El Amor De Mecanica

PROYECTO DE DISEÑO DE ELEMENTOS MECÁNICOS

1. TEMA

Diseño de una Junta Empernada (Tapa Manhole) para el funcionamiento correcto de una caldera, en la cual la presión del agua es variable, mediante el uso adecuado de un empaque para evitar filtraciones.

2. OBJETIVOS

2.1. General

Aplicar los conocimientos adquiridos en clase, referente al Diseño de Elementos Mecánicos y a su vez, identificar parámetro y criterios de diseño, que posteriormente permitirán diseñar planos adecuado y acorde a los requerimientos establecidos por el solicitante.

2.2. Específicos

 Diseñar un conjunto de elementos que puedan trabajar de forma unificada.

 Interpretar las definiciones y fórmulas aplicables a las técnicas del análisis mecánico para la seleccionar un elemento, en este caso el Nº pernos.

 Un manejo adecuado de formulas y especificaciones técnicas para los materiales que serán parte de este conjunto.

 Interpretar adecuadamente los resultados que posteriormente se realizaran.

3. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

La aplicación del diseño mecánico, hace necesaria el desarrollo de nuevas técnicas que permitan conocer el funcionamiento real de la industria, teniendo una idea concreta de confiabilidad durante todo el proceso. Con todos los conocimientos adquiridos, delimitaremos un marco de aplicación y ejecución, donde se pueda observar la realidad del problema.

Partiendo del funcionamiento absoluto y elemental, analizaremos las diferentes preferencias y restricciones, para poderlas integrar en un modelo matemático que nos identifique la necesidad del diseño, y mediante la memoria de cálculo podámoslo interpretar en un futuro no inmediato.

Consideraremos un análisis de mercado tanto en catálogos como en otros diseños predeterminados, para que nos ayuden a establecer el perno más adecuado que posea el máximo rendimiento, identificando los parámetros necesarios, de tal forma el costo sea el apropiado.

Como futuros ingenieros este proyecto nos ayuda a establecer nuestro criterio y capacidad para la toma de decisión ante una dificultad, capacitándonos en el desenvolvimiento del campo industrial.

4. MARCO TEÓRICO

Los conceptos teóricos serán una recopilación de varias fuentes de conocimiento, que se a medida que se expanda el cálculo y el diseño, se especificará la fuente de donde fue extraído dicho conocimiento.

Además de proporcionar de forma detallada la nomenclatura que se va a utilizar en la Memoria de Calculo.

5. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

En un proceso industrial, se requiere que la presión del agua este dentro del rango de 80 Psi a 150 Psi. La temperatura de trabajo del conjunto es de 150ºF. Para esto se tiene una caldera, la misma que para realizar las inspecciones de mantenimiento cuenta con una abertura rectangular de 14 x 18 pulgadas, la tapa de Manhole tiene 17 x 21 pulgadas, para evitar fugas del liquido entre la tapa se recomienda utilizar un empaque que debe seleccionar.

Tanto el cuerpo de la caldera como la tapa del Manhole son de acero SA 240 tipo 309 H. Acorde con el trabajo de la caldera se sugiere que se utilice un factor de seguridad máximo de 2 para fatiga.

La forma y las dimensiones de los elementos involucrados en este trabajo se muestran en la figura:

Considere que no se puede realizar agujeros pasantes para sujetar la tapa al cuerpo de la caldera.

Se requiere del estudiante que especifique y presente:

a. Dos soluciones de pernos necesarios: tipo, numero, medidas, grado, pretensión inicial y el torque de apriete (trabaje en unidades americanas). Seleccione la más apropiada para la aplicación indicando las razones de orden técnico.

b. Las medidas del empaque que sugiere utilizar en este trabajo.

c. El plano de conjunto, (de la solución más adecuada) indicando todos los elementos que son necesarios para que el conjunto funcione en forma eficiente.

d. El plano constructivo de los trabajos que se requieran realizar tanto en el cuerpo de la caldera como en la tapa del Manhole (de la solución escogida).

e. La memoria del cálculo de lo requerido en el numeral 3.

Nota: Los planos deben ser realizados con las normas de dibujo técnico y en un programa CAD, trabaje unidades del sistema americano.

6. PLANTAMIENTO Y RESOLUCION DEL PROBLEMA

Como en la mayor parte de los problemas de diseño, hay demasiadas variables desconocidas parar resolver en una sola pasada las ecuaciones necesarias. Para varios parámetros deberán ser seleccionarse valores de prueba y utilizarse interacciones para encontrar una buena solución, hasta conseguir el valor del Factor de Seguridad a la Fatiga que es requerido para el funcionamiento del sistema, y que se ha indicado en el problema.

Mediante este método se encontraran dos soluciones que cumplan con los factores de seguridad requeridos y que se detallaran a continuación.

6.1.- TABLA DE VARIABLES

SÍMBOLO VARIABLE UNIDADES

AMERICANAS

P Presión … Psi

F Fuerza … Lbf

Sy Resistencia a la fluencia… psi

Su Resistencia ultima a la tracción … Psi

Sb Resistencia de prueba (tornillo) … Psi

Se Resistencia a la fatiga para vida infinita…. Psi

k Constante de rigidez … lbf/in

C Constante de rigidez(Sujeción de placas) lbf/in

Esfuerzo … Psi

Tap Torque de apriete lbf/in

A Área in2

l …largo de… In

a …ancho de… in

d …distancia de… In

e …espesor de… In

Dnom Diámetro nominal de… In

K1 Constantes A dimensionales… Adimensional

FS Factor de Seguridad… Adimensional

A Caldera Adimensional

B Placa de Manhole Adimensional

Emp Empaque… Adimensional

t Tornillo… Adimensional

T Total… Adimensional

min Mínimo… Adimensional

max Máximo… Adimensional

i Inicial… Adimensional

e Espesor… Adimensional

alt Alterno… Adimensional

med Medio… Adimensional

c Corregido… Adimensional

eq Equivalente… Adimensional

N Numero de tornillos… Adimensional

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