Diseño de uniones

DISEÑO DE UNIONES ATORNILLADAS Y SOLDADAS

Presentado por:

YADIR ALEXANDER BOJACÁ BUITRAGO

65071075

ANDRÉS CHÁVEZ GARCÍA

65071005

MÓNICA DEL PILAR GUERRERO ORTEGA

65062012

UNIVERSIDAD LIBRE

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE MECÁNICA

BOGOTÁ

2010

DISEÑO DE UNIONES ATORNILLADAS Y SOLDADAS

Presentado por:

YADIR ALEXANDER BOJACÁ BUITRAGO

65071075

ANDRÉS CHÁVEZ GARCÍA

65071005

MÓNICA DEL PILAR GUERRERO ORTEGA

65062012

INFORME DEL DISEÑO DE UNIONES PARA UN SISTEMA DE SUJECIÓN METÁLICO

Presentado a:

Ing. CARLOS A. NARVÁEZ, MSc

UNIVERSIDAD LIBRE

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE MECÁNICA

BOGOTÁ

2010

VARIABLES UTILIZADAS EN ESTE TRABAJO

At: Área de esfuerzo a tensión del perno.

C: Constante de rigidez de la unión.

Cc: Factor de carga.

Cd: Factor de tamaño

Cf: Factor de confiabilidad.

Cs: Factor de superficie.

Ct: Factor de temperatura.

d: Diámetro.

E: Módulo de Young

Fd: Reacción para cada perno en D.

Fe: Reacción para el perno en E.

Fi: Fuerza de precarga.

Fp: Carga de prueba.

��: Fuerza cortante primaria.

��: Fuerza cortante secundaria.

Kb: Rigidez del perno.

Kf: Factor de concentración de esfuerzo a la fatiga.

Km: Rigidez del material.

L: Longitud de perno.

Ld: Longitud sin roscar.

Lr: Longitud roscada.

Lt: longitud útil roscada

M: Momento.

N: Factor de seguridad.

n: Número de pernos

Sf: Límite de resistencia corregido.

Sf´: Límite de resistencia sin corregir.

Sp: Resistencia de prueba.

Sut: Resistencia máxima a la tensión.

Sy: Límite de fluencia elástico a tensión.

T: Torque.

tc: Espesor de columna.

tm: espesor de ménsula.

V: Fuerza cortante.

�: Esfuerzo normal.

��: Esfuerzo alternante.

��: Esfuerzo debido a la precarga.

��: Esfuerzo medio.

: Esfuerzo cortante.

1. DESARROLLO DEL TRABAJO

1.1 CONDICIONES DE DISEÑO

La ménsula de hierro fundido [1] mostrada en la figura 1, deberá unirse a una columna de acero estructural A36 [2], tendrá una carga dinámica repetida de 24 KN en el centro y esta podrá descentrarse 150 mm.

La selección de los materiales y dimensiones para la solución del problema serán elegidos teniendo en cuenta las propiedades mecánicas de dichos materiales, principalmente el módulo de Young, el límite de fluencia y la resistencia máxima a la tensión.

La disponibilidad de los pernos en el mercado, la facilidad de compra al por menor y el precio son otros factores a tener en cuenta al momento de la planificación del diseño y la adquisición del material.

Cabe recordar que el diseño exige que los perno sean métricos de rosca fina y que el factor de seguridad para cualquier tipo de falla sea de 2.

E (Pa) Sut (Pa) Sy (Pa)

Acero estructural A36 2,000E+11 4,000E+08 2,500E+08

Hierro Dúctil 60-40-18 1,689E+11 4,480E+08 3,240E+08

Tabla 1. Propiedades de los materiales.

Figura 1. Esquema del problema de unión atornillada (Cotas en mm)

1.2. DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN DEL MERCADO

Los pernos de clase 8.8 son los más fabricados, mientras la clase 5.8 son fabricados bajo previa cotización y encargo, por eso inicialmente el diseño contemplará la inclusión de pernos métricos clase 8,8 debido a que tiene un precio cómodo(aunque no sea el más bajo) y sobre todo a la disponibilidad existente en el mercado colombiano.

1.3 DIMENSIONAMIENTO DE LOS PERNOS

El diámetro del perno se dimensionará realizando cálculos suponiendo que la carga es estática, en donde el resultado se corroborará teniendo en cuenta la realidad del asunto, que para este caso será el tener una carga dinámica repetida.

1.3.1. ESFUERZOS DE FLEXIÓN EN LOS PERNOS

1.3.1.1 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE

Para calcular las reacciones en los pernos se supondrá la dirección y sentido mostrados en la figura 2 para los pernos, en donde se realizará la sumatoria de momentos alrededor de A y la sumatoria de fuerza en x sabiendo que existen 2 pernos en D.

Figura 2.Diagrama de cuerpo libre.

NOTA

A lo largo del documento el sentido positivo para la dirección x y dirección y será de su origen hacia la cabeza de flecha en cada eje (ver figura 1), el momento positivo será contrario a las manecillas del reloj y se hará uso del sistema internacional de medidas.

Σ�� = 0 [3]

Σ�� = 0; −� 2 ∗ �� ∗ 0,5 �� − �0,1 � ∗ �� − �24 �� ∗ 0,5 �� = 0

Σ�� = 0 [4]

Σ�� = 0; 2 ∗ �� + �� = 0

Fd = -20 KN

Fe = 40 KN

Entonces el verdadero sentido de la reacción de cada perno en D es hacia la izquierda.

Conociendo esto, la fuerza a la que están sometidos los pernos en D es tensiva y en E el perno está sometido a una fuerza compresiva.

1.3.2. ESFUERZOS CORTANTES EN LOS PERNOS

1.3.2.1. CENTRO DE BLOQUE DE LOS PERNO

Debido a que los perno están situados formando un triangulo y este a su vez está compuesto de dos triángulos rectángulos, se sabe que su centroide estará en y/3 medido desde la base y en x/2 medido desde el perno izquierdo y superior, para una mejor visualización, el centroide se muestra en la figura 3.

Figura 3.Muestra del centro de bloque (Cotas en mm).

1.3.2.2. FUERZAS EXTERNAS EJERCIDAS POR LOS PERNO

Figura 4.Diagrama de cuerpo libre de la ménsula

1.3.2.3. CARGAS INTERNAS EN LOS PERNOS

1.3.2.3.1 CARGAS CORTANTES PRIMARIAS

Las fuerzas cortantes primarias tienden a equilibrar el sistema, se presentan debido a las fuerzas internas que se ejercen en los perno, por esto cada tornillo estará soportando la magnitud de la carga cortante total del sistema que es de igual magnitud a la carga externa aplicada en la ménsula repartida en la cantidad de pernos, para este caso 3, entonces:

f " = #$ [5]

f " = 24 KN3

�� = ( )*

La representación vectorial de dicha carga se mostrará en la figura 5.

1.3.2.3.2. CARGAS CORTANTES SECUNDARIAS

Las fuerzas cortantes secundarias son aquellas que tienden a generar torque que logre equilibrar el sistema, contrarrestando el torque generado por las fuerzas externas en los pernos, dicha fuerza se calculará reemplazando en la ecuación 4, entonces:

+,"" = -∗ ./∑ .123145 [6]

De donde:

r7: Distancia desde cada tornillo hasta el centroide.

Σ 89:: Sumatoria de cada una de las distancias, elevadas al cuadrado.

En donde M estará dado por:

� = + ∗ � [7]

� = 24 �� ∗ 0,15 �

; = <, = >? @

Las distancias 81 A 82 serán iguales y son:

81 = 82 = B�0,15 ��: + �0,1 ��:

CD = CE = F, D( @

Entonces 89 será:

Σ 89: = 2812 + 822

Σ 89: = 2 ∗ �0,18 ��2 + �0,2 ��2

H CIE = F, DFJ @E

La fuerza cortante secundaria será la misma para el perno superior izquierdo como para el derecho, entonces:

+K:"" = +KL"" = 3600 N m ∗ 0,18 m0,105 m:

OPE�� = OPD�� = =D(<, EF= *

+Q"" = 3600 N m ∗ 0,2 m0,105 m:

OR�� = =(SF, EET *

La representación vectorial las cargas cortantes se mostrarán en la figura 5.

1.3.2.3.3. CORTANTE MÁXIMO (SUMA VECTORIAL)

A continuación se mostrará la fuerza cortante resultante producto de la suma vectorial para cada tornillo, se debe tener en cuenta que se analizará el perno en donde dicho valor sea mayor.

OD = D<J(U, ( ?

OE = UU=E, S= ?

O< = DFJUJ, D ?

Figura 5. Esquema para el equilibrio de fuerzas en la ménsula.

1.3.3. CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LOS PERNOS

Debido a que en la ménsula se encuentran presentes dos tipos de esfuerzos, uno normal debido a la tensión y otro cortante, se aplicará el criterio de falla de Von Mises.

El perno a analizar será elegido debido a que esté sometido al mayor esfuerzo normal y al mayor esfuerzo cortante, el D1 y D2 debido a que están en tensión son pernos que podrían fallar antes que el perno en E, por otro lado el mayor esfuerzo cortante se encuentra en el perno D1, entonces se analizará el perno D1 y este cálculo servirá para los otros dos pernos, recordando que el Sp de los pernos fue obtenido del catálogo de tornillería de Gutemberto [8].

Aplicando el criterio de Von Mises se tiene:

V´ = XY/� [9]

Recordando que se está analizando como esfuerzo plano se tiene:

V´ = √V: + 3 \: [10]

De donde el esfuerzo normal será:

V = ]� [11]

V = +�^ ∗ �:4

_ = EFFFF ?`

El esfuerzo cortante estará dado por:

\ = ]� [12]

\ = +1^ ∗ �:4

a = D<J(U, ( ?`

Igualando la ecuación 9 con la 10 se obtiene:

V´ = XY� = BV: + 3 \:

Sustituyendo todos los valores, la ecuación queda:

J(F R= b�E = c� D<J(U, ( ?` �E + � EFFFF ?` �E

Despejando d, se obtiene un valor de:

` = 11,64348 mm

Debido a que este tamaño exacto de perno no se encuentra en el mercado, se hará una aproximación al tamaño más cercano por encima, entonces el diámetro del perno será de 12 mm.

1.3.4. ANÁLISIS DINÁMICO

Realizando los cálculos a fatiga para comprobar si el tamaño del perno servía (Ver anexos), se estableció que el perno de 12mm no tendría un factor de seguridad de 2, el cual es requisito de diseño, pasando al siguiente tamaño de perno se encontró que el perno de 14mm tendría un factor de seguridad de 2,07, estableciendo ese como el tamaño ideal para el diseño.

1.3.4.1. CONSIDERACIONES PARA FATIGA

Algunos de los valores para el cálculo por fatiga fueron obtenidos por catálogo mostrados en la Tabla 2, el resto de valores fueron calculados mediante las siguientes ecuaciones:

L se escogió aproximando por encima la longitud mínima del tornillo y Lr sale del catálogo, entonces:

d� = d − d8 [13]

e` = D @@

df = d − g� [14]

eh = <U @@

Para el cálculo de Kd, se tendrá en cuenta el módulo de elasticidad del perno, que en este caso es de acero, entonces:

�� = ij ∗ k�l�

>` = <, FST RDF ?/@

El modulo de Young en este caso también será de acero, el At estará en el catálogo, kt será:

�f = ij ∗ kflf

>h = S, <J< RDF ?/@ �j = m 1n� + 1nfopL

>q = S, D(D R( ?/@

Para la determinación del k del cono 1 (para el material 1) y k del cono 2 (para el material 2) se utilizarán los datos albergados en la tabla………………., para determinar el modulo de elasticidad del material y se tendrá en cuenta el espesor de cada material.

�rsts = 0,5774 ∗ ^ ∗ i�gt m��1,155 ∗ f + �v − �� ∗ �v + ��1,155 ∗ f + �v + �� ∗ �v − ��o

>wxyx D = S, DTJ RT ?/@

[15]

[16]

[17]

[18]

>wxyx E = S, F< RT ?/@

El Km se determinó solo teniendo en cuenta el k de cada cono mediante la ecuación 19, en donde km arrojó:

�� = m 1�r1 + 1�r2opL

>@ = <, JJ= RT ?/@

Ahora se determinará el porcentaje de carga externa que va dirigido al tornillo, el cual está dado por:

z = �j�j + ��

{ = F, D=(

Teniendo en cuenta que el tipo de unión que se está analizando no es permanente, la constante que acompaña a Fp para la determinación de la precarga está tabulada y es de 0,75

�| = 0,75 ∗ �Y [21]

}� = JU <SJ ?

En términos generales el factor K es 0,2sin importar el tamaño de los pernos o su tipo de rosca, entonces el torque de apriete será:

~ = n ∗ �| ∗ � [22]

� = DJE, EJ ?@

Debido a que el material estará sometido a un mayor esfuerzo cuando la carga llegue a su máximo valor, los esfuerzos nominales medio, alternante y debido a la precarga se analizarán teniendo en cuenta la fuerza de precarga en el perno y su máximo valor de carga.

[19]

[20]

_�y = z ∗ ��2 ∗ kf

_�y = D, <UU RS b�

V|� = �|kf _�y = U, <J R( b�

V�� = V� + V| [25]

_@y = U, U(U R( b�

Se debe tener en cuenta que el Cc valdrá 0.7, Cd = 1, Cf (90%) [26] = 0.897, Cs (maquinado) [27] = 0.767, Sf´ [28] = 0,5 Sut = 400 MPa.

X+ = zr ∗ z� ∗ z� ∗ zf ∗ z+ ∗ X+` [29]

�O = DT< ;b�

Kfm valdrá 1 debido a que el perno está precargado, Kf = 3 [27] , entonces los esfuerzos reales estarán dados por:

V� = �+ ∗ V�� [30]

_� = U, F<RS b�

V| = �+� ∗ V|� [31]

_� = U, <J R( b�

V� = �+� ∗ V�� [32]

_@ = U, U(U R( b�

[23]

[24]

El factor de seguridad se calculará como caso 3, entonces el factor de seguridad de este perno será:

� = �X�f − V|� ∗ X+X+ ∗ �V� − V|� + X�f ∗ V�

? = E, FD(

1.3.5. CÁLCULO DE ESPESORES

Los espesores mínimos requeridos para la ménsula y la columna que se requieren para que no exista falla por aplazamiento serán calculados empleando el criterio de falla de Von Mises, el diámetro calculado anteriormente y la carga cortante máxima.

El valor de los espesores se aproximará a la unidad siguiente por encima de dicho valor.

V = ��∗� [34]

Columna de Acero A36 Ménsula de hierro fundido

E 2(Pa) 2,000E+11 E1 (Pa) 1,689E+11

Sut2(Pa) 4,000E+08 Sut1 (Pa) 4,480E+08

Sy2 (Pa) 2,500E+08 Sy1 (Pa) 3,240E+08

d (m) 1,400E-02 d (m) 1,400E-02

P (N) 1,358E+04 P (N) 1,358E+04

N 2,000E+00 N 2,000E+00

σ Von mises 1,250E+08 σ Von mises 1,620E+08

t2 7,762E-03 t1 5,989E-03

Tabla 2.Valores calculados para determinar los espesores.

[33]

Figura 6. Esquema general del perno.

Entonces el valor del espesor de la columna (t2) será de 8 mm y el de la ménsula (t1) será de 6 mm.

2. ALTERNATIVA DE DISEÑO Una manera de reemplazar los pernos utilizados para la unión entre la ménsula y la columna para el desarrollo del diseño será emplear soldadura. De ante mano se conoce que la unión soldada en términos generales acarrea mayor costo de montaje que la unión atornillada, sin embargo se desarrollaran los cálculos para la unión soldada mostrando una alternativa de diseño. 2.1. DIMENSIONAMIENTO DE LA MÉNSULA La anchura y la altura de la ménsula, serán calculadas teniendo en cuenta el diámetro del perno y el espesor de la ménsula, obtenidos en la sección anterior, además de seguir las recomendaciones hechas. (Ver figura 7)

Figura 7. Dimensiones de la ménsula.

ℎ = 0,4� + 1,5� + 6ip�� ℎ = 0,4� + 1,5 ∗ 14ip�� + 6ip�� = F, UES @ � = 0,3� + 6ip�� ∗ 2 + 3� � = 0,3� + 6ip�� ∗ 2 + 3 ∗ 14ip�� = F, <JU @

2.2. DETERMINACIÓN DEL BLOQUE Y EL CENTRO DEL CORDÓ N DE SOLDADURA

El diseño contemplado para la resolución de este problema es aplicar un cordón en la parte superior y otro en la parte izquierda de la ménsula, como se muestra en la figura 8.

Figura 8. Muestra de los cordones aplicados entre la ménsula y la columna.

En la figura 9 se muestra un esquema general de los cordones hechos y la ubicación de los ejes de referencia necesarios para la determinación del centro de gravedad generado por los dos filetes. En la tabla 3 se muestran los valores numéricos para realizar dicho cálculo.

Figura 9. Muestra de los cordones y los ejes de referencia para el cálculo del centroide.

I xi Yi Ai xiAi yiAi

1 0,000 0,214 0,427 0,000 0,091

2 0,177 0,427 0,354 0,063 0,151

Σ 0,781 0,063 0,242

Tabla 3.Valores para la determinación del centro de bloque

X 0,080 m

Y 0,310 m

Tabla 4.Distancias hasta el centroide.

2.3. JUNTAS A FLEXIÓN En la figura 10 se muestra la ménsula sometida a flexión, y las fuerzas externas aplicadas directamente al centroide de la misma.

Figura 10.Mensula y cargas externas producidas en el centroide.

� = EU >?

� = 24 �� ∗ 0,5 �

; = DE >? @

2.3.1 ESFUERZOS CORTANTES

Debido a lo conservador que es este método de solución, así existan esfuerzos de flexión, todos los esfuerzos se tomarán como esfuerzos Cortantes. 2.3.1.1 ESFUERZO CORTANTE PRIMARIO

\" = �� [35]

\" = 24 ��0,781 f

a� = <FS<F ?h b�

2.3.1.2 ESFUERZO CORTANTE SECUNDARIO En este caso c será la distancia desde el centroide hasta el cordón superior, Ix es la suma de los momentos de inercia con respecto a x, entonces el esfuerzo cortante secundario será:

\"" = � �� [36]

\"" = 12 000 � ∗ �0,427 � − 0,31 ��1,531 ip: �� ∗ f

a�� = TD UTD h b�

2.3.1.3 ESFUERZO CORTANTE MÁXIMO

El esfuerzo cortante máximo debido a la flexión del sistema será la suma vectorial de los vectores

primario y secundario, aunque en este caso el cálculo se puede hacer por medio del teorema de

Pitágoras, debido al ángulo formado entre los dos vectores, el cual es de 45°, entonces:

\�� = c�91 491 f �: + � 30730 �f �:

�� = T=JDU� ��

2.4 FILETES A CORTANTE 2.4.1. FUERZAS EXTERNAS EJERCIDAS POR EL CORDÓN � = EU >? � = 24 �� ∗ 0,274 � ; = =JSD ? @

Figura 11.Mensula y cargas externas producidas en el centroide

2.4.2. ESFUERZOS CORTANTES EN EL CORDÓN 2.4.2.1 ESFUERZO CORTANTE PRIMARIO

El esfuerzo cortante primario s debe principalmente al esfuerzo que genera la carga externa sobre el cordón y, estará dado por:

\" = �k

\" = 24 ��0,781 �

a� = <FS<F h b�

2.4.2.2 ESFUERZO CORTANTE SECUNDARIO

Se analizará este esfuerzo en el punto donde r sea máximo es decir para B, en donde la distancia del centroide a la fibra más alejada será de 0,298 m

\"" = ~ 8�

\"" = 6571 �� ∗ 0,298 �2,507 ip: ∗ f ��

a�� = S(FFDh b�

2.4.2.3. ESFUERZO CORTANTE MÁXIMO Para este caso, el ángulo comprendido entre el esfuerzo cortante primario y el esfuerzo cortante secundario es de 63,133 °, aplicando ley s e cosenos, se obtiene que:

Figura 12. Esquema para el equilibrio de fuerzas en la ménsula

aq = =TSE(h

2.5 CÁLCULO DE ESPESOR DE GARGANTA

Aplicando el criterio de Tresca, debido a que se está manejando un diseño muy conservador y a que todo está en función de esfuerzos cortantes, el máximo esfuerzo cortante será la suma algebraica del esfuerzo generado por flexión y el esfuerzo cortante, se empleará un electrodo WEST ARCO NÍQUEL 100 debido a debido a sus recomendaciones de unión entre fundiciones grises y aceros, entonces manejando un factor de seguridad de 2 se tiene:

\�� = � :¡ [37]

166242f = 220632000 ��4

h = <, FDU @@

ℎ = �¢£¤ ��¥� [38]

� = U, E=E @@

2.5.1 CORROBORACIÓN CARGA DINÁMICA

El espesor del cordón de la soldadura se corroboró debido a que en la ménsula existe una carga repetida, para ello, con el espesor se comenzaron los cálculos y a partir de los demás parámetros se llego a que el factor de seguridad es de 3,35, valor muy alto y con el cual el costo de montaje se elevará, entonces se probaron espesores menores y que sean fabricados por la empresa en la cual se está adquiriendo el electrodo, obteniendo un factor de seguridad de 2,51, con el menor espesor descrito en los catálogos.

Debido a que la longitud total a soldar es de 0, 78 1 m, se deberá usar 3 electrodos de dimensiones 2,4 X 300 mm.

3. Análisis económico

La determinación del tipo de unión a realizar se tomo después de presentar el análisis de diseño mostrado en el presente documento junto con una alternativa de diseño para la unión con soldadura.

La cotización se realizo para dos tornillos de diferentes dimensiones, una prueba para un diámetro de 18 mm con grado 5,8 y otro con un diámetro de 14 mm y grado 8,8.

Se realizaron varias cotizaciones en las que se encuentra:

Unión atornillada

Existen dos posibilidades para la realización de la unión, la opción de hacer las tres perforaciones tanto en la placa de acero como en la ménsula y colocar los tres tornillos directamente en el lugar que se cotizo, en este caso Metalmecánica Santa Bárbara.

.

Instalación en Metalmecánica Santa Bárbara Descripción Costo(Pesos)

3 Perforaciones 3600 3 Tornillos diámetro 18 mm x 1,5, rosca fina grado 5,8 long. 43mm, tuercas y arandelas. 9570

Total 15277,2 Tabla 4 costo instalación en planta unión atornillada14 mm



Total 5773,32 Tabla 5 costo instalación en planta unión atornillada 18mm

Como segunda posibilidad para realizar la unión de la ménsula a la placa es; En dado caso que la unión se esté llevando a cabo en una obra, se crea la necesidad de contratar trabajadores diferentes a la misma, los costos varían de acuerdo a la siguiente tabla.

Instalación en Obra Descripción Costo(Pesos)


Total 6469,32 Tabla 6 costo instalación en obra unión atornillada 14mm



Total 16321,2 Tabla 7 costo instalación en obra unión atornillada 18mm

Unión soldada

Para realizar la unión por soldadura también existen dos posibilidades. Instalación en Metalmecánica Santa Bárbara y en obra. Estas dos opciones se muestran en las siguientes tablas.

El costo de soldar dos elementos se realiza por pulgada lineal de la unión, en este caso se presenta los dos valores tanto para el diámetro que se analizo en el documento y el diámetro de prueba.

La soldadura que se debe utilizar para realizar la unión es Níquel 100, este tipo de electrodo posee las características que se necesitan para esta unión.


31. 33 pulgadas 187980 Para las dimensiones de la ménsula en el caso de un diámetro de agujero d 18 mm Total 218056,8

Tabla 8 costo instalación en obra unión soldada d.18mm


31. 33 pulgadas 109655 Para las dimensiones de la ménsula en el caso de un diámetro de agujero d 18 mm Total 127199,8

Tabla 9 costo instalación en planta unión soldada d.18mm


30,62 pulgadas 183720 Para las dimensiones de la ménsula en el caso de un diámetro de agujero d 14 mm Total 213115,2

Tabla 10 costo instalación en obra unión soldada d.14mm

Instalación en Metalmecánica Santa Bárbara

Descripción Costo(Pesos) 30,62 pulgadas 107170 Para las dimensiones de la ménsula en el caso de un diámetro de agujero d 14 mm Total 124317,2

Tabla 11 costo instalación en planta unión soldada d.14mm

Haciendo referencia a las opciones mostradas la instalación de la ménsula en la placa de acero con una unión atornillada es más económica si se realiza con un diámetro de tornillos de 14mm grado 8,8. Por ser más comercial el costo disminuye bastante y es la mejor de las dos opciones en cuanto a lo económico se refiere.

Como se mostro en el documento se presento para una alternativa de diseño para realizar la unión por medio de soldadura, se hizo una cotización para las dos longitudes de ménsula obtenidas con el diámetro analizado y el diámetro de prueba.

La opción que presenta menor costo para su instalación, ya sea en Metalmecánica Santa Bárbara o en obra, es la unión atornillada donde la diferencia entre los dos se puede observar en la siguiente tabla.

Unión atornillada Unión Níquel 100 % variación Instalación en Metalmecánica Santa Bárbara 5773,32 124317,2 2053,3052 Instalación en Obra 6469,32 213115,2 3194,24422

Tabla 12 variación en porcentaje entre los dos tipos de uniones

ANOTACIONES ESPECIALES

• Utilizando pernos clase 8,8, el diámetro de este será menor y por ende el costo disminuirá, garantizando un buen material y que el sistema funcionará sin falla.

• El electrodo utilizado (NÍQUEL 100), es recomendado para la unión entre fundiciones y aceros, y posee características propias para realizar esta unión.

• El espesor de cordón calculado asumiendo carga estática, está sobredimensionado, debido a que el factor de seguridad con carga dinámica fue mayor que 2 (3,35), por eso se redefinió dicho espesor obteniendo un factor de seguridad de 2,5 con el menor espesor que se consiguió para dicha clase de electrodo.

• Los anexos contienen los catálogos donde se incluyen las características de los tornillos y la soldadura que se utilizo, también se incluye las hojas de cálculo que respaldan los valores obtenidos en este documento.

• Se anexa 2 hojas de cálculo en las que se muestra la prueba realizada con un diámetro de tornillo de 18 mm clase 5,8. Este tornillo no fue escogido, como ya se había mencionado, por su poca disponibilidad en el mercado y alto costo, como se refleja en el análisis económico.

Referencias Bibliográficas

Se cuenta con una variedad de buenas referencias para analizar y diseñar uniones incluyendo las siguientes:

• [1] NORTON, Robert L. Teoría de fallas estáticas. En: Diseño de máquinas. Juárez: 1999 p 997, Apéndice C, Tabla C7.

• [2] BEER, Ferdinand - JOHNSTON, Russell Jr – DEWOLF, John. Apéndice B. En: Mecánica de materiales. México D.F.: 2007 p 747

• [3] BEER, Ferdinand - JOHNSTON, Russell Jr – DEWOLF, John. En: Mecánica Vectorial para Ingenieros. México D.F.


• [5] SHIGLEY, Joseph E. – MISCHKE, Charles R. En: Diseño en Ingeniería Mecánica. México D.F.: 2002 p 509.



• [8] GUTEMBERTO. Catálogo de productos. <www.gutemberto.com>.

• [9] NORTON, Robert L. Teoría de fallas estáticas. En: Diseño de máquinas. Juárez: 1999 p 294.


• [11] BEER, Ferdinand - JOHNSTON, Russell Jr – DEWOLF, John. En: Mecánica de materiales. México D.F.: 2007.

• [12] BEER, Ferdinand - JOHNSTON, Russell Jr – DEWOLF, John. En: Mecánica de materiales. México D.F.: 2007.

• [13] SHIGLEY, Joseph E. – MISCHKE, Charles R. En: Diseño en Ingeniería

Mecánica. México D.F.: 2002 p 470.





















• [34] BEER, Ferdinand - JOHNSTON, Russell Jr – DEWOLF, John. Apéndice B. En: Mecánica de materiales. México D.F.: 2007.


• [36] SHIGLEY, Joseph E. – MISCHKE, Charles R. En: Diseño en Ingeniería Mecánica. México D.F.: 2002 p .548.

• [37] SHIGLEY, Joseph E. – MISCHKE, Charles R. En: Diseño en Ingeniería Mecánica. México D.F.: 2002

• [38] SHIGLEY, Joseph E. – MISCHKE, Charles R. En: Diseño en Ingeniería Mecánica. México D.F.: 2002

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