de impacto, se utilizan aceros aleados y tratados térmicamente, con contenidos medios de carbono (AISI 1347 / 3140 / 4150 / 4340 / 5145 / 8650). Cuando la resistencia superficial a la abrasión es el factor dominante, se emplean aceros cementados superficialmente (AISI 1020 / 1117 / 2315 / 4320 / 4820 / 8620, etc.). Deben considerarse otras alternativas de endurecimiento superficial como “Nitrurado”, “Cianurazo” y por llama, entre otros. Para aplicaciones con ejes endurecidos superficialmente y dependiendo del proceso empleado, aparecen esfuerzos residuales superficiales o en las interfaces de la “piel” endurecida con el núcleo, que hay que considerar en los cálculos de esfuerzos para determinar su fiabilidad respecto a la fatiga. Ha ocurrido que una microgrieta se inicie en la interfase debido a la combinación de los esfuerzos residuales y a que el núcleo tiene menor resistencia mecánica que la superficie endurecida. El cromado y el niquelado pueden inducir microgrietas e inclusiones gaseosas, que reducen drásticamente la resistencia a la fatiga del eje, razón por la que estos procesos deben evitarse en las aplicaciones de ejes bajo cargas repetitivas y dinámicas. La deflexión no se ve afectada por la resistencia sino por la rigidez, representada por el módulo de elasticidad, que es esencialmente constante en todos los aceros. Por esa razón, la rigidez no puede controlarse mediante decisiones sobre el material, sino sólo por decisiones geométricas. La resistencia necesaria para soportar esfuerzos de carga afecta la elección de los materiales y sus tratamientos. Muchos ejes están hechos de acero de bajo carbono, acero estirado en frío o acero laminado en caliente, como lo son los aceros ANSI 1020-1050. A menudo no está garantizado el incremento significativo de la resistencia proveniente del tratamiento térmico ni el contenido de alta aleación. La falla por fatiga se reduce moderadamente mediante el incremento de la resistencia, y después sólo a cierto nivel antes de que los efectos adversos en el límite de resistencia a la fatiga y la sensibilidad a la muesca comience a contrarrestar los beneficios de una resistencia mayor. Una buena práctica consiste en iniciar con un acero de bajo o medio carbono de bajo costo, como primer paso en los cálculos del diseño. Si las consideraciones de resistencia resultan dominar sobre las de deflexión, entonces debe probarse un material con mayor resistencia, lo que permite que los tamaños del eje se reduzcan hasta que el exceso de deflexión adquiera importancia. El costo del material y su procesamiento debe ponderarse en relación con la necesidad de contar con diámetros de eje más pequeños. Cuando están garantizadas, las aleaciones de acero típicas para tratamiento térmico incluyen ANSI 1340-50, 3140-50, 4140, 4340, 5140 y 8650.

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Por lo general, los ejes no requieren endurecimiento superficial a menos que sirvan como un recubrimiento real en una superficie de o. Las elecciones típicas para el material para el endurecimiento superficial incluyen los grados de carburización ANSI 1020, 4340, 4820 y 8620.

4.7. Flechas flexibles Generalmente los ejes de tamaños menores se construyen a partir de barras calibradas en frío (Cold – Drawn) con contenidos bajos de carbono (AISI 1010 / 1020 y 1030). Cuando se requiere alta tenacidad, resistencia a la fatiga y a las cargas de impacto, se utilizan aceros aleados y tratados térmicamente, con contenidos medios de carbono (AISI 1347 / 3140 / 4150 / 4340 / 5145 / 8650). Cuando la resistencia superficial a la abrasión es el factor dominante, se emplean aceros cementados superficialmente (AISI 1020 / 1117 / 2315 / 4320 / 4820 / 8620, etc.). Deben considerarse otras alternativas de endurecimiento superficial como “Nitrurado”, “Cianurazo” y por llama, entre otros. Para aplicaciones con ejes endurecidos superficialmente y dependiendo del proceso empleado, aparecen esfuerzos residuales superficiales o en las interfaces de la “piel” endurecida con el núcleo, que hay que considerar en los cálculos de esfuerzos para determinar su fiabilidad respecto a la fatiga. Ha ocurrido que una microgrieta se inicie en la interfase debido a la combinación de los esfuerzos residuales y a que el núcleo tiene menor resistencia mecánica que la superficie endurecida. El cromado y el niquelado pueden inducir microgrietas e inclusiones gaseosas, que reducen drásticamente la resistencia a la fatiga del eje, razón por la que estos procesos deben evitarse en las aplicaciones de ejes bajo cargas repetitivas y dinámicas. La deflexión no se ve afectada por la resistencia sino por la rigidez, representada por el módulo de elasticidad, que es esencialmente constante en todos los aceros. Por esa razón, la rigidez no puede controlarse mediante decisiones sobre el material, sino sólo por decisiones geométricas. La resistencia necesaria para soportar esfuerzos de carga afecta la elección de los materiales y sus tratamientos. Muchos ejes están hechos de acero de bajo carbono, acero estirado en frío o acero laminado en caliente, como lo son los aceros ANSI 1020-1050. A menudo no está garantizado el incremento significativo de la resistencia proveniente del tratamiento térmico ni el contenido de alta aleación. La falla por fatiga se reduce moderadamente mediante el incremento de la resistencia, y después sólo a cierto nivel antes de que los efectos adversos en el límite de resistencia a la fatiga y la sensibilidad a la muesca comience a contrarrestar los beneficios de una resistencia

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mayor. Una buena práctica consiste en iniciar con un acero de bajo o medio carbono de bajo costo, como primer paso en los cálculos del diseño. Si las consideraciones de resistencia resultan dominar sobre las de deflexión, entonces debe probarse un material con mayor resistencia, lo que permite que los tamaños del eje se reduzcan hasta que el exceso de deflexión adquiera importancia. El costo del material y su procesamiento debe ponderarse en relación con la necesidad de contar con diámetros de eje más pequeños. Cuando están garantizadas, las aleaciones de acero típicas para tratamiento térmico incluyen ANSI 1340-50, 3140-50, 4140, 4340, 5140 y 8650. Por lo general, los ejes no requieren endurecimiento superficial a menos que sirvan como un recubrimiento real en una superficie de o. Las elecciones típicas para el material para el endurecimiento superficial incluyen los grados de carburización ANSI 1020, 4340, 4820 y 8620.

4.7. Flechas flexibles Las flechas flexibles son extremadamente robustos, se caracterizan por una longevidad excepcional que permite trabajar continuamente a velocidades muy altas, más de 50.000 r.p.m. Los siguientes ejemplos ilustran un poco las posibilidades de uso:  Para substituir las cajas de reenvío en instalaciones complicadas (ángulos no rectos) o escasamente protegidas.  Cuando hay alguna desviación en la alineación entre las máquinas.  Para transmitir el movimiento angular con obstáculos intermedios. Con una flecha flexible es posible combinar la fuerza y el empleo de varias herramientas diferentes en una práctica unidad portátil. Con ella podrá tallar, perforar, lijar, rautear, bruñir, aserrar, ilustrar y esmerilar, empleando simplemente los rios necesarios, instalándolos en el mango que se encuentra al extremo de la flecha. Estas flechas flexibles se usan extensamente en la industria para operaciones tan pesadas como remover óxido e incrustaciones, esmerilar soldadura, lustrar grandes superficies de metal, y alisar piezas de fundición. Las flechas flexibles se clasifican generalmente como grandes o pequeñas según sea la medida del eje o núcleo como se denomina. La de tamaño grande es aquella que posee un núcleo de de diámetro o mayor, mientras que la de tamaño pequeño es aquella que tiene un núcleo de

. Las

flechas flexibles grandes transmitirán fuerza para las labores más pesadas posibles de efectuar con herramientas sostenidas manualmente; las

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flechas pequeñas se prestan especialmente para usar con diminutas limas giratorias, ruedas esmeriladoras y lustradoras que deben girar a velocidades extremadamente altas. Las flechas pequeñas son sumamente flexibles y operan eficientemente aun encorvadas a un radio comparativamente reducido.

4.8. Cigüeñales. Un cigüeñal o TPM1 es un eje acodado, con codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela - manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa. En los motores de automóviles el extremo de la biela opuesta al bulón del pistón (cabeza de biela) conecta con la muñequilla, la cual junto con la fuerza ejercida por el pistón sobre el otro extremo (pie de biela) genera el par motor instantáneo. El cigüeñal va sujeto en los apoyos, siendo el eje que une los apoyos el eje del motor. Normalmente se fabrican de aleaciones capaces de soportar los esfuerzos a los que se ven sometidos y pueden tener perforaciones y conductos para el paso de lubricante. Sin embargo, estas aleaciones no pueden superar una dureza a 40 Rockwell "C" (40 RHC), debido a que cuanto más dura es la aleación más frágil se convierte la pieza y se podría llegar a romper debido a las grandes fuerzas a las que está sometida. Hay diferentes tipos de cigüeñales; los hay que tienen un apoyo cada dos muñequillas y los hay con un apoyo entre cada muñequilla. Por ejemplo, para el motor de automóvil más usual, el de cuatro cilindros en línea, los hay de tres apoyos (hoy ya en desuso), y de cinco apoyos, el más común actualmente. En otras disposiciones como motores en V o bien horizontales opuestos (boxer) puede variar esta regla, dependiendo del número de cilindros que tenga el motor. El cigüeñal es también el eje del motor con el funcionamiento del pistón y gradualmente se usa así en los automóviles con motor de combustión interna actuales.

4.8.1. Análisis por resistencia

5. Selección de elementos mecánicos y materiales 5.1. Tipos, aplicaciones y selección de elementos mecánicos. En el presente documento se abordara la unidad 5 de diseño mecánico I, con la cual comenzaremos con la selección de elementos mecánicos y materiales, para ello hacemos mención que la selección del material para las distintas piezas o componentes de un conjunto mecánico es una de las decisiones centrales del proceso de diseño de una máquina. A continuación se establecen diversas consideraciones generales sobre esta actividad.

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5.1. Tipos, aplicaciones y selección de elementos mecánicos. El material elegido debe responder a las exigencias de la unión de la pieza o componente. Este aspecto está relacionado con sus características físicas (densidad, propiedades ópticas, térmicas y eléctricas) y mecánicas (resistencia mecánica, rigidez, propiedades deslizantes). Debe tenerse en cuenta que, aunque sea muy cara, la selección de un material de propiedades elevadas para un elemento muy solicitado, como por ejemplo , un engranaje o un árbol, puede repercutir favorablemente en el peso y dimensiones del conjunto de la máquina. La selección del material no puede desligarse del método de conformado y del proceso de fabricación de la pieza o componente. En efecto, aunque un material posea las propiedades requeridas para realizar una función, debe tenerse en cuenta el método de elaboración deseado (o disponible).

5.1.1. Rodamientos. Un rodamiento, es un tipo de cojinete, que es un elemento mecánico que reduce la fricción entre un eje y las piezas conectadas a éste por medio de rodadura, que le sirve de apoyo y facilita su desplazamiento. Existen muchos tipos de rodamientos que a continuación mencionaremos algunos.

*Rodamientos rígidos de bolas Son usados en una gran variedad de aplicaciones. Son fáciles de diseñar, no separables, capaces de operar en altas e incluso muy altas velocidades y requieren poca atención o mantenimiento en servicio. Estas características, unidas a su ventaja de precio, hacen a estos rodamientos los más populares de todos los rodamientos.

*Rodamientos de agujas Son rodamientos con rodillos cilíndricos muy delgados y largos en relación con su menor diámetro. A pesar de su pequeña sección, estos rodamientos tienen una gran capacidad de carga y son eminentemente apropiados para las aplicaciones donde el espacio radial es limitado. Este tipo de rodamientos es comúnmente muy utilizado en los pedales para bicicletas.

*Rodamientos de rodillos cónicos El rodamiento de rodillos cónicos, debido a la posición oblicua de los rodillos y caminos de rodadura, es especialmente adecuado para resistir cargas radiales y axiales simultáneas. Para casos en que la carga axial es muy importante hay una serie Diseño Mecánico I

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de rodamientos cuyo ángulo es muy abierto. Este rodamiento debe montarse en oposición con otro rodamiento capaz de soportar los esfuerzos axiales en sentido contrario. El rodamiento es desmontable; el aro interior con sus rodillos y el aro exterior se montan cada uno separadamente. Son los de mayor aplicación.

*Rodamientos de rodillos cilíndricos de empuje Son apropiados para aplicaciones que deben soportar pesadas cargas axiales. Además, son insensibles a los choques, son fuertes y requieren poco espacio axial. Son rodamientos de una sola dirección y solamente pueden aceptar cargas axiales en una dirección. Su uso principal es en aplicaciones donde la capacidad de carga de los rodamientos de bolas de empuje es inadecuada. Tienen diversos usos industriales, y su extracción es segura y así de manera rápida y sencilla se pueden usar cualquier tipo y donde sean los requeridos rodamientos.

*Rodamientos axiales de rodillos a rótula El rodamiento axial de rodillos a rótula tiene una hilera de rodillos situados oblicuamente, los cuales, guiados por una pestaña del aro fijo al eje, giran sobre la superficie esférica del aro apoyado en el soporte. En consecuencia, el rodamiento posee una gran capacidad de carga y es de alineación automática. Debido a la especial ejecución de la superficie de apoyo de los rodillos en la pestaña de guía, los rodillos giran separados de la pestaña por una fina capa de aceite. El rodamiento puede, por lo mismo, girar a una gran velocidad, aun soportando elevada carga. Contrariamente a los otros rodamientos axiales, éste puede resistir también cargas radiales.

*Rodamientos de rodillos cilíndricos Un rodamiento de rodillos cilíndricos normalmente tiene una hilera de rodillos. Estos rodillos son guiados por pestañas de uno de los aros, mientras que el otro aro puede tener pestañas o no. Según sea la disposición de las pestañas, hay varios tipos de rodamientos de rodillos cilíndricos: •Tipo NU: con dos pestañas en el aro exterior y sin pestañas en el aro interior. Sólo iten cargas radiales, son desmontables y permiten desplazamientos axiales relativos del alojamiento y eje en ambos sentidos. •Tipo N: con dos pestañas en el aro interior y sin pestañas en el aro exterior. Sus características similares al anterior tipo.

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•Tipo NJ: con dos pestañas en el aro exterior y una pestaña en el aro interior. Puede utilizarse para la fijación axial del eje en un sentido. •Tipo NUP: con dos pestañas integrales en el aro exterior y con una pestaña integral y dos pestañas en el aro interior. Una de las pestañas del aro interior no es integral, es decir, es similar a una arandela para permitir el montaje y el desmontaje. Se utilizan para fijar axialmente un eje en ambos sentidos. Los rodamientos de rodillos son más rígidos que los de bolas y se utilizan para cargas pesadas y ejes de gran diámetro.

5.1.2. Bandas y Poleas Los elementos de máquinas flexibles, como bandas, cables o cadenas, se utilizan para la transmisión de potencia a distancias comparativamente grandes. Cuando se emplean estos elementos, por lo general, sustituyen a grupos de engranajes, ejes y sus cojinetes o a dispositivos de transmisión similares. Por lo tanto, simplifican mucho una máquina o instalación mecánica, y son así, un elemento importante para reducir costos. Además son elásticos y generalmente de gran longitud, de modo que tienen una

función

importante en

la

absorción

de

cargas

de

choque

y

en

el

amortiguamiento de los efectos de fuerzas vibrantes. Aunque esta ventaja es importante en lo que concierne a la vida de una máquina motriz, el elemento de reducción de costos suele ser el factor principal para seleccionar estos medios de transmisión de potencia, y en el presente trabajo queremos recopilar alguna información un tanto básica sobre un tipo en especial de elementos; bandas y las poleas. Veremos algunos tipos, su funcionamiento algunas ventajas y desventajas, la representación en plano y la Norma Técnica Colombiana (NTC) por la cual se rigen. Las transmisiones por banda, en su forma más sencilla, consta de una cinta colocada con tensión en dos poleas: una motriz y otra movida. Al moverse la cinta (banda) trasmite energía desde la polea motriz a la polea movida por medio del rozamiento que surge entre la correa y las poleas.

TRANSMISION POR BANDA ABIERTA Se emplea en arboles paralelos si el giro de estos es en un mismo sentido. Es el tipo de transmisión más difundida.

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TRANSMISION POR BANDA CRUZADA Se emplea en arboles paralelos si el giro de estos es en sentido opuesto.

TRANSMISION POR BANDA SEMICRUZADA Se emplea si los arboles se cruzan generalmente a 90°.

TRANSMISION POR BANDA CON POLEA TENSOR EXTERIOR Se emplea cuando es imposible desplazar las poleas para el tensado de las bandas y se deseas aumentar el ángulo de o en la polea menor.

TRANSMISION POR BANDA CON POLEA TENSOR INTERIOR Se emplea cuando es imposible desplazar las poleas para el tensado de las bandas. En casos en los que se pueda disminuir el ángulo de o en la polea menor, produce una mejora en la vida útil de la banda.

Las bandas se distinguen por la forma de la sección transversal, por la construcción, material y tecnología de fabricación, pero el rasgo más importante que determina la construcción de las poleas y de toda la transmisión, es la forma de la sección transversal de la correa. En función de la forma de la sección transversal, las correas de transmisión son clasificadas como: •Bandas Planas Las transmisiones de banda plana ofrecen flexibilidad, absorción de vibraciones, transmisión eficiente de potencia a altas velocidades, resistencia a atmosferas abrasivas y costo comparativamente bajo. Estas pueden ser operadas en poleas relativamente pequeñas y pueden ser empalmados o conectados para funcionamiento sinfín. Las bandas planas de transmisión de potencia se dividen en tres clases:

*Convencionales: bandas planas ordinarias sin dientes, ranura o entalladura. *Ranuradas o Entalladuras: bandas planas básicamente modificadas que proporcionan las ventajas de otro tipo de producto de transmisión, por ejemplo, bandas en V. *De mando positivo: bandas planas básicas modificadas para eliminar la necesidad de fuerza de fricción en la transmisión de potencia. *Las bandas en general se hacen de dos tipos: bandas reforzadas, las cuales utilizan un miembro de tensión para obtener resistencia, y las bandas no reforzadas, las cuales dependen de la resistencia a la tensión de su material básico.

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POLEAS Una polea, también llamada garrucha, carrucha, trocla, trócola o carrillo, es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el curso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos aparejos o polipastos sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso. Según definición de Hatón de la Goupillière, «la polea es el punto de apoyo de una cuerda que moviéndose se arrolla sobre ella sin dar una vuelta completa» actuando en uno de sus extremos la resistencia y en otro la potencia. •POLEAS SIMPLES La polea simple se emplea para elevar pesos, consta de una sola rueda con la que hacemos pasar una puerta. Se emplea para medir el sentido de la fuerza haciendo más cómodo el levantamiento de la carga entre otros motivos, porque nos ayudamos del peso del cuerpo para efectuar el esfuerzo, la fuerza que tenemos que hacer es la misma al peso a la que tenemos que levantar.

5.1.3. Cadenas y catarinas. Las cadenas junto con las bandas y engranes son las formas más comunes de transmitir potencia de un eje a otro. Este tipo de transmisiones (cadena-Catarina) se utilizan por lo regular cuando el torque y/o la temperatura alcanzan magnitudes altas. Cuando la distancia entre ejes es grande la aplicación de este tipo de transmisión es también recomendable. Otra característica básica de estas transmisiones es que su relación de velocidad es constante debido a que no presenta deslizamientos, además tienen un ciclo de vida, aunque menor que el de los engranes, de nivel aceptable y poseen la capacidad de transmitir potencia a varios ejes desde una misma fuente motriz.

CADENA DE ELEVACION La forma común para la cadena de elevación es la que consiste de eslabones ovalados, el otro tipo de cadena de este tipo es la de travesaños que tiene la particularidad que no se aplasta ni se enreda tan fácilmente como la cadena común.

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CADENAS PARA TRANSPORTE Como ya se comentó, puede ser del tipo desmontable o de unión por ganchos, o del tipo articulado de extremos cerrados. El diseño de los dientes de la catarina para este tipo de cadenas se da en gran parte de forma empírica, teniendo cuidado de que el diente posea una forma y un espaciado tal que, la cadena entre y salga de la catarina con cierta suavidad y sin interferencia, aún después de que por alguna circunstancia sea estirada o que está presente desgaste.

CADENAS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA Las articuladas de clavijas, de rodillos y silenciosa son los tres tipos conocidos de esta clase de cadenas. Estos tipos de cadenas generalmente están elaboradas de acero, maquinadas con precisión, las partes que se desgastan están endurecidas, y corren sobre catarinas que están diseñadas cuidadosamente. Están constituidas por eslabones metálicos enlazados entre sí. Los tipos de cadenas son: * Cadenas de rodillos: es un dispositivo mecánico que a través de partes mecánicas ensambladas entre sí, sirve para dar movimiento a dos ejes y poder transmitir la potencia mecánica. * Cadena transportadora: sirve para trasmitir movimiento de un mecanismo a otro, generalmente a través de engranajes. Transportadores de cadena De rodillo vivo por cadena: Los rodillos llevan una Catarina en un extremo y son movidas por una cadena que pasa sobre todas las catarinas. De rodillo vivo por cadena, de rodillo a rodillo: Los rodillos llevan dos catarinas en un extremo y el movimiento se transmite por cadena de cada rodillo al que le sigue. Curvas de rodillo vivo por cadena: Son curvas con rodillos cónicos o rectos que llevan una o dos catarinas en un extremo y que son movidas por una sola cadena de rodillo a rodillo. Espuela o Derivaciones de rodillo vivo por cadena: Son tramos rectos o curvos para entrar o salir de una línea principal; también tienen rodillos con Catarina (s) en un extremo. De doble o triple cadena: Llevan una cadena en cada lado del Transportador que son las que mueven la carga; también pueden llevar una cadena al centro del mismo. Se usan para mover tarimas (Pallets). De rodillo vivo por cadena para servicio pesado: Se fabrican con rodillos más robustos que los tipos anteriores y la transmisión del movimiento se hacen de rodillo a rodillo; también se utiliza para mover tarimas.

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Catarinas Están fabricadas con acero 1045, acero inoxidable, acero comercial y acetal. Para que una cadena y una catarina concuerden se debe ver el número nominal de una catarina es el mismo número nominal que el de la cadena correspondiente. Los rollos de cadena se colocan deslizando la misma sobre la catarina, por lo tanto deben estar suficientemente apretadas para su resistencia en un uso constante. Para seleccionar una catarina se tienen que seguir los siguientes pasos: * Determinar el tipo de carga a transmitir * Seleccionar el factor de servicio * Calcular el diseño de HP * Seleccionar el paso de cadena * Determinar la distancia de centros * Calcular el largo de la cadena

Los tipos de catarinas son: * Catarinas para cadena de rodillo * Catarinas para cadena de tablillas

Características dimensionales de las ruedas catarinas Aspectos fundamentales en la constitución física de estas ruedas son sus especificaciones dimensionales.

Selección de la cantidad de dientes de la Catarina Con el fin de que la rueda dentada tenga una larga vida y una operación suave se recomienda que el número de dientes sea mayor a 17 pero menor a 67. En los casos que por limitación de espacio o se esté trabajando a velocidades bajas se puede utilizar ruedas con una cantidad menor a 17 dientes. Otra recomendación es que con la selección de ruedas no debe de exceder de 7 la relación de velocidad.

5.1.4. Coples. El cople ejerce una fuerza de unión alrededor de toda la circunferencia de la tubería y evita la separación de ambos extremos en una forma proporcional a las fuerzas de presión ejercidas hasta su máxima presión de trabajo de diseño. Los coples y conexiones con extremos ranurados son la parte medular para la unión de tuberías y rios en una gran variedad de sistemas. Los coples se han diseñado para

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proveer juntas o uniones autocentrantes, que se adaptan a las fuerzas internas o externas de presión o vacío, vibraciones, contracciones o expansiones, etc. Las mejores propiedades de los coples se deben principalmente a sus características de rigidez o flexibilidad. Cuando se requieren uniones sin movimiento se utilizan los coples rígidos que en el diseño interior de la carcaza cuenta con unos seguros o rebordes dentados que oprimen fuertemente la tubería o conexión fijándolos en ambos extremos, haciendo la unión firme, además de que el cuerpo de la carcaza llena perfectamente el espacio de la ranura no permitiéndole movimiento alguno. Este tipo de cople se recomienda en largas secciones continuas de tubería o a cierta altura. Hay sistemas que requieren de cierto grado de flexibilidad debido a los movimientos de expansión o contracción en las tuberías, causados por cambios bruscos en presiones y temperaturas. En este caso la necesidad de utilizar juntas de expansión se minimiza, e incluso se elimina por completo. El diseño flexible del cople le permite absorber y eliminar las fuerzas de torsión y compresión, especialmente las inducidas por fuerzas sísmicas. Así mismo le permite la corrección, por su propiedad de deflexión, de problemas de mala alineación, causados por la imprecisión en su colocación a través muros o pisos, o bien cuando se instala sobre terrenos no nivelados, ya que la propiedad de deflexión es en cualquier sentido. La utilización de coples provee además una junta conveniente ya que se desarman tan fácil y rápidamente como se instalan, ofreciendo un sencillo mantenimiento a los sistemas. Facilitando, además, la rotación periódica de las tuberías para distribuir de una manera más uniforme el desgaste interno de las mismas, sobre todo cuando el producto de que se trate sea altamente abrasivo.

El cople está conformado básicamente por: A) Una carcasa de hierro en dos piezas que se ajustan alrededor de toda la circunferencia de la tubería o conexión, haciendo la unión y evitando la separación de los extremos, teniendo además como función la de contener al empaque contra las fuerzas internas o externas del sistema de presión o vacío. Se puede fabricar en hierro dúctil de acuerdo a la norma ASTM A-536 Grado 65-45-12, o en hierro maleable de acuerdo a ASTM A-47 Grado 32510. Los coples se ofrecen con un recubrimiento exterior con una base de pintura antimoho y corrosión sin plomo en color naranja, que los protege durante su almacenamiento o el tiempo que el material se encuentre en obra para su instalación. Sin embargo cuando el medio ambiente donde se van a instalar es altamente corrosivo se cuenta con material con recubrimiento galvanizado por inmersión en caliente o en acero inoxidable.

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B) B) El empaque que se fabrica a base de un elastómero elástico en una sola pieza con un diseño único en forma de "C" de acuerdo a la norma ASTM A-2000, y que ofrece un sello a prueba de fugas sin importar si el sistema opera a presión o al vacío. Los "labios" del empaque se ajustan alrededor de la tubería y por el efecto del flujo en el mismo sistema se adhieren haciendo el sellado de la instalación. Cuando el sistema trabaja a presión las cavidades internas se presurizan y cuando se trabaja en sistemas sin presión o al vacío se hace un efecto de succión, que en ambos casos se hace el sello a prueba de fugas. El empaque hace del cople un elemento con propiedades aislantes que absorben el ruido y minimizan la transmisión de vibración. Hay una gran variedad de empaques dependiendo del producto que se va a manejar, por lo que se recomienda hacer una selección adecuada para una operación eficiente del sistema.

COPLE HPR F-7004

COPLE 7004-EG

COPLE HDPE F-7305

END

GUARD

F- COPLE

ROUGHNECK

F-

7005

COPLE TRANSICION HDPE F-7307

5.1.5. Cables El cable es aquel cable empleado para la transmisión mecánica de movimiento, o de cargas entre otros elementos mecánicos, como palancas, ruedas, y poleas, etc. Los cables mecánicos básicamente realizan su trabajo en tracción o en rotación. Normalmente suele usarse cable de acero, aunque el avance en los materiales ha

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hecho que en algunos ambientes corrosivos se utilice materiales plásticos, o sintéticos, como el poliéster o el Kevlar. •Materiales de los cables mecánicos

*Metálicos: Los materiales metálicos más usados para la fabricación de cables son el acero galvanizado y el acero inoxidable. El cable metálico suele usarse en los casos en los que existen altas cargas de tracción; su construcción puede ser en forma de cordón, formado por varios alambres o por una sola varilla.

*Plásticos y fibras sintéticas: Los materiales plásticos y sintéticos más comúnmente usados en cables de tracción son: poliéster, kevlar, polietileno de alto módulo y polipropileno de alta resistencia. Estos materiales presentan la ventaja de su resistencia a la corrosión, y algunos de ellos gran resistencia a la intemperie, y mucho menor peso que los metálicos. Se diferencian poco de las cuerdas de material sintético; solo por su mayor densidad y rigidez. •Aplicaciones Desde principios del siglo XIX se utilizan los cables como elementos mecánicos básicos en multitud de aplicaciones. Una de las más antiguas es la elevación de cargas mediante grúas, utilizando cabrestantes y poleas. También se emplean cables mecánicos en la suspensión y accionamiento de teleféricos, funiculares y tranvías. Los cables de tracción han sido el sistema más empleado tradicionalmente desde los inicios de la aviación para accionar los mandos de vuelo, en los aviones.

También se emplean cables de tracción como elemento estructural en puentes, edificios y otras obras de arquitectura. El Cable Bowden es uno de los tipos de cable mecánico más usado en automoción, tanto en motocicletas como en automóviles, aunque es muy conocido por su uso en los frenos de las bicicletas. Los cables mecánicos que trasmiten movimiento de rotación, conocidos como sirgas, se emplean en automoción desde los primeros automóviles para transmitir el movimiento de las ruedas del vehículo al velocímetro situado en el de

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instrumentos, o para trasmitir el movimiento de giro del motor al cuentarrevoluciones. Recientemente se ha empleado en los autogiros para pre-rotación del rotor antes de un despegue vertical.

5.2. Materiales utilizados en ingeniería Metales Los metales y las aleaciones que incluyen al acero, aluminio, magnesio, zinc, hierro fundido, titanio, cobre, níquel, entre algunos; tienen como características una adecuada conductividad térmica y eléctrica, además resistencia mecánica, alta rigidez, ductilidad y resistencia al impacto.

Ejemplo: 1.-Cobre.- Una de sus aplicaciones son alambres para conductores eléctricos y sus propiedades van desde su alta conductividad hasta conformabilidad aceptable. 2.-Hierro fundido gris.- Con él se hacen bloques para motores de automóvil, y algunas de sus propiedades son moldeabilidad, maquinabilidad, absorción de vibraciones, entre algunas.

Los metales son útiles en aplicaciones estructurales o de carga, y se prefiere el empleo de sus combinaciones denominadas aleaciones. La manera más general de clasificación de los materiales es la siguiente: a) Metálicos

Metales Ferrosos Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es el fierro, sus principales características son su gran resistencia a la tensión y dureza. Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio. Los principales productos representantes de los materiales metálicos son: •Fundición de hierro gris •Hierro maleable •Aceros •Fundición de hierro blanco Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC y uno de sus principales problemas es la corrosión.

Metales no Ferrosos

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Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión y dureza que los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosión es superior. Su costo es alto en comparación a los materiales ferrosos pero con el aumento de su demanda y las nuevas técnicas de extracción y refinamiento se han logrado abatir considerablemente los costos, con lo que su competitividad ha crecido notablemente en los últimos años. Los principales metales no ferrosos utilizados en la manufactura son: •Aluminio •Cobre •Magnesio •Níquel •Plomo •Titanio •Zinc

Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como elementos complementarios de los metales ferrosos, también son muy útiles como materiales puros o aleados los que por sus propiedades físicas y de ingeniería cubren determinadas exigencias o condiciones de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estaño) y el latón (cobre zinc).

b) No metálicos •Orgánicos •Inorgánicos

Aceros Los aceros son aleaciones de hierro carbono, aptas para ser deformadas en frío y en caliente. Generalmente el porcentaje de carbono no excede e 1,76%. El acero se obtiene sometiendo e arrabio a un proceso de descarburación y eliminación de impurezas llamado afino (oxidación del elemento carbono)

Atendiendo al porcentaje de carbono, los aceros se clasifican en: •Aceros hipoentectoides, si su porcentaje de carbono es inferior al punto S (entectoide), o sea al 0,89%. •Aceros hiperentectoides, si su porcentaje de carbono es superior al punto S. Desde el punto de vista de su composición, los aceros se pueden clasificar en dos grandes grupos: Aceros al carbono: formados principalmente por hierro y carbono

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Aceros aleados: Contienen, además del carbono otros elementos en cantidades suficientes como para alterar sus propiedades (dureza, puntos críticos, tamaño del grano, templabilidad, resistencia a la corrosión) Con respecto a su composición, puede ser de baja o alta aleación y los elementos que puede contener el acero pueden ser tanto deseables como indeseables, en forma de impurezas.

Elementos que influyen en la resistencia a la corrosión. El cromo favorece la resistencia a la corrosión; integra la estructura del cristal metálico, atrae el oxígeno y hace que el acero no se oxide. El molibdeno y el volframio también favorecen la resistencia a la oxidación.

5.3. Normas para selección de materiales (DGN, AISI, SAE, ASTM, ASM). En los Estados Unidos de América se establecieron las bases para el desarrollo industrial por medio de asociaciones o sociedades, las cuales son agrupaciones científicas y técnicas de profesionales. Científicos expertos que a través de comités o grupos de trabajo desarrollan las normas, teniendo por objetivo suministrar los conocimientos, experiencias y habilidades de sus relativas a los materiales, productos, componentes, sistemas, servicios y múltiples actividades, de tal manera que resulten efectivamente útiles a la industria, gobierno, instituciones educativas, profesionales y público en general, a través de acciones cooperativas y especializadas. A continuación mencionaremos algunas: A.I.S.I.- (American Iron and Steel Institute) Instituto Americano del Hierro y el Acero. A.S.M.E. - (American Society of Mechanical Engineers) Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos. A.S.T.M.- (American Society of testing Materials) Sociedad Americana para prueba de Materiales. A.W.S.- (American Welding Society) Sociedad Americana de soldadura. S.A.E.(Society American of Engineers) Sociedad Americana de Ingenieros. N.E.M.A.- (Nacional Electrical Manufacturers) Asociación Nacional de Fabricantes de Aparatos Eléctricos. A.N.S.I.- (American Nacional Standars Institute) Instituto Nacional Americano de Estándares. *DEPENDENCIAS NACIONALES E INTERNACIONALES

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Debido a la necesidad de producir materiales, equipos de la mejor calidad que sean competitivos mundialmente. Cada país cuenta con un departamento Gubernamental de Normalización como ejemplos tenemos: D.G.N.- Dirección General de Normas A.N.S.I.- Instituto Nacional Americano de Estándares D.I.N.- Normas Industriales de Alemania A.B.N.T.-Asociación Brasileña de Normas Técnicas N.C.- Dirección de Normas y Metrología B.S.- Instituto Británico de Estándares E.N.- Comité Europeo de Normalización MEXICO EE.UU. ALEMANIA BRASIL CUBA INGLATERRA EUROPA A nivel mundial tenemos varias Organizaciones y/o Comisiones, como: I.S.O.- Organización Internacional de Estandarización IEC.- Comisión Electrotécnica Internacional CEE.- Comunidad Económica Europea COPANT.-Comisión Panamericana de Normas Técnicas CODEX.- Comisión de Codex Alimenticios México por medio de la D.G.N., es miembro de la ISO., de la COPANT y de la CODEX *N. O. M. (Norma Oficial Mexicana). La DGN de la secretaría de Industria y Comercio de México, emite las normas y recomendaciones para los fabricantes y s; además cualquier fabricante de algún producto puede conseguir un número NOM, con el cual se indica que el material o producto cubre una serie de normas. El ostentar el número NOM incrementa la confiabilidad del al adquirir dicho producto. En Ingeniería especialmente en Mecánica se pueden utilizar las normas NMX (Norma Mexicana). Todas las normas contienen las siglas iniciales seguida de un guion con una letra mayúscula, seguida de un guion y un número progresivo continuo, con un guion y el año en que se emite, y/o actualiza. 1. NORMA INDUSTRIAL. 2. NORMA DE PROCESO. 3. NORMA DE MATERIAL. 4. NORMA DE CALIDAD. 5. NORMA DE SEGURIDAD. 6. NORMA DE DIBUJO, ETC. *A.S.T.M. (Sociedad Americana para el Ensaye de Materiales). De gran interés e importancia para quienes efectúan ensayos o inspección de materiales; la ASTM desempeña doble función.

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a) Normalización de las especificaciones y los métodos de prueba o ensaye de los materiales, los cuales se realizan por comités permanentes. b) Mejoramiento de los materiales de Ingeniería, la cual se logra a través de investigaciones de comités y individuales, los resultados obtenidos se hacen públicos en la revista de la asociación. 1.2.4.- I. S. O. (Organización Internacional de Estándares). La DGN pertenece a esta organización y toda la documentación que emite ISO puede ser adaptada por el país. En México la DGN adapto las normas ISO 9000 y les puso el distintivo NMX -CC - número progresivo - año de emisión y las siglas IMNC.

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