INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO
“DISPOSITIVO PARA BARRENADO DE CUERPOS
DE BRIDAS PARA SOLDAR O ROSCAR”
T E S I S
Que para obtener el titulo de: INGENIERO MECÁNICO
PRESENTA:
RAMÍREZ LÓPEZ DAMIÁN
ASESORES:
ING. JAVIER FERRER VERA ING. FÉLIX GARCÍA GUERRA
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer primero a Dios por darme la vida, a mis padres y hermanos para darme el apoyo y la fuerza que necesito para poder lograr mis objetivos y de un modo muy especial a mis maestros que contribuyeron a construir a la persona que soy ahora y a mi queridísima institución la cual me brindo la oportunidad, junto con mis maestros, de estudiar una carrera y de prepararme para el mundo exterior.
A todos lo llevo en mi corazón y sobre todo muchísimas gracias por la confianza y el apoyo, LOS QUIERO.
“DISPOSITIVO PARA BARRENADO DE CUERPOS DE BRIDAS PARA SOLDAR O ROSCAR” ÍNDICE PAG. Introducción……… 1 CAPÍTULO I Antecedentes Tecnológicos Para La Fabricación Del Dispositivo……… 3
- Mecanizado y Tipos……… 3
- Operaciones de Mecanizado………... 5
- Sistemas de Fijación de Piezas en los Tornos………6
- Control de Viruta y Fluido de Refrigeración de las Htas……...10
CAPÍTULO II Bridas: Accesorios de Tuberías……….. 17
- Tipos de Accesorios de Tuberías………. 17
- Antecedentes de las Bridas en la Realización del Proyecto… 18 - Introducción a las Bridas………. 19
- Material de las Bridas………. .20
- Tipos de Brida……….. 21
- Otros Accesorios de Tuberías………... 29
CAPÍTULO III Diagrama PERT del Proyecto……….. 40
CAPÍTULO IV Desarrollo del Dispositivo……….. 44
CAPÍTULO V Especificaciones Técnicas……… 50
INTRODUCCIÓN
En el diseño de dispositivos y herramientas son distintas las formas por las que se puede llegar a una solución. No existen métodos, formas establecidas ni criterios normalizados para que el diseño siga una ruta establecida, en el ingenio creativo, el sentido común, pueden dar una solución bastante aceptable, es decir el buen funcionamiento, alto rendimiento y duración de un dispositivo, no siempre resulta del cálculo a excepción de aquellos que forman parte de los mecanismos cinemáticos o mueven otros órganos (engranes, poleas y flechas) o también si entran en juego fuerza directa, lo que resulte difícil establecerlas al ojo.
Respecto a los elementos que conforman nuestro dispositivo igualmente no son piezas que resultan de un cálculo y que deben de sujetarse estrictamente al resultado, ya que ellos traerían consigo el costo excesivo del dispositivo porque caeríamos a la forma especial de los elementos, por lo cuál nos basamos en utilizar también piezas normalizadas.
La selección de nuestros elementos normalizados tendrá que estar en función de su correcta utilización ya sea este un elemento de sujeción, localización, o guía de herramienta, de su capacidad para resistir las diferentes cargas, la cual viene determinada directamente en lo catálogos.
Naturalmente que el conocimiento de los conceptos teóricos generales de resistencia de materiales, mecánica, mecanismos, dinámica y en general diseño, además de una amplia experiencia práctica sobre maquinados de máquinas herramientas, materiales, etc… Además recomendaciones generales sobre experiencias, prácticas de dispositivos análogos encaminados todos para la realización de crear un conjunto de acoplamiento mecánico para la elaboración de una determinada parte de la pieza en el mecanizado.
Haciendo una semblanza histórica sobre la actividad industrial, nos encontramos que durante los años 1800 aparecían los primeros vestigios de grandes invenciones mecánicas. Con la gran revolución industrial se desarrollaron grandes avances en el proceso de producción en serie, que para esa época eran maravillosos.
Y con la llegada de la manufactura en serie surgen los problemas en la producción, la gran demanda, la intercambiabilidad de las piezas, la precisión y la calidad de los productos. Todo esto trajo como consecuencia que se fabricaran maquinas y herramientas mas perfeccionadas que las maquinas antes utilizadas.
En estas fechas los dispositivos y las herramientas se realizaban según la necesidad requerida, sin bases como el dibujo, después esto se fue mejorando desarrollándose así las oficinas técnicas apropiadas y las hojas de proceso, pero ya con una secuencia apropiada y con dibujos de las piezas.
Actualmente los dispositivos y las herramientas son indispensables, considerándose como auxiliares en las maquinas, ya que la precisión en la producción es muy requerida hoy en día, teniendo los criterios de gran calidad y bajos precios para satisfacer las necesidades de la producción.
Los dispositivos son diseñados considerando los siguientes puntos:
a) Reducir los tiempos de fabricación lo que nos lleva a reducir los costos de producción.
b) Montajes sin complicaciones e intercambiabilidad de las piezas.
c) Una mayor precisión en la fabricación incrementándose la calidad de los productos.
El reto de los ingenieros es crear y desarrollar el sentido común, para dar una solución bastante aceptable a un problema, tomando en cuenta la duración y el alto rendimiento que debe tener el dispositivo, aunque esto no siempre es posible. En pocas palabras desarrollar la inventiva para dar solución a los problemas que se presenten en la industria.
CAPÍTULO I
ANTECEDENTES TECNOLÓGICOS PARA LA FABRICACIÓN DEL DISPOSITIVO.
MECANIZADO
El mecanizado por arranque de material es el conjunto de operaciones que partiendo de una pieza en bruto (tocho), y eliminando o arrancando parte del material que la compone se obtiene una pieza de la forma y dimensiones deseadas. Por lo tanto, en este tipo de proceso, por definición, no se produce aporte de material, ni se le da forma por doblado, ni estiramiento.
MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA
El material es arrancado o cortado con una herramienta dando lugar a viruta. La herramienta generalmente consta de uno o varios filos o cuchillas que separan la viruta de la pieza en cada pasada. En el mecanizado por arranque de viruta se dan procesos de desbaste (eliminación de mucho material con poca precisión; proceso intermedio) o de acabado (eliminación de poco material con mucha precisión, para dejar terminada la pieza).
Sin embargo, tiene una limitación física: no se puede eliminar todo el poco material que se quiera porque llega un momento en que el esfuerzo para apretar la herramienta contra la pieza es tan liviano que la herramienta no penetra y no se llega a extraer viruta.
Muela abrasiva
MECANIZADO POR ABRASIÓN
La abrasión es la eliminación de material desgastando la pieza en pequeñas cantidades, desprendiendo partículas de material, en muchos casos, incandescente. Este proceso se realiza por la acción de una herramienta característica, la muela abrasiva. En este caso, la herramienta (muela) está formada por partículas de material abrasivo muy duro unidas por un aglutinante.
Esta forma de eliminar material rayando la superficie de la pieza, necesita menos fuerza para eliminar material apretando la herramienta contra la pieza, por lo que permite que se puedan dar pasadas de mucho menor espesor. La precisión que se puede obtener por abrasión y el acabado superficial son muy grande pero los tiempos productivos también lo son muy prolongados.
MOVIMIENTOS DE CORTE
En el proceso de mecanizado por arranque de material intervienen dos movimientos:
El movimiento de corte, por el cual la herramienta corta el material y el movimiento de avance, por el cual la herramienta encuentra nuevo material para cortar.
Cada uno de estos dos movimientos lo puede tener la pieza o la herramienta según el tipo de mecanizado.
Diferenciaremos los trabajos manuales, de los hechos con máquina herramienta
MECANIZADO MANUAL
Los manuales: son los realizados por una persona con herramientas exclusivamente manuales, serrado, limado, cincelado, burilado, en estos casos un operario un ajustador, burilista o artesano mecaniza una pieza con las herramientas indicadas, y el esfuerzo manual.
MECANIZADO CON MÁQUINA HERRAMIENTA
El mecanizado se hace mediante una máquina herramienta, manual, semiautomática o automática, pero el esfuerzo de mecanizado es realizado por un equipo mecánico, con los motores y mecanismos necesarios.
Las máquinas herramientas de mecanizado clásicas son:
• Taladro: La pieza es fijada sobre la mesa del taladro, la herramienta, llamada broca, realiza el movimiento de corte giratorio y de avance lineal, realizando el mecanizado de un agujero o taladro del mismo diámetro que la broca y de la profundidad deseada.
• Cepillo de carnero: esta máquina herramienta realiza el mecanizado con una cuchilla montada sobre el porta herramientas del carnero, que realiza un movimiento lineal de corte, sobre una pieza fijada la mesa del cepillo, que tiene el movimiento de avance perpendicular al movimiento
• Cepilladora: de mayor tamaño que el cepillo de carnero, tiene una enorme mesa deslizante sobre la que se fija la pieza y que realiza el movimiento de corte deslizándose longitudinalmente, la cuchilla montada sobre un puente sobre la mesa se desplaza transversalmente en el movimiento de avance.
OPERACIONES DE MECANIZADO
TORNEAR
Se llama tornear a la operación de mecanizado que se realiza en cualquiera de los tipos de torno que existen. El torneado consiste en los mecanizados que se realizan en los ejes de revolución u otros componentes que tengan mecanizados cilíndricos concéntricos o perpendiculares a un eje de rotación tanto exteriores como interiores. Para efectuar el torneado los tornos disponen de accesorios adecuados para fijar las piezas en la máquina y de las herramientas adecuadas que permiten realizar todas las operaciones de torneado que cada pieza requiera.
Hoy día los mecanizados complejos y de precisión se realizan en torno CNC, y las series grandes de piezas se realizan en torno automático, sin embargo aún quedan muchos mecanizados que se realizan en torno paralelo donde se requiere una buena pericia y profesionalidad a los operarios que los manejan
OPERACIONES DE TORNEADO
En un torno paralelo universal se pueden realizar las siguientes operaciones de torneado:
Torneado exterior:
Cilindrado, Refrentado, Ranurado, Roscado, Moleteado, Cilindrado cónico, Cilindrado esférico, Segado, Chaflanado. Espirales
Torneado interior:
Taladrado, Mandrinado , Ranurado, Mandrinado cónico, Mandrinado esférico, Roscado, refrentado interior, chaflanado interior.
SISTEMAS DE FIJACIÓN DE LAS PIEZAS EN LOS TORNOS
Hay dos sistemas para fijar las piezas a los tornos dependiendo que sean ejes u otro tipo de piezas.
A los ejes se les hace en sus extremos en el centro de los mismos unos pequeños taladros para poderlos sujetar entre los puntos cónicos que hay situados en el eje motriz y en el contrapunto, para asegurar la rotación de los ejes se utiliza un perro de arrastre.
A las piezas que se tornean al aire, se sujetan con un plato de garras, que puede tener accionamiento manual o hidráulico.
Plato de garras
Plato y perro de arrastre
HERRAMIENTAS DE TORNEADO
Las herramientas de torneado se diferencian en dos factores: De un lado según el material del que están constituidas y de otro el tipo de operación que realizan. Según el material constituyente las herramientas pueden ser de acero rápido, metal duro soldado, o plaquitas de metal duro (widia) cambiables. La tipología de las herramientas de metal duro están normalizadas de acuerdo con el material que se mecanice, puesto que cada material ofrece una resistencia diferente, el código ISO para herramientas de metal duro es el siguiente:
Herramienta de torneado exterior
Herramienta de torneado interior
Aceros: Letra P, color azul.
Acero inoxidable: Letra M, color amarillo
Fundiciones: Letra K color amarillo
Metales no férricos: Letra N color verde
AFILADO DE HERRAMIENTAS
Cuando la herramienta es de acero rápido, o tiene la plaquita de metal duro soldada en el portaherramientas, cada vez que el filo se desgasta, hay que desmontarla, y afilarla correctamente con los ángulos de corte específico en una afiladora. Esto ralentiza bastante el trabajo. Así que cuando se mecanizan piezas en serie, lo normal es utilizar portaherramientas con plaquitas cambiables, porque tienen varias caras de corte y además se hace de una forma muy rápida.
ELECCIÓN DE LAS HERRAMIENTAS PARA TORNEADO
En los tornos modernos y debido al alto coste que tiene el tiempo de mecanizado, es de vital importancia hacer una selección adecuada de las herramientas que permita realizar los mecanizados en el menor tiempo posible y en condiciones de precisión y calidad requeridos.
Factores de selección para operaciones de torneado
• Diseño y limitaciones de la pieza. Tamaño, tolerancias del torneado,
tendencia a vibraciones, sistemas de sujeción, acabado superficial. Etc.
• Operaciones de torneado a realizar: Cilindrados exteriores o interiores,
refrentados, ranurados, desbaste, acabados, optimización par realizar varias operaciones de forma simultánea, etc.
• Estabilidad y condiciones de mecanizado: Cortes intermitente,
voladizo de la pieza, forma y estado de la pieza, estado, potencia y accionamiento de la máquina, etc.
• Disponibilidad y selección del tipo de torno: Posibilidad de
automatizar el mecanizado, poder realizar varias operaciones de forma simultánea, serie de piezas a mecanizar, calidad y cantidad del refrigerante, etc.
• Material de la pieza: Dureza, estado, resistencia, maquinabilidad, barra,
fundición, forja, mecanizado en seco o con refrigerante, etc.
• Disponibilidad de herramientas: Calidad de las herramientas, sistema
de sujeción de la herramienta, acceso al distribuidor de herramientas, servicio técnico de herramientas, asesoramiento técnico.
• Aspectos económicos del mecanizado: Optimización del mecanizado,
duración de la herramienta, precio de la herramienta, precio del tiempo de mecanizado
Se debe seleccionar el mayor diámetro de la barra posible y asegurarse una buena evacuación de la viruta. Seleccionar el menor voladizo posible de la barra. Seleccionar herramientas de la mayor tenacidad posible
FORMACIÓN DE VIRUTA
El torneado ha evolucionado tanto que ya no se trata tan solo de arrancar material a gran velocidad, sino que los parámetros que componen el proceso tienen que estar estrechamente controlados para asegurar los resultados finales de economía calidad y precisión.
La forma de tratar la viruta se convierte en un proceso complejo, donde intervienen todos los componentes tecnológicos del mecanizado, para que pueda tener el tamaño y la forma que no perturbe el proceso de trabajo. Si no fuera así se acumularían rápidamente masas de virutas largas y fibrosas en el área de mecanizado que formarían madejas enmarañadas e incontrolables.
La forma que toma la viruta se debe principalmente al material que se está cortando y puede ser de material dúctil y también quebradizo y frágil.
El avance con el que se trabaje y la profundidad de pasada, son bastante responsables de la forma de viruta, y cuando no se puede controlar con estas variables hay que recurrir a elegir la herramienta que lleve incorporado un rompe virutas eficaz.
MECANIZADO EN SECO Y CON REFRIGERANTE
Hoy en día el torneado en seco es completamente viable y se emplea en numerosas aplicaciones. Hay una tendencia reciente a efectuar los mecanizados en seco siempre que la calidad de la herramienta lo permita. Una zona de temperatura de corte más elevada puede ser en muchos casos, un factor positivo.
Sin embargo el mecanizado en seco no es adecuado para todas las aplicaciones, especialmente para taladrados, roscados y mandrinados para garantizar la evacuación de las virutas.
Es necesario evaluar con cuidado operaciones, materiales, piezas, exigencias de calidad y maquinaria para identificar los beneficios de eliminar el aporte de refrigerante
NORMAS DE SEGURIDAD EN EL TORNEADO
Cuando se está trabajando en un torno, hay que observar una serie de requisitos para asegurarse de no tener ningún accidente que pudiese ocasionar cualquier pieza que fuese despedida del plato o la viruta si no sale bien cortada. Para ello la mayoría de tornos tienen una pantalla de protección.
CONTROL DE VIRUTA Y FLUIDO DE REFRIGERACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS
La evacuación de la viruta en el torneado puede ser problemática cuando se mecanizan piezas de acero si no se utiliza la herramienta adecuada con los ángulos de corte de acuerdo al material que se mecaniza en función de la profundidad de pasada que tenga y del avance. Cuando se trabaja con las herramientas de metal duro las velocidades de corte y avance son muy elevadas, las temperatura en el filo de la herramienta es muy alta y para prevenir un desgaste inmediato o rotura de la herramienta se hace necesario refrigerar la zona de corte con un bombeo abundante de aceite de corte o taladrina.
FUNDAMENTOS TECNOLÓGICOS APLICADOS AL DISPOSITIVO
En el torneado hay seis parámetros clave:
• 1. Velocidad de corte. Se define como la velocidad lineal en la periferia de la zona que se está mecanizando. Su elección viene determinada por el material de la herramienta, el tipo de material de la pieza y las características de la máquina. Una velocidad alta de corte permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. La velocidad de corte se expresa en metros/minuto
• 2. Velocidad de rotación de la pieza, normalmente expresada en revoluciones por minuto. Se calcula a partir de la velocidad de corte y del diámetro mayor de la pasada que se está mecanizando.
• 3. Avance , definido como la velocidad de penetración de la herramienta en el material. Se puede expresar de dos maneras: bien como milímetros de penetración por revolución de la pieza, o bien como milímetros de penetración por minuto de trabajo.
• 4. Profundidad de pasada: Es la distancia radial que abarca una
herramienta en su fase de trabajo. Depende de las características de la pieza y de la potencia del torno.
• 5. Potencia de la máquina: Está expresada en kW, y es la que limita las
condiciones generales del mecanizado, cuando no está limitado por otros factores.
• 6 Tiempo de torneado . Es el tiempo que tarda la herramienta en efectuar una pasada.
Generalmente, la velocidad de corte óptima de cada herramienta y el avance de la misma vienen indicados en el catálogo del fabricante de la herramienta o, en su defecto, en los prontuarios técnicos de mecanizado.
FRESADORA
Una fresadora es una máquina-herramienta utilizada para dar formas complejas a piezas de metal u otros materiales. Son máquinas que pueden ejecutar una gran cantidad de operaciones de mecanizado complejas, como cortes de ranuras, planificación, perforaciones, encaminado, etcétera.
Dependiendo de la complejidad de la fresadora, ésta puede, o no, tener un controlador electrónico el cual sea capaz de recibir instrucciones para su operación automática.
Los movimientos en el trabajo realizado con una fresadora observan el dictado de los planos cartesianos; pues en un caso sencillo, dígase de una fresadora manual, la acción será la de una vertical o una horizontal, más en una máquina más sofisticada, la dirección de movimientos puede ser combinada, aún en mayor cantidad de movimientos axiales, los cuales se subscriben a la regla de la mano derecha.
Aspersión sobre la pieza trabajada por la fresadora.
Su forma básica es la de un cortador rodante que gira en el eje vertical. El cortador se puede mover en tres dimensiones y, en muchos casos, lo puede hacer con diversas orientaciones con relación a la pieza a mecanizar.
Esto contrasta con el taladro, que sólo se puede mover en una dimensión mientras corta.
El movimiento a lo largo de la superficie de la pieza a mecanizar se lleva a cabo, generalmente, mediante una tabla móvil en la que se monta la pieza a mecanizar, preparada así para moverse en dos dimensiones. Se puede operar las máquinas fresadoras tanto manualmente como mediante control numérico por computadora o CNC
INSTRUCCIONES A LA MÁQUINA Y CÓDIGOS DE PROGRAMACIÓN
En la programación para el mecanizado por fresadora se debe tener siempre presente la realidad física y las limitaciones de la máquina; esto significa que el trabajo a ser realizado sobre el material debe ser paulatino y precavido, directamente con relación a las dimensiones y al tipo de material a ser trabajado, cuidando de no chocar los componentes mecánicos, ni pedir o esperar que la máquina, ni sus herramientas de corte, logren hacer más de su capacidad, específicamente, por resultado de la instrucción o comando por no tener los parámetros o valores debidos; por ejemplo, la velocidad con la que debe cortar, o la profundidad de corte en referencia al diámetro y material de la misma herramienta de corte; éstas son variables importantes, como lo son también las revoluciones por minuto (r.p.m.).
La posición se indica en la pantalla de una máquina de tres ejes.
Por ser un proceso de fabricación en el que el material es transformado por el desprendimiento o arranque de partículas del mismo, es muy común el empleo de un agente enfriador, el cual aporte cualidades lubricantes; por ejemplo, el aceite soluble en agua. Por esto, en el código para programación, se encuentra una instrucción específica para accionar y otra para parar el chorro dirigido.
Algunos de los códigos G y M para programación, pueden ser comunes entre muchas de las máquinas, y otros dependerán de cada máquina y sus controladores.
TRANSFERENCIA DEL PROGRAMA
La transferencia del programa que dicta las instrucciones a ser ejecutadas por la fresadora llega al controlador de ésta en una de varias formas. (Obviamente la fresadora tiene que tener el controlador electrónico para que pueda haber un programa "leído").
• El programa puede ser editado línea por línea en la máquina por el operador.
• La información puede ser desmontada utilizando un disco o artefacto de memoria portátil.
• El programa puede ser bajado directamente del ordenador por vía de la conexión ad-hoc.
PARTES
1. Interruptor marcha/paro. 2. Guía de profundidad.
3. Bloqueo de la guía de profundidad. 4. Porta-fresas de 6 u 8 mm.
5. Guía paralela.
6. Sistema de aspiración. 7. Sistema de bomba de agua
JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO
Debido a la problemática que se presenta en la producción en serie, al no haber dispositivos de sujeción para algunas piezas que pueden ser de formas muy complejas o por sus tamaños muy difíciles de sujetar para realizar algún tipo de maquinado.
Es precisamente donde tiene que actuar el ingeniero y su inventiva para facilitar la operación en los maquinados.
El dispositivo que vamos a fabricar es de primordial utilidad para la sujeción de cuerpos de bridas, las cuales son fundamentales en la conexión de tubería, ya que hay gran demanda de estas piezas y para poder tener acceso a ellas es necesario de contar con un tiempo bastante amplio para poder fabricarlas.
Por medio de nuestro dispositivo maquinar los barrenos del cuerpo de la brida deberá ser lo mas sencillo posible y a su vez considerando el método 3-2-1 para sujetar la pieza eliminaremos los grados de libertad para poder así realizar el maquinado deseado.
Teniendo como consecuencia la reducción de tiempos muertos los que benefician a la producción en serie para un incremento en la producción, así como generar una nueva alternativa para la fabricación de las bridas y aumentar el ingreso de las fábricas dedicadas a realizar dichas piezas.
Un proceso de fabricación, también denominado manufactura o producción, es el conjunto de operaciones necesarias para modificar las características de las materias primas. Dichas características pueden ser de naturaleza muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el tamaño o la estética.
En la inmensa mayoría de los casos, para la obtención de un determinado producto serán necesarias multitud de operaciones individuales de modo que, dependiendo de la escala de observación, puede denominarse proceso tanto al conjunto de operaciones desde la extracción de los recursos naturales necesarios hasta la venta del producto como a las realizadas en un puesto de trabajo con una determinada máquina-herramienta.
Dando como resultado el proyecto un dispositivo funcional para la industria actual y la garantía de una rentabilidad inminente del mismo.
OBJETIVO
Se resolverán problemas de producción mediante nuestro diseño de dispositivo de barrenado de cuerpos de bridas para soldar o roscar utilizando catálogos comerciales de elementos normalizados, información técnica en los manuales de ingeniería y otra información que sea de suma importancia para la realización de nuestro proyecto para obtener la mayor eficiencia en el menor tiempo posible.
La aplicación debe posibilitar a la empresa comitente cumplir con las exigencias de la norma ISO 9000 en cuanto al aseguramiento de la calidad, en el proceso de fabricación de bridas según normas ANSI.
Se debe reemplazar un sistema manual, basado en planos genéricos que se completaban manualmente. La cantidad de planos diferentes se estimo originalmente en 1800. Los planos debían confeccionarse con medios digitales y asegurar su ajuste a las especificaciones de normas.
Las demandas de producción y la necesidad de alcanzar las condiciones necesarias para certificar ISO 9000, hacían que el plazo asignado para disponer los planos fuese reducido.
La solución adoptada consistió en un sistema que mantiene los datos de las diferentes piezas, un conjunto de prototipos con datos básicos de los planos a generar y una aplicación que a solicitud del usuario, selecciona los elementos necesarios para obtener el plano terminado.
La solución alcanzada es de una simplicidad tal que permite a una persona, sin conocimientos específicos de representación gráfica o ingeniería, seleccionar y fabricar un cuerpo de brida con solo conocer el número de barrenos identificatorio de la pieza a fabricar.
Se monta y verifica la pieza estipulada previamente por la norma requerida y se realiza el barrenado correspondiente deseado, para la aplicación deseada del cliente, evitándose el trazado y ahorrando el mayor tiempo posible para una efectividad en el proceso.
CAPÍTULO II
BRIDAS: ACCESORIOS DE TUBERÍAS
Es el conjunto de piezas moldeadas o mecanizadas que unidas a los tubos mediante un procedimiento determinado forman las líneas estructurales de tuberías de una planta de proceso.
TIPOS.
Entre los tipos de accesorios mas comunes se puede mencionar:
• Bridas • Codos • Tes • Reducciones • Cuellos o acoples • Válvulas • Empacaduras • Tornillos y niples CARACTERÍSTICAS
Entre las características se encuentran: tipo, tamaño, aleación, resistencia, espesor y dimensión.
• Diámetros. Es la medida de un accesorio o diámetro nominal mediante el cual se identifica al mismo y depende de las especificaciones técnicas exigidas.
• Resistencia. Es la capacidad de tensión en libras o en kilogramos que puede aportar un determinado accesorio en plena operatividad.
• Aleación. Es el material o conjunto de materiales del cual esta hecho un accesorio de tubería.
• Espesor. Es el grosor que posee la pared del accesorio de acuerdo a las normas y especificaciones establecidas.
ANTECEDENTES DE LAS BRIDAS EN LA REALIZACIÓN DEL PROYECTO
El desarrollo se inició como respuesta a una necesidad concreta de una empresa industrial. La empresa produce bridas de acero forjado para acoplamiento de tuberías.
Estas piezas constituyen el principal producto de la empresa y se fabrican en toda la línea según catálogos y normas internacionales, principalmente ANSI B16.5 y B16.47 que son casi universales. Las dimensiones de las mismas varían entre 1/2 y 60 pulgadas y para presiones de trabajo entre 150 y 2500 p.s.i.
En la figura siguiente se aprecian algunos modelos de las piezas que son objeto del presente trabajo:
INTRODUCCIÓN A LAS BRIDAS
Las bridas se utilizan para realizar una unión desmontable en tuberías grandes, es decir, de 2" D.N. y mayores. Son accesorios para conectar tuberías con equipos (Bombas, intercambiadores de calor, calderas, tanques, etc.) o accesorios (codos, válvulas, etc.).
La unión se hace por medio de dos bridas, en la cual una de ellas pertenece a la tubería y la otra al equipo o accesorio a ser conectado.
Las ventajas de las uniones bridadas radican en el hecho de que por estar unidas por espárragos, permite el rápido montaje y desmontaje a objeto de realizar reparaciones o mantenimiento.
A cada uno de los tubos que se quiere unir, se le acopla mediante soldadura, por ejemplo, una brida, de forma que ambas bridas que tienen que ser idénticas tengan sus taladros enfrentados.
Entre ambas bridas se interpone una junta de material y dimensiones adecuadas y se hace pasar un espárrago por cada pareja de taladros enfrentados.
MATERIAL DE LAS BRIDAS
Las bridas que se utilizan en tubería serán de alguno de estos dos tipos:
• ACERO FORJADO (FORGED STEEL = F.S.): puede ser de acero al
carbono, aleado o inoxidable.
Se utilizan frecuentemente sueltas para unirse a una tubería, también se encuentran formando parte de otros elementos como válvulas, filtros, carcasas de bombas, etc. En este caso todo el conjunto es de acero moldeado.
• FUNDICION
Se encuentran prácticamente siempre formando parte de algún elemento como válvulas, filtros, etc, siendo todo el conjunto de fundición.
TIPOS DE BRIDA
Según la forma de unirse al tubo se tienen distintos tipos de brida que se exponen en las figuras que siguen:
BRIDAS DE CUELLO
Se unen al tubo mediante soldadura a tope. Se las prefiere cuando se requiere uniones radiografiadas, o cuando los esfuerzos sobre la unión son máximos. El largo cuello cónico optimiza la distribución de tensiones.
Este tipo se utiliza para soldar es utilizada con el fin de minimizar el número de soldaduras en pequeñas piezas a la vez que contribuya a contrarrestar la corrosión en la junta.
Welding Neck (con cuello para soldar)
Se utilizan normalmente en tuberías grandes (mayores de 2"), aunque no es muy corriente que se utilicen por encima de 12".
Su forma de unión con la tubería se realiza mediante soldadura a tope. Es una brida cara, tanto en cuanto a coste como al montaje, pero proporciona una unión muy robusta con el tubo, además de soportar grandes momentos.
BRIDAS DESLIZANTES
Estas bridas tienen la característica de tener un agujero central de un diámetro algo superior al diámetro exterior de la tubería. De esta forma se pueden deslizar por la tubería hasta alcanzar la posición adecuada, para posteriormente realizar dos soldaduras a solape, una por fuera de la brida y otra por dentro.
Se suelen utilizar en tamaños muy grandes de tuberías (14" y superiores). Su coste es inferior al de las bridas deslizantes.
Se colocan mediante dos filetes de soldadura, deslizando el tubo en su interior. Por ello su costo de instalación es menor, requiriendo menos precisión en el corte del tubo.
BRIDAS ROSCADAS
Se colocan en el tubo previamente roscado, normalmente en lugares donde no pueden aplicarse soldaduras. No se recomienda su uso en instalación con variaciones de presión intensas.Se utiliza en tuberías pequeñas de menos de 1 1/2".
Threaded (roscadas)
Son bridas que pueden ser instaladas sin necesidad de soldadura y se utilizan en líneas con fluidos con temperaturas moderadas, baja presión y poca corrosión, no es adecuada para servicios que impliquen fatigas térmicas.
BRIDAS PARA JUNTA CON SOLAPA
Deslizan sobre una junta solapada. Normalmente se usan en lugares donde es necesario desarmar frecuentemente para limpieza o reparaciones. El costo de desmontaje disminuye por la facilidad de girar las bridas y alinear los agujeros.
BRIDAS CON ASIENTO PARA SOLDAR
Desarrolladas especialmente para pequeños diámetros y altas presiones. Se inserta el tubo en ellas hasta el asiento y luego se suelda en filete contra el cubo.
Socket Welding (con asiento para soldar)
BRIDAS CIEGAS
Se utilizan a fin de cerrar extremos de tuberías, abulonadas a alguno de los tipos de bridas anteriores.
Blind (ciegas)
Se utilizan para obturar mediante una tapa desmontable el extremo de una tubería. De esta forma podremos posteriormente conectar otra tubería y también tenemos la posibilidad de desmontar la tapa para hacer una limpieza. Una brida ciega consiste en una placa circular plana cuyo diámetro exterior coincide con el diámetro exterior de la brida a la cual se acopla y está dotada
BRIDA LOCA CON TUBO REBORDEADO
Es la brida que viene seccionada y su borde puede girar alrededor de cuello, lo que permite instalar los orificios para tornillos en cualquier posición sin necesidad de nivelarlos.
BRIDA EMBUTIBLE
Tiene la propiedad de ser embutida hasta un tope interno que ella posee, con una tolerancia de separación de 1/8'' y solo va soldada por el lado externo.
BRIDA ORIFICIO
Son convertidas para cumplir su función como bridas de orificio, del grupo de las denominadas estándar, específicamente del tipo cuello soldable y deslizantes.
CARA DE ASIENTO
La cara de asiento es otra variante que presenta una brida.
En la tabla 1 se detallan las medidas de resaltos y acanaladuras para los distintos tipos de asientos.
DIÁMETRO NOMINAL
Finalmente se expone la tabla de dimensiones de bridas en función del diámetro nominal de las mismas.
Tabla 2: Dimensiones de bridas.
Es evidente que las variantes de diámetro, tipo y asiento dan lugar al gran número de ítems diferentes.
Téngase en cuenta que cada pieza requiere un plano de mecanizado y un plano de pieza terminada, de lo que resultó la estimación inicial de 1800 planos.
Las exigencias para aseguramiento de la calidad según la norma ISO 9000 plantean la necesidad de disponer de un sistema que garantice contar con planos actualizados a 6 las especificaciones de la norma vigente; y para ello deben proveerse de un mecanismo que posibilite la emisión de planos en forma automática y unívoca.
El problema planteado por la empresa era totalmente nuevo. Un desafío, ya que no se pudieron encontrar antecedentes de soluciones a problemas similares. Las dificultades, que hoy resultan anecdóticas, se pueden poner en su real dimensión si se considera que antes de presupuestar el trabajo, los autores debieron superar varias sesiones de generación de ideas, análisis de las mismas y testeo de la capacidad de las distintas alternativas encontradas para alcanzar una solución aceptable.
Como resultado del análisis preliminar se decidió trabajar alrededor de una combinación de conceptos que se estimaba iban a proveer una solución de complejidad aceptable y cuyo producto final, el plano de la pieza, estuviese ajustado a los requisitos de normas.
OTROS ACCESORIOS DE TUBERIAS
DISCO CIEGO.
Son accesorios que se utilizan en las juntas de tuberías entre bridas para bloquear fluidos en las líneas o equipos con un fin determinado.
TIPOS Y CARACTERÍSTICAS.
Los discos ciegos existen en diferentes formas y tamaños, los más comunes son:
• Un plato circular con lengua o mango
• Figura en 8
• Bridas terminales o sólidas
Figura en "8"disco ciego espaciador CODOS.
Son accesorios de forma curva que se utilizan para cambiar la dirección del flujo de las líneas tantos grados como lo especifiquen los planos o dibujos de tuberías.
TIPOS
Los codos estándar son aquellos que vienen listos para la pre-fabricación de piezas de tuberías y que son fundidos en una sola pieza con características específicas y son:
• Codos estándar de 45°
• Codos estándar de 90°
• Codos estándar de 180°
CARACTERÍSTICAS
• Diámetro. Es el tamaño o medida del orificio del codo entre sus paredes los cuales existen desde ¼'' hasta 120''. También existen codos de reducción.
• Angulo. Es la existente entre ambos extremos del codo y sus grados dependen del giro o desplazamiento que requiera la línea.
• Radio. Es la dimensión que va desde el vértice hacia uno de sus arcos. Según sus radios los codos pueden ser: radio corto, largo, de retorno y extralargo.
• Espesores una normativa o codificación del fabricante determinada por el grosor de la pared del codo.
• Aleación. Es el tipo de material o mezcla de materiales con el cual se elabora el codo, entre los más importantes se encuentran: acero al carbono, acero a % de cromo, acero inoxidable, galvanizado, etc.
• Junta. Es el procedimiento que se emplea para pegar un codo con un tubo, u otro accesorio y esta puede ser: soldable a tope, roscable, embutible y soldable.
• Dimensión. Es la medida del centro al extremo o cara del codo y la misma puede calcularse mediante formulas existentes.
(Dimensión = 2 veces su diámetro.) o ( Dimensión = diámetro x 2)
TE.
Son accesorios que se fabrican de diferentes tipos de materiales, aleaciones, diámetros y schedulle y se utiliza para efectuar fabricación en líneas de tubería.
TIPOS
• Diámetros iguales o te de recta
CARACTERÍSTICAS
• Diámetro. Las tes existen en diámetros desde ¼'' " hasta 72'' " en el tipo Fabricación.
• Espesor. Este factor depende del espesor del tubo o accesorio a la cual va instalada y ellos existen desde el espesor fabricación hasta el doble extrapesado.
• Aleación. Las más usadas en la fabricación son: acero al carbono, acero inoxidable, galvanizado, etc.
• Juntas. Para instalar las te en líneas de tubería se puede hacer, mediante procedimiento de rosca embutible-soldable o soldable a tope.
• Dimensión. Es la medida del centro a cualquiera de las bocas de la te.
REDUCCION.
Son accesorios de forma cónica, fabricadas de diversos materiales y aleaciones. Se utilizan para disminuir el volumen del fluido a través de las líneas de tuberías.
TIPOS
• Estándar concéntrica. Es un accesorio reductor que se utiliza para disminuir el caudal del fluido aumentando su velocidad, manteniendo su eje.
• Estándar excéntrica. Es un accesorio reductor que se utiliza para disminuir el caudal del fluido en la línea aumentando su velocidad perdiendo su eje.
CARACTERÍSTICAS
• Diámetro. Es la medida del accesorio o diámetro nominal mediante el cual se identifica al mismo, y varia desde ¼'' " x 3/8'' " hasta diámetros mayores.
• Espesor. Representa el grosor de las paredes de la reducción va a depender de los tubos o accesorios a la cual va a ser instalada. Existen desde el espesor estándar hasta el doble extrapesado.
• Aleación. Es la mezcla utilizada en la fabricación de reducciones, siendo las más usuales: al carbono, acero al % de cromo, acero inoxidable, etc.
• Junta. Es el tipo de instalación a través de juntas roscables, embutibles soldables y soldables a tope.
• Dimensión. Es la medida de boca a boca de la reducción Concéntrica y excéntrica).
UTILIZACIÓN DE BRIDAS EN LAS VALVULAS VALVULAS
Son accesorios que se utilizan para regular y controlar el fluido de una tubería. Este proceso puede ser desde cero (válvula totalmente cerrada), hasta de flujo (válvula totalmente abierta), y pasa por todas las posiciones intermedias, entre estos dos extremos.
Las válvulas son elementos que están instalados en una tubería y que pueden realizar alguna de las siguientes funciones tanto de forma automática como por accionamiento manual:
1. Impedir completamente la circulación de un fluido por la tubería o, por el contrario permitir su paso sin ningún obstáculo.
2. Variar la perdida de carga que sufre el fluido al atravesar la válvula. Se regula el caudal.
3. Permitir la circulación del fluido a través de la válvula en un único sentido.
4. Permitir que pase el fluido a través de la válvula, únicamente cuando la diferencia de presión a un lado y a otro de la misma sobrepasa un cierto valor, previamente establecido.
5. Permitir el paso del fluido a través de la válvula, cuando dicho fluido se presenta en forma líquida, pero no si se presenta en forma de gas o vapor, o viceversa.
Las válvulas pueden estar unidas a las tuberías que con ellas se conecta mediante bridas, soldadura a tope, soldadura a solape, rosca u otros procedimientos.
Según sea la forma de unión de una válvula con las tuberías que con ella conectan, así serán los extremos de la válvula.
Estos extremos pueden ser, bridados, biselados para soldadura a topo, con un rebaje para soldadura a solape o de extremos roscados. En estos dos últimos casos los extremos de la válvula son normalmente hembra.
Los materiales que se utilizan más frecuentemente para la fabricación de válvulas son:
• Fundición
• Acero moldeado
• Acero forjado
• Bronce
El bronce y el acero forjado se utilizan preferentemente en válvulas de pequeño tamaño (menores de 3"), y la fundición y el acero moldeado en válvulas de 2" o mayores.
Entre los diferentes elementos que componen una válvula hay una serie de ellos que exigen materiales de especial calidad en su construcción, como pueden ser, los asientos, la compuerta, el disco, el vástago, etc. El conjunto de materiales utilizados para estos elementos se llama guarnición de válvula o TRIM.
Las series de presión y temperatura de las válvulas bridadas son en general las mismas que corresponden a sus bridas.
Para las válvulas de extremos roscados o de enchufe y soldadura, las series de presión y temperatura no se ajustan generalmente a norma, y existen diferencias entre unos fabricantes y otros, aunque algunos se ajustan para sus válvulas a la serie de presión y temperatura definida en la norma API 602.
TIPOS Y CARACTERÍSTICAS.
Las válvulas pueden ser de varios tipos según sea el diseño del cuerpo y el movimiento del obturador. Las válvulas de movimiento lineal en las que el obturador se mueve en la dirección de su propio eje se clasifican como se especifica a continuación.
• Válvula de Globo
Siendo de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado respectivamente. Las válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamaño para que el obturador cierre en contra de la presión diferencial
En la válvula de doble asiento o de obturador equilibrado la fuerza de desequilibrio desarrollada por la presión diferencial a través del obturador es menor que en la válvula de simple asiento. Por este motivo se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. En posición de cierre las fugas son mayores que en una válvula de simple asiento.
• Válvula en Angulo
Permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuirla erosión cuando esta es considerable por las características del fluido o por la excesiva presión diferencial. El diseño de la válvula es idóneo para el control de fluidos que vaporizan, para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen sólidos en suspensión.
• Válvula de tres vías
Este tipo de válvula se emplea generalmente para mezclar fluidos, o bien para derivar un flujo de entrada dos de salida. Las válvulas de tres vías intervienen típicamente en el control de temperatura de intercambiadores de calor.
• Válvula de Jaula
Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal deseadas en la válvula. Se caracteriza por el fácil desmontaje del obturador y por que este puede incorporar orificios que permiten eliminar prácticamente el desequilibrio de fuerzas producido por la presión diferencial favoreciendo la estabilidad del funcionamiento. Por este motivo este tipo de obturador equilibrado se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. Como el obturador esta contenido dentro de la jaula, la válvula es muy resistente a las vibraciones y al desgaste. Por otro lado, el obturador puede disponer de aros de teflón que, con la válvula en posición cerrada, asientan contra la jaula y permiten lograr así un cierre hermético.
• Válvula de Compuerta
Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Por su disposición es adecuada generalmente para control todo-nada, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy poca resistencia al flujo de fluido cuando esta en posición de apertura total.
• Válvula en Y
Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja perdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal.
Posee una característica de auto drenaje cuando esta instalada inclinada con un cierto ángulo. Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas.
• Válvula de Cuerpo Partido
Es una modificación de la válvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales esta presionado el asiento. Esta disposición permite una fácil sustitución del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el cuerpo. Se emplea principalmente para fluidos viscosos y en la industria alimentaría.
• Válvula Saunders
El obturador es una membrana flexible que a través de un vástago unido a un servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso del fluido. La válvula se caracteriza por que el cuerpo puede revestirse fácilmente de goma o de plástico para trabajar con fluidos agresivos. Tiene la desventaja de que el servomotor de accionamiento debe ser muy potente. Se utiliza principalmente en procesos químicos difíciles, en particular en el manejo de fluidos negros o agresivos o bien en el control de fluidos conteniendo sólidos en suspensión.
• Válvula de Compresión
Funciona mediante el pinzamiento de dos o más elementos flexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Igual que las válvulas de diafragma se caracterizan porque proporcionan un optimo control en posición de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos negros corrosivos, viscosos o conteniendo partículas sólidas en suspensión.
• Válvula de Obturador excéntrico rotativo
Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un movimiento rotativo excéntrico y que esta unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles. El eje de giro sale al exterior del cuerpo y es accionado por el vástago de un servomotor.
El par de este es reducido gracias al movimiento excéntrico de la cara esférica del obturador. La válvula se caracteriza por su gran capacidad de caudal, comparable a las válvulas mariposa y a las de bola y por su elevada perdida de carga admisible.
• Válvula de obturador cilíndrico excéntrico
• Válvula de Mariposa
El cuerpo esta formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circular. La válvula puede cerrar herméticamente mediante un anillo de goma encastrado en el cuerpo. Un servomotor exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par máximo cuando la válvula esta totalmente abierta (en control todo-nada se consideran 90 grados y en control continuo 60 grados, a partir de la posición de cierre ya que la ultima parte del giro es bastante inestable), siempre que la presión diferencial permanezca constante. En la sección de la válvula es importante considerar las presiones diferenciales correspondientes a las posiciones de completa apertura y de cierre; se necesita una fuerza grande del actuador para accionar la válvula en caso de una caída de presión elevada. Las válvulas de mariposa se emplean para el control de grandes caudales de presión a baja presión.
• Válvula de Bola
El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de bola o esfera. La bola tiene un corte adecuado (usualmente en V) que fija la curva característica de la válvula, y gira transversalmente accionada por un servomotor exterior. El cierre estanco se logra con un aro de teflón incorporado al cuerpo contra el cual asienta la bola cuando la válvula esta cerrada. En posición de apertura total, la válvula equivale aproximadamente en tamaño a 75% del tamaño de la tubería. La válvula de bola se emplea principalmente en el control de caudal de fluidos negros, o bien en fluidos con gran porcentaje de sólidos en suspensión.
Una válvula de bola típica es la válvula de macho que consiste en un macho de forma cilíndrica o troncocónica con un orificio transversal igual al diámetro interior de la tubería.
El macho ajusta en el cuerpo de la válvula y tiene un movimiento de giro de 90 grados. Se utiliza generalmente en el control manual todo-nada de líquidos o gases y en regulación de caudal.
• Válvula de Orificio Ajustable
El obturador de esta válvula consiste en una camisa de forma cilíndrica que esta perforada con dos orificios, uno de entrada y otro de salida y que gira mediante una palanca exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor. El giro del obturador tapa parcial o totalmente las entradas y salidas de la válvula controlando así el caudal. La válvula incorpora además una tajadera cilíndrica que puede deslizar dentro de la camisa gracias a un macho roscado de accionamiento exterior.
La atajadera puede así fijarse manualmente en una posición determinada para limitar el caudal máximo. La válvula es adecuada en los casos en que es necesario ajustar manualmente el caudal máximo del fluido, cuando el caudal puede variar entre límites amplios de forma intermitente o continua y cuando no se requiere un cierre estanco.
Se utiliza para combustibles gaseosos o líquidos, vapor, aire comprimido y líquidos en general.
• Válvula de Flujo Axial
Las válvulas de flujo axial consisten en un diagrama accionado reumáticamente que mueve un pistón, el cual a su vez comprime un fluido hidráulico contra un obturador formado por un material elastómero. De este modo, el obturador se expansiona para cerrar el flujo anular del fluido. Este tipo de válvulas se emplea para gases y es especialmente silencioso. Otra variedad de la válvula de flujo axial es la válvula del manguito a través de un flujo auxiliar a una presión superior a la del propio fluido. Se utiliza también para gases.
EMPACADURAS.
Es un accesorio utilizado para realizar sellados en juntas mecanizadas existentes en líneas de servicio o plantas en proceso.
TIPOS
• Empacadura flexitalica. Este tipo de empacadura es de metal y de asientos espirometatilos. Ambas características se seleccionan para su instalación de acuerdo con el tipo de fluido.
• Anillos de acero. Son las que se usan con brida que tienen ranuras para el empalme con el anillo de acero. Este tipo de juntas de bridas se usa en líneas de aceite de alta temperatura que existen en un alambique, o espirales de un alambique de tubos. Este tipo de junta en bridas se usa en líneas de amoniaco.
• Empacadura de asbesto. Como su nombre lo indica son fabricadas de material de asbesto simple, comprimido o grafitado. Las empaquetaduras tipo de anillo se utilizan para bridas de cara alzada o levantada, de cara completa para bridas de cara lisa o bocas de inspección y/o pasa hombres en torres, inspección de tanques y en cajas de condensadores, donde las temperaturas y presiones sean bajas.
• Empacaduras de cartón. Son las que se usan en cajas de condensadores, donde la temperatura y la presión sean bajas. Este tipo puede usarse en huecos de inspección cuando el tanque va a llenarse con agua.
• Empacaduras de goma. Son las que se usan en bridas machos y hembras que estén en servicio con amoniaco o enfriamiento de cera.
• Empacadura de metal. Son fabricadas en acero al carbono, según ASTM, A-307, A-193. en aleaciones de acero inoxidable, A-193. también son fabricadas según las normas AISI en aleaciones de acero inoxidable A-304, A-316.
• Empacaduras grafitadas. Son de gran resistencia al calor (altas temperaturas) se fabrican tipo anillo y espirometalicas de acero con asiento grafitado, son de gran utilidad en juntas bridadas con fluido de vapor.
TAPONES.
Son accesorios utilizados para bloquear o impedir el pase o salida de fluidos en un momento determinado. Mayormente son utilizados en líneas de diámetros menores.
TIPOS
Según su forma de instalación pueden ser macho y hembra.
CARACTERÍSTICAS.
• Aleación. Son fabricados en mezclas de galvanizado, acero al carbono, acero inoxidable, bronce, monel, etc.
• Resistencia. Tienen una capacidad de resistencia de 150 libras hasta 9000 libras.
• Espesor. Representa el grosor de la pared del tapón.
• Junta. La mayoría de las veces estos accesorios se instalan de forma enroscable, sin embargo por normas de seguridad muchas veces además de las roscas suelen soldarse. Los tipos soldables a tope, se utilizan para cegar líneas o también en la fabricación de cabezales de mamiformes.
CAPÍTULO III
DIAGRAMA PERT DEL PROYECTO
Se tiene que desarrollar este diagrama, puesto que se necesita llevar un control de los tiempos que requiere la realización del proyecto.
Plan de actividades: • Pieza a desarrollar. • Diseño: - Dimensiones. - Ajustes. - Tolerancias. - Vistas. • Materiales. - Propiedades mecánicas. - Cotización y compra. • Diseño del dispositivo:
- Operación que realiza. - Dibujo del dispositivo. - Tolerancias y ajustes. - Tipo de material. - Dibujo de las partes. • Producción.
- Número de piezas a fabricar. - Cálculos. • Fabricación del dispositivo.
- Disco base. - Seguro.
- Disco de barrenos. • Compra de piezas de línea.
- Chuck de 12” de mordazas intercambiables (universal). - Tornillos allen (3 piezas).
A Pieza a Desarrollar.
B Selección de Materiales.
C Propiedades Mecánicas de los Materiales.
D Diseño del Dispositivo.
E Producción del Dispositivo. F Compra de Piezas de Línea. G Fabricación del Dispositivo.
H Ensamble del Dispositivo.
I Pruebas y Funcionamiento del Dispositivo.
TAREA PREDEC. DURACIÓN im fm IM
A - 6 5 1 6 B A 6 *tiempo incluido en D 4 2 6 C A 9 *tiempo incluido en D 7 2 9 D BC 15 11 4 15 E D 16 * tiempo incluido en G 12 4 16 F D 5 * tiempo incluido en G 3 2 5 G EF 21 15 6 21 H G 6 4 2 6 I H 7 5 2 7 TOTAL=55 DIAS
• NOTA: Todos los datos son mostrados en días. • im: Duración estimada de la tarea.
• fm: Diferencia entre tiempo estimado y tiempo real de la tarea asignada. • IM: Tiempo real de duración de la tarea.
ASIGNACIÓN DE LAS TAREAS:
TAREA INTEGRANTE (s)
A ÁLVARO, DAMIÁN, JORGE
B ÁLVARO, DAMIÁN C DAMIÁN, JORGE D ÁLVARO, DAMIÁN E ÁLVARO F JORGE G ÁLVARO, DAMIÁN
H ÁLVARO, DAMIÁN, JORGE I ÁLVARO, DAMIÁN, JORGE
DIAGRAMA PERT
B(6) B 4 E 12 E(16) 6 16 A(6) A 0 D 11 G 15 G(21) H 4 H(6) I 5 I(7) 6 D(15) 21 6 7 15 7 C F 3 9 C(9) 5 F(5) TOTAL= 55 DÍAS.IX.- DESGLOSE DE ACTIVIDADES
Al realizar un dispositivo de sujeción para poder realizar barrenos de cualquier medida a bridas, sin tener que
trazar todos los centros de la misma para poder ahorrar tiempo y operaciones, así como simplificar el proceso
de barrenado tendremos que tomar en cuenta las siguientes actividades:
DISPOSITIVO PARA BARRENADO DE CUERPO DE BRIDAS
Diseño Del Dispositivo Tipo De Dispositivo Maquinado Del Dispositivo
Elementos Dibujo de conjunto Dispositivo de Sujeción Tipo de Material Especificaciones Constitutivos
Elementos Dibujo de cada uno de Manual de Procedimientos Acero 4140 Según dibujo de Normalizados los componentes
diseño
Tolerancias Isométrico y vistas y ajustes
CAPÍTULO IV
DESARROLLO DEL DISPOSITIVO DE SUJECIÓN PARA BARRENADO DE CUERPOS DE BRIDAS DE TÍPO SOLDADAS O ROSCADAS.
La metodología que seguimos en el diseño del dispositivo fue la siguiente.
1.- Analizar el dibujo de definición de la pieza.
Geometría de la pieza.
Tolerancias de forma y posición. Superficie de partida y/o de referencia. Acabado superficial.
Tratamientos térmicos en caso de llevarlos.
2- Superficie de partida y/o de referencia.
Son fundamentales en piezas fundidas para la manufactura del producto y a su vez para el diseño del dispositivo.
Las cotas nos servirán para apoyarnos en las superficies pero claro estas no siempre son indispensables para el diseño del dispositivo.
3.- Resolver la secuencia de maquinado.
Para asignar el tipo de maquina herramienta nos tenemos que basar en el acabado superficial y las tolerancias dimensionales.
La podemos resumir en un diagrama de operaciones en donde indicaremos el panorama general del maquinado.
4.- Aplicar la simbología de posicionamiento y sujeción.
Con el fin de eliminar los 6 grados de libertad, con la simbología indicamos los puntos donde se apoya y sujeta la pieza.
Cumpliendo con el principio 3-2-1 para piezas prismáticas el 2-2-1 para piezas en revolución.
Los símbolos se deben ilustrar con sus 4 elementos. Naturaleza del contacto con la superficie. Función del elemento tecnológico.
Naturaleza de la superficie de la pieza. Tipo de tecnología.
6.- Seleccionar los elementos de posicionamiento.
Existen 3 tipos de para el posicionamiento: fijo, para centrado y concéntrico. 7.- Asignar elementos de sujeción.
Son importantes por que mantienen la pieza sin movimiento garantizando un maquinado firme. Además nos dará el tiempo de manipulación en el cierre y apertura del dispositivo.
8.- Comparar la simbología de posicionamiento y sujeción.
El dispositivo se diseña en base a todas las especificaciones de los elementos seleccionados, los elementos que sirven para integrar todo el conjunto se diseñarán para el buen funcionamiento del montaje.
9.- Trazar el croquis de todos los elementos de posicionamiento y sujeción.
Puede ser en 3D o a mano alzada.
10.- Proponer el proceso de construcción del dispositivo.
La forma en que se va realizar el dispositivo, ejemplo fresado y que tipo de cortador se utilizará.
11.- Diseñar el dispositivo.
Con el dibujo de ensamble proyectado ortogonalmante con los cortes y vistas necesarios para mostrar todos los componentes del dispositivo.
12.- Trazar dibujos de definición.
Se recomienda que sean en 3D para crear un dispositivo virtual, para confirmar las dimensiones del ensamble y no tengamos problemas a la hora de la fabricación del dispositivo.
13.- Realizar el dispositivo.
El resultado de este desarrollo es un sistema de sujeción que facilita el barrenado de los cuerpos de bridas, puesto que no hay necesidad de trazar los centros de barrenos, solo se necesita el saber el número de barrenos deseado y por medio del dispositivo realizado lo seleccionamos.
ANÁLISIS DINÁMICO DEL PROYECTO
En el dispositivo propuesto los cálculos a desarrollar serán para el proceso de barrenado de cuerpos de bridas, a continuación se describen las operaciones para el cálculo de las RPM que se necesitan determinar para poder lograr un correcto proceso y así como determinar el avance necesario para el barrenado. Ecuación para calcular las RPM en taladro para barrenar cuerpos de bridas:
RPM = Vc (pie por minuto) x 12 π D (circunferencia de la broca en plg).
Dónde:
Vc= Velocidad de corte recomendada en pies/min para el material que se va a taladrar.
D = Diámetro de la broca que se va a utilizar.
• Nota: El material de las brocas a utilizar es de acero de alta velocidad. Se realizarán barrenos de ¼”, 3/8”, ½”, ¾”, en material macizo de acero para herramienta, acero para máquina y latón, de 2” de diámetro, obtener el número de revoluciones por minuto necesarias para realizar este proceso.
Por tablas:
- Vc (Acero para herramienta) = 60 pies/min. - Vc (Acero para máquina)= 100 pies/min. - Vc (Latón) = 200 pies/min.
Realizando los cálculos para: • Acero para herramienta:
RPM =
(
(
)
)( )
916.732 " 4 / 1 12 min / 60 = π pies RPM =(
(
)
)( )
611.154 " 8 / 3 12 min / 60 = π pies RPM =(
(
)
)( )
458.366 " 2 / 1 12 min / 60 = π pies• Acero para máquina: RPM =
(
(
)
)( )
1527.887 " 4 / 1 12 min / 100 = π pies RPM =(
(
)
)( )
1018.591 " 8 / 3 12 min / 100 = π pies RPM =(
(
)
)( )
763.943 " 2 / 1 12 min / 100 = π pies RPM =(
(
)
)( )
509.295 " 4 / 3 12 min / 100 = π pies • Latón: RPM =(
(
)
)( )
3055.774 " 4 / 1 12 min / 200 = π pies RPM =(
(
)
)( )
2037.183 " 8 / 3 12 min / 200 = π pies RPM =(
(
)
)( )
1527.887 " 2 / 1 12 min / 200 = π pies RPM =(
(
)
)( )
1018.591 " 4 / 3 12 min / 200 = π piesYa una vez obteniendo los cálculos de las RPM a las que va a trabajar la máquina podemos determinar también los avances del taladro que requeriremos para nuestra operación de barrenado, que se encuentran en la siguiente tabla:
TABLA DE VELOCIDADES DE CORTE PARA BROCAS DE ACERO DE ALTA VELOCIDAD.
Obteniendo los cálculos de la fuerza ejercida de sujeción, sólo se realizarán los mismos para el cálculo del barreno de ½”, dado a que serán los mismos para los de las demás brocas:
Datos:
- Broca de ½”.
Por tablas obtenidas de del libro “Metal Cutting Tool Handbook” Va= 0.008 pies/min.
Vc= 60 pies/min.
Potencia requerida: 0.135 HP. Fuerza de empuje: 490 lb.
Por medio de la siguiente ecuación obtendremos la Fuerza de sujeción de la pieza:
Pot. = Fs x Vc.
Fs = 33000 lb*pie/min = 550 lb. ∴ Esta será la Fuerza necesaria para sujetar la pieza.
60 pie/min
Calculando el momento generado en la pieza: M= Fs x d
M= 550 lb (1/4”) = 137.5 lb*plg. ∴ Será el momento generado en la pieza. Tiempo de maquinado:
Sabiendo que el diámetro de la pieza es de 2”.
) (RPM Va L Tm= L=l+s s =30%Diámetro ) 366 . 458 min( / 008 . 0 pies RPM s l Tm= + ) 366 . 458 min( / 008 . 0 ) " 2 ( 30 . 0 " 1 RPM pies Tm= + pza Tm=0.436min/
CAPÍTULO V
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Las especificaciones técnicas son los documentos en los cuales se definen las normas, exigencias y procedimientos a ser empleados y aplicados en todos los trabajos de construcción de obras, elaboración de estudios, fabricación de equipos, dispositivos, etc.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA OBRAS DE INGENIERÍA
En el caso de nuestro proyecto la realización de estudios, o construcción de obras forman parte integral del mismo y complementan lo indicado en los planos respectivos, y en el contrato. Son muy importantes para definir la calidad de los acabados.
En general las Especificaciones Técnicas hacen referencia a:
• Especificaciones nacionales oficiales de cada país;
• Reglamentos nacionales de construcciones de cada país;
• Manual de Normas ASTM (American Society for Testing and Materials)
• Manual de Normas ACI (American Concrete Institute); y,
Dependiendo del tipo de obra hacen referencia también a:
• Manual de Normas AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials)
• Manual de Normas AISC (American Institute of Steel Construction)
• Standard Specifications for Construction of Roads and Bridges on Federal Highway Projects del Departamento de Transportes de los E.U.A.
• Manuales y normas propias de cada país en particular (IRAM; DOCS, etc).
ESPECIFICACIONES PARA BRIDAS
150 LB. FLANGES Y Diametro
Nominal O C Cuello Deslizable
roscado LAP JOINT BOLT CIRCLE Num. y tamaño de orificios 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 3 1/2 3 7/8 4 1/4 4 5/8 5 7/16 1/2 9/16 5/8 11/16 1 7/8 2 1/16 2 3/16 2 1/4 2 7/16 5/8 5/8 11/16 13/16 7/8 5/8 5/8 11/16 13/16 7/8 2 3/8 2 3/4 3 1/8 3 1/2 3 7/8 4-5/8 4-5/8 4-5/8 4-5/8 4-5/8 2 2 1/2 3 3 1/2 4 6 7 7 1/2 8 1/2 9 3/4 7/8 15/16 15/16 15/16 2 1/2 2 3/4 2 3/4 2 3 1 1 1/8 1 3/16 13/16 1 5/16 1 1 1/8 1 3/16 1 1/4 1 5/16 4 3/4 5 1/2 6 1 1/4 7 1/2 4-3/4 4-3/4 4-3/4 8-3/4 8-3/4 5 6 8 10 12 10 11 13 1/2 16 19 15/16 1 1 1/8 1 3/16 1 1/4 3 1/2 3 1/2 4 4 4 1/2 1 7/16 1 9/16 1 3/4 1 15/16 2 3/16 1 7/16 1 9/16 1 3/4 1 15/16 2 3/16 8 1/2 9 1/2 11 3/4 14 1/4 17 8-7/8 8-7/8 8-7/8 12-1 12-1 14 16 18 20 24 21 23 1/2 25 27 1/2 32 1 3/8 1 7/16 1 9/16 1 11/16 1 7/8 5 5 5 1/2 5 11/16 6 2 1/4 2 1/2 2 11/16 2 7/8 3 1/4 3 1/8 3 7/16 3 13/16 4 1/16 4 3/8 18 3/4 21 1/4 22 3/4 25 29 1/2 12-1 1/8 16-1 1/8 16-1 1/4 20-1 1/4 20-1 3/8 30 36 38 3/4 46 2 1/8 2 3/8 5 1/8 5 3/8 3 1/2 3 3/4 -- -- 36 42 3/4 28-1 3/8 32-1 5/8
300 LB. FLANGES
Y Diámetro
Nominal O C Cuello Deslizable
roscado LAP JOINT BOLT CIRCLE Num. y tamaño de orificios 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 3 3/4 4 5/8 4 7/8 5 1/4 6 1/8 9/16 5/8 11/16 3/4 13/16 2 1/16 2 1/4 2 7/16 2 9/16 2 11/16 7/8 1 1 1/16 1 1/16 1 3/16 7/8 1 1 1/16 1 1/16 1 3/16 2 5/8 3 1/4 3 1/2 3 7/8 4 1/2 4-5/8 4-3/4 4-3/4 4-3/4 4-7/8 2 2 1/2 3 3 1/2 4 6 1/2 7 1/2 8 1/4 9 10 7/8 1 1 1/8 1 13/16 1 1/4 2 3/4 3 3 1/8 3 3/16 3 3/8 1 5/16 1 1/2 1 11/16 1 3/4 1 7/8 1 5/16 1 1/2 1 11/16 1 3/4 1 7/8 5 5 7/8 6 5/8 7 1/4 7 1/8 8-3/4 8-7/8 8-7/8 8-7/8 8-7/8 5 6 8 10 12 11 12 1/2 15 17 1/2 20 1/2 1 3/8 1 7/16 1 5/8 1 7/8 2 3 7/8 3 7/8 4 3/8 4 5/8 5 1/8 2 2 1/16 2 7/16 2 5/8 2 7/8 2 2 1/16 2 7/16 3 3/4 4 9 1/4 10 5/8 13 15 1/4 17 3/4 8-7/8 12-7/8 12-1 16-1 1/8 16-1 1/4 14 16 18 20 24 23 25 1/2 28 30 1/2 36 2 1/8 2 1/4 2 3/8 2 1/2 2 3/4 5 5/8 5 3/4 6 1/4 6 3/8 6 5/8 3 3 1/4 3 1/2 3 3/4 4 3/16 4 3/8 4 3/4 5 1/8 5 1/2 6 20 1/4 22 1/2 24 3/4 27 32 20-1 1/4 20-1 3/8 24-1 3/8 24-1 3/8 24-1 5/8 30 36 43 50 3 5/8 4 1/8 8 1/4 9 1/2 8 1/4 9 1/2 -- -- 39 1/4 46 28-1 7/8 32-2 1/8
