Diseño prensa

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TEMA A SOLUCIONAR

Diseñar desde el punto de la resistencia (basado en cálculos), seleccionando material y dimensionando, una prensa y sus componentes, con las siguientes características:
Fuerza requerida: 20 Ton
Desplazamiento: 65 cm, vertical.
Área de prensado: 120 cm x 120 cm.

Dentro de nuestra industria existen muchos tipos de prensas hidráulicas de cilindro superior y de cilindroinferior a continuación hay unas fotos de muestras de prensas y fotos reales de una prensa de cilindro inferior tomada en la EMPRESA INDUPUERTAS S.A

PRENSA DE CILINDRO SUPERIOR

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PRENSA DE CILINDRO INFERIOR

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DESCRIPCION DE LA PRENSA

La imagen siguiente muestra un bosquejo realizado sobre la prensa que se va a diseñar. Esta prensa se componede:
- Pistón que genera la fuerza requerida de 20 Ton con una carrera de 65 cm vertical.
- Dos bujes guías que tienen la función de garantizar que el recorrido del pistón sea recto.
- Placa base que es la placa que recibe la presión realizada por el pistón.
- Vigas de soporte de la placa base.
- Columnas principales.
- Vigas superiores.
- Pasadores.

Prensa

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Loselementos que requieren de un cálculo para estimar sus dimensiones son:
1. El pistón.
2. La placa base.
3. Las vigas que soportan la placa base.
4. Los pasadores.

CALCULOS

El material seleccionado para los elementos que componen la prensa es el acero estructural A36, debido a que los aceros estructurales se caracterizan por tener buena tenacidad. La tenacidad se define como la capacidad deabsorber la energía durante un impacto, característica que debe poseer el material dado el tipo de actividad que va a desarrollar la prensa.

Las propiedades del acero estructural A36 son:

E = modulo de elasticidad = 200 GPa
σ y = Esfuerzo de fluencia por tensión = 250 MPa
t y = Esfuerzo de fluencia por corte = 125 MPa

1. Cálculo del pistón de la prensa.

El pistón se calcula como unacolumna cuya longitud es de 0.65 m (carrera), para lo cual se va a utilizar la ecuación de Euler para el análisis de la columna.

Ecuación 1 Carga crítica de pandeo

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Donde

Pcr = Fuerza crítica que mínima que puede soportar el pistón antes de pandearse (N)
Fp = Fuerza de prensado (N)
E = Módulo de elasticidad del material (GPa)
I = Momento de inercia (m4)
K = Factor tipo de columna(adimensional)
L = Longitud de la columna (m)
N = Factor de seguridad (adimensional)

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De la ecuación 1, se despeja el momento de inercia I, para luego determinar el diámetro necesario para la fuerza de 20 Ton.

Ecuación 2 Despejando el momento de inercia

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Remplazando los valores correspondientes en la ecuación 2.

Pcr = 196 kN
K = 1 (Este valor corresponde al tipo deapoyo que tiene la columna que en este caso es articulada)
L = 0.65 m
N = 2
E = 200 GPa

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El momento de inercia de un elemento circular es:

Ecuación 3 Momento de inercia de un circulo

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Se reemplaza el resultado en la ecuación 3 y se despeja el diámetro.

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Se aproxima a un valor comercial, por lo que el diámetro del vástago del pistón para un acero estructural A36es de 1” que equivale a 25.4 mm.

2. Calculo de la placa base

La placa base va a soportar una presión que se ejerce sobre ella, y esta presión se calcula como.

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La placa base se va a calcular como una viga apoyada en sus extremos para lo cual hay que transformar esa presión en una carga distribuida que actúe en la parte longitudinal de la viga. Se tiene entonces:

Viga de laplaca base

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Donde:
Wd = Fuerza distribuida en la placa (N/m)
Ay = Ax = By = Bx = Reacciones de los apoyos de la viga (N)
L = Longitudo de la viga = 1.2 m
Fc = Fuerza concentrada (N)

Wd = PPlaca x 1.2 m = 136111.11 Pa x 1.2 m
Wd = 163333.332 N/m
Fc = Wd x 1.2 m = 195999.99 N

Se realiza una sumatoria de momentos respecto al apoyo A, y se determinan de ahí las ecuaciones del...
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