diseño lab.hidra

7/21/2019 diseo lab.hidra

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Diseo de un Laboratorio de Ensayo para la Certificacin deCerraderas de uso Habitacional

Mario Tapia

Memoria para optar al ttulo de Ingeniero Civil MecnicoDepartamento de Mecnica

Facultad de Ciencias Fsicas y MatemticasUniversidad de Chile

Profesor Gua: Dr. Roberto Corvaln

2004


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ndice

1. INTRODUCCIN........................................................................................................2

1.1 MARCO GENERAL ....................................................................................................2

1.2 OBJETIVOS...............................................................................................................2

2. ANTECEDENTES ....................................................................................................... 4

2.1 NORMA NCH345 ..................................................................................................... 42.1.1 Parte 1: Terminologa y clasificacin (NCh 345/1.Of2001)..........................4 2.1.2 Parte 2: Requisitos generales (NCh 345/2.Of2001).......................................62.1.3 Parte 3: Ensayos para cerraduras de pomo (NCh 345/3.Of2001). ............... 72.1.4 Parte 4: Ensayos para cerraduras de sobreponer (NCh 345/4.Of2001). ....142.1.5 Parte 5: Ensayos para cerraduras de embutir (NCh 345/5.Of2001)...........21

2.2 CLASIFICACIN DE LOS ENSAYOS ..........................................................................292.3 SISTEMAS NEUMTICOS .........................................................................................30

2.3.1 Justificacin de su utilizacin en los diseos ............................................... 302.3.2 Principios bsicos de la neumtica..............................................................31

3. DISEO DE LAS MQUINAS DE ENSAYO DE FUNCIONAMIENTO YRESISTENCIA...................................................................................................................49

3.1 METODOLOGA DE DISEO UTILIZANDO SISTEMAS NEUMTICOS ...........................493.2 DISEO DE LAS MQUINAS ....................................................................................52

3.2.1 Diseo mquina 1: mquina para ensayos de funcionamiento y resistenciade cerraduras de pomo, embutir y sobreponer. ...........................................................523.2.2 Diseo mquina 2: Mquina para ensayos de resistencia para cerradurasde pomo, embutir y sobreponer montadas en puerta. ................................................ 100

3.2.3 Diseo mquina 3: Mquina para ensayos de resistencia para cerradurasde sobreponer y embutir montadas de manera horizontal.........................................1163.2.4 Diseo mquina 4: Mquina para ensayos de resistencia para cerradurasde pomo y embutir montadas de manera vertical.......................................................130

4. ESTRUCTURACIN GENERAL DEL LABORATORIO.................................142

4.1 REQUERIMIENTOS DE INFRAESTRUCTURA............................................................1434.2 SELECCIN DEL COMPRESOR Y DISEO DE LA RED...............................................144

5. ANLISIS DE COSTOS ......................................................................................... 147

6. DISCUSIN Y COMENTARIOS .......................................................................... 158

7. BIBLIOGRAFA ...................................................................................................... 1598. ANEXOS ................................................................................................................... 160


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1. Introduccin

1.1 Marco general

Durante el ao 2001 entr en vigencia la Norma Chilena 345, la cual establece los

requisitos operacionales y constructivos que deben cumplir las cerraduras domiciliarias

para la obtencin de certificaciones de calidad. Las certificaciones deben ser emitidas por

organismos debidamente acreditados por el Instituto Nacional de Normalizacin (INN), los

cuales deben verificar el cumplimiento de todos los requisitos estipulados en la norma. La

norma es de aplicacin en cerraduras de fabricacin nacional y de importacin.

El presente trabajo de ttulo presenta una propuesta de diseo de un laboratorio en elcual se pueden realizar los ensayos especificados en la norma antes aludida y se inicia con

el estudio de los antecedentes (norma NCh345), breve anlisis y clasificacin de los

ensayos, seleccin y descripcin del tipo de energizacin de las mquinas (sistemas

neumticos) y finalmente se presentan diseos para algunos tipos de ensayos de acuerdo a

la metodologa especificada. La norma especifica ensayos mecnicos de funcionamiento,

resistencia y qumicos, siendo estos ltimos no abarcados porque dependen de otra norma

de cdigo NCh 901.

1.2 Objetivos

El objetivo general del presente trabajo de ttulo, corresponde al diseo de un

laboratorio en el cual se puedan realizar los ensayos estipulados en la Norma Chilena de

cdigo NCh345, para la verificacin de los requisitos operacionales y constructivos que

deben cumplir las cerraduras domiciliarias para la obtencin de certificaciones de calidad.

Como objetivos especficos se presentan el anlisis de la normativa vigente en la

certificacin de cerraduras (norma NCh345), definicin de los requerimientos bsicos de

infraestructura y equipamiento del laboratorio, diseo de los equipos de ensayo y anlisis

de costos de inversin.


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De acuerdo a los objetivos especficos planteados, se esperan obtener como

resultados:

Maquetas electrnicas de las mquinas diseadas, incluyendo planos de

construccin y montaje realizadas en el programa SolidEdge V12.

Especificaciones tcnicas de los elementos utilizados en los diseos seleccionados

del mercado nacional.

Lay-out general del laboratorio (maqueta electrnica).

Especificaciones de requerimientos de infraestructura necesaria.

Especificacin econmica de costos de inversin y operacin de los equipos.

Para el desarrollo de las maquetas y planos de montaje se utilizar el software

SolidEdge V12 distribuido por EDS, y para los diseos de los circuitos neumticos seutilizar el software Fluidsim (versin Demo) distribuido por Festo Pneumatic.


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2. Antecedentes

2.1 Norma NCh345

El principal antecedente a utilizar es la Norma Chilena de cdigo NCh345, debido a

que en sta son descritos los ensayos a los cuales deben ser sometidos los diferentes tipos

de cerraduras, y en base a ello se disearn las mquinas necesarias para el laboratorio. Esta

norma est compuesta de 5 partes, las cuales estn descritas a continuacin:

2.1.1 Parte 1: Terminologa y clasif icacin (NCh 345/1.Of2001).

En esta parte se establece la terminologa utilizada en la descripcin de los ensayos

y componentes de los diferentes tipos de cerraduras; y su aplicacin corresponde a las

cerraduras de accionamiento manual o elctrico destinadas a emplearse en puertas y/o

ventanas exteriores e interiores, ya sea en edificios de habitacin, oficinas, locales

comerciales, cajas de escaleras y hospitales. A continuacin se presentan figuras y fotos

descriptivas de cada uno de los tipos de cerraduras:

Figura 1: Esquema cerradura de pomo.


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Figura 2: Foto cerradura de pomo.

Figura 3: Esquema cerradura de embutir.

Figura 4: Foto cerradura de embutir.


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Figura 5: Esquema cerradura de sobreponer.

Figura 6: Foto cerradura de sobreponer.

2.1.2 Parte 2: Requisi tos generales (NCh 345/2.Of2001).

En esta parte se establecen los requisitos generales que deben cumplir las cerraduras

para puertas. Se especifican los valores de fuerza, torque, distancia y dureza que se deben

aplicar en los ensayos descritos en las partes 3, 4 y 5 de la norma para las cerraduras de

pomo, sobreponer y embutir respectivamente. Los valores especificados para los ensayos se

presentan en 2 valores, grado 1 y grado 2, los cuales representan 2 niveles de exigencia (2


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tipos de certificaciones), siendo el primero el ms riguroso. Los valores de exigencia

referidos estn incluidos en la descripcin de los ensayos.

Antes de realizar la descripcin de los ensayos (partes 3, 4 y 5 de la norma), se

especificar la nomenclatura a utilizar para su designacin. Cada ensayo ser designado con

una letra P, E S, las cuales representan al tipo de cerradura que corresponde (pomo,

embutir sobreponer respectivamente), seguida de una letra F, R Q, las cuales

corresponden a ensayos de funcionamiento, resistencia qumico respectivamente y

finalmente un nmero que representa el orden utilizado en la norma. (Ejemplo: PF1

corresponde al primer ensayo de funcionamiento de las cerraduras de pomo).

2.1.3 Parte 3: Ensayos para cerraduras de pomo (NCh 345/3.Of2001).

Esta parte establece los ensayos mecnicos de funcionamiento y resistencia para los

principales elementos que conforman la cerradura de pomo, as como los ensayos qumicos

destinados a verificar la calidad del acabado superficial. A continuacin se presenta una

descripcin de los ensayos:

PF1. Accionamiento del picaporte con el pomo: Comprobar la fuerza del resorte dearrastre mediante la aplicacin de un torque sobre el pomo capaz de retirar el picaporte,

accionando en ambos sentidos de giro (Ver figura 7). Para ello, aplicar una fuerza con el

brazo durante 1 minuto para alcanzar un torque de T = 1 [Nm] para grado 1 y 2.


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Figura 7: Accionamiento del picaporte con el pomo.

PF2. Accionamiento del picaporte con la llave: Comprobar la fuerza del resorte de

arrastre mediante la aplicacin de un torque sobre la llave, capaz de retirar el picaporte.

Para ello, aplicar la fuerza correspondiente a la dimensin de la cabeza de la llave. El

picaporte no se debe retirar bajo un torque no superior a T = 1 [Nm] para grado 1 y 2.

PF3. Saliente mnimo del picaporte, estando accionado el pestillo de seguridad: Medir el

saliente de la cabeza del picaporte al estar bloqueado por el pestillo de seguridad (ver figura

8). La medida A debe ser A 9 [mm] para grado 1 y A 8 [mm] para grado 2.

Figura 8: Saliente mnimo del picaporte, estando accionado el pestillo de seguridad.

PF4. Saliente mnimo del pestillo de seguridad para traba del picaporte: Medir el salientemnimo que produce el bloqueo del picaporte (ver figura 9). La medida B del saliente debe

ser B 8 [mm] para grado 1 y B 6 [mm] para grado 2.

Figura 9: Saliente mnimo del pestillo de seguridad para traba del picaporte.


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PF5. Fuerza para cerrar el picaporte: Medir la fuerza del resorte del picaporte ante la

resistencia del contrafrontal. Para ello, aplicar una fuerza F 20 [N] (para grado 1y 2)

sobre el eje horizontal del picaporte y a una distancia de 25 [mm] del borde de la puerta,

estando el picaporte en contacto con el borde del contrafrontal, hasta que el picaporte haya

penetrado totalmente en ste (ver figura 10).

Figura 10: Fuerza para cerrar el picaporte.

PF6. Torque mximo para abrir la puerta contra una fuerza favorable a la apertura:

Aplicar una fuerza de 222 [N]a 25 [mm] sobre el borde de la puerta en el eje horizontal delpomo y en el sentido de la apertura; al mismo tiempo, aplicar sobre el pomo un torque T

5 [Nm] (para grado 1 y 2) hasta abrir la puerta (ver figura 11).

Figura 11: Torque mximo para abrir la puerta contra una fuerza favorable a la apertura.


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PF7. Repetir los ensayos PF1 al PF6 una vez realizado el 50 % de la prueba de los ciclos

(PF8 explicada ms adelante) considerando los siguientes valores:

Accionamiento del picaporte con el pomo: T = 1,2 [Nm] para grado 1 y 2.

Accionamiento del picaporte con la llave: T = 1,2 [Nm] para grado 1 y 2.

Saliente mnimo del picaporte, estando accionado el pestillo de seguridad: A 7,2

[mm] para grado 1 y A 6,4 [mm] para grado 2.

Saliente mnimo del pestillo de seguridad para traba del picaporte: B 6.4 [mm]

para grado 1 y B 4,8 [mm] para grado 2.

Fuerza para cerrar el picaporte: F 24 [N] (para grado 1y 2).

Torque mximo para abrir la puerta contra una fuerza favorable a la apertura:T

6,2 [Nm] (para grado 1 y 2).

PF8. Ensayo cclico: Accionamiento continuo de la cerradura mediante todos sus

elementos considerando 400.000 [ciclos] para cerraduras del grado 1 y 200.000 [ciclos]

para cerraduras del grado 2 a una velocidad de 60 [ciclos/min] para el picaporte y de 30

[ciclos/min] para el pomo.

PR1. Resistencia mnima del picaporte contra el contrafrontal: Aplicar una cargaperpendicular a la puerta, a la altura del eje horizontal de la cerradura estando el picaporte

introducido en el contrafrontal. Aumentar la carga progresivamente, no debiendo ser

inferior a F 3.500 [N] para grado 1 y F 1.750 [N] para grado 2. No de debe producir

una deformacin que impida el funcionamiento, antes de alcanzar los valores indicados (ver

figura 12).


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Figura 12: Resistencia mnima del picaporte contra el contrafrontal.

PR2. Carga axial mnima sobre el pomo: Comprobar la resistencia a una carga aplicada

en la cara frontal del pomo. Para ello, aplicar una fuerza F 1.300 [N] para grado 1 y F

1.120 [N] para grado2 no concentrada al pomo exterior, hasta oprimir el picaporte contra elcontrafrontal (ver figura 13).

Figura 13: Carga axial mnima sobre el pomo.

PR3. Repetir el ensayo anterior sobre el pomo interior.

PR4. Carga vertical mnima sobre el pomo: Determinar la resistencia del conjunto delpomo ante un esfuerzo normal a su eje. Aplicar una fuerza F vertical sobre el pomo exterior

y en su eje, de valor F 1.100 [N]para grado 1 y F 650 [N] para grado 2 (ver figura

14).


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Figura 14: Carga vertical mnima sobre el pomo

PR5. Par de torsin con pomo, sin o con traba: Determinar la resistencia a torsin del

mecanismo en sus dos sentidos de maniobra:

a.- Cerradura sin traba: Girar el pomo hasta el tope y forzar hasta alcanzar el valor de

15 [Nm] para grado1 y 13 [Nm] para grado 2. Repetirsentido contrario (ver figura

15)

Figura 15: Par de torsin con pomo sin traba.

b.- Cerradura con traba: Con el pomo trabado con la llave, botn o seguro, seguir el

procedimiento descrito a.

PR6. Traccin del pomo: Comprobar la resistencia de la retencin axial del pomo,

aplicando longitudinalmente una fuerza F 1.800 [N] para grado 1 y F 1.200 [N] para

grado 2 durante 1 minuto (ver figura 16).


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Figura 16: Traccin del pomo.

PR7. Ensayos de resistencia al rayado superficial en acabado de barniz: Colocar la

cerradura sobre una superficie plana y horizontal. Tomar el lpiz grafito de mayor dureza

mantenindolo inclinado 45 y presionar sobre el revestimiento con el borde de la mina,

trazndose una lnea recta a lo largo de 7 [mm].

PR8. Repetir el ensayo anterior con lpices de dureza decreciente hasta que uno de ellos

no raye el revestimiento, dando as la resistencia al rayado superficial, cuyos valores estn

indicados en la siguiente tabla:

Tabla 1: Requisitos para el acabado superficial (dureza) de las cerraduras de pomo.

PomosCaracterstica Tipo

Grado 1 Grado 2

Dureza (H) del

recubrimiento

Barniz o pintura 3 2

PQ1. Ensayo de niebla salina: Para este ensayo se establece el procedimiento de niebla

salina neutra indicado el NCh904. Las partes deben estar expuestas por el tiempo

especificado en la tabla 2, sin que el material base o substrato excedan en un punto de

corrosin visible al ojo, en un rea de 645 [mm^2] (1 [pulg^2]) de la superficie

significativa y ningn punto mayor que 1,6 [mm^2] (0.0625 [pulg^2]) de dimetro. Las


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manchas no deben exceder un 5 % de la superficie significativa del componente sometido a

ensayo y ninguna mancha mayor que 6,35 [mm] (0,25 [pulg]) de dimetro.

Tabla 2: Requisitos para el acabado superficial (corrosin) de las cerraduras de pomo.


Grado 1 Grado 2


Cromado Sin requisito Sin requisito

Niebla salina (h)

Niquelado Sin requisito Sin requisito

PQ2. Las superficies sobre las cuales no se puede obtener depsitos controlados, tales

como: agujeros, bordes, ranuras, ngulos y reas similares, estn exentas de los

requerimientos de acabado superficial.

PQ3. Para componentes pequeos se deben utilizar probetas de ensayo con terminaciones

planas del mismo material base del producto a ensayar. Las probetas deben tener un rea

expuesta mnima de 64 [mm] x 95 [mm] (2,5 [pulg] x 3,75 [pulg]) y 1,6 [mm] +- 0,1

[mm] ( 0,064 [pulg] +- 0.004 [pulg]) de espesor.

Realizados los ensayos no destructivos, se requiere que todos los elementos de las

cerraduras continen funcionando, a pesar de las deformaciones que se puedan originar

durante el desarrollo de las pruebas.

2.1.4 Parte 4: Ensayos para cerraduras de sobreponer (NCh

345/4.Of2001).

En esta parte se establece los ensayos mecnicos de funcionamiento y de resistencia

para los principales elementos que conforman la cerradura de sobreponer, as como los

ensayos qumicos destinados a verificar la calidad del acabado superficial. A continuacin

se presenta una descripcin de los ensayos:


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SF1. Fuerza del resorte del picaporte ante una resistencia del contrafrontal: Medir la

fuerza del resorte del picaporte ante la resistencia del contrafrontal. Para ello, aplicar

gradualmente una fuerza de F 25 [N] (para grado 1 y 2) en la cerradura a una distancia

de 25 [mm] del borde de la puerta, hasta que el picaporte se aloje en el contrafrontal (ver

figura 17).

Figura 17: Fuerza del resorte del picaporte ante una resistencia del contrafrontal.

SF2. Torque necesario para retraer el picaporte con la llave: Aplica una fuerza sobre la

llave, capaz de retirar el picaporte. Medir el torque en el punto de accionamiento que

requiera el mayor esfuerzo. El valor del torque alcanzado debe ser T 0,7 [Nm] paragrados 1 y 2 (ver figura 18).

Figura 18: Torque necesario para retraer el picaporte con la llave


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SF3. Accionamiento del picaporte sometido a esfuerzo lateral: Aplicar una fuerza lateral

sobre el picaporte de 50 [N] en su posicin de cierre. Medir el torque en el punto de

accionamiento, con la llave, que requiera el mayor esfuerzo. El valor medido debe ser de T

2.5 [Nm]para grados 1 y 2 (ver figura 19).

Figura 19: Accionamiento del picaporte sometido a esfuerzo lateral.

SF4. Accionamiento con la llave: Determinar el torque necesario para accionar el cerrojo

en su punto de mayor esfuerzo, cuyo valor debe ser T 0.5 [Nm] para grados 1 y 2.

SF5. Accionamiento con la llave sometida a esfuerzo lateral: Determinar el torquenecesario para hacer funcionar el mecanismo con la llave. Para ello, aplicar una fuerza

sobre la cara lateral del cerrojo de 50 [N] en su posicin de cierre (ver figura 20). El valor

debe cumplir con T 2.5 [Nm] para los grados 1 y 2.



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SR1. Resistencia del picaporte: Montar la cerradura con el frontal horizontal y aplicar una

fuerza a 3 [mm] del frente durante 1 [min], hasta que se produzca una deformacin

permanente que impida el funcionamiento (ver figura 21). El valor de la fuerza debe ser F

5.000 [N]para grado 1 y F 3.000 [N] para grado 2.

Figura 21: Resistencia del picaporte.

SR2. Resistencia del cerrojo ante una fuerza lateral: Montar la cerradura con el frontal

horizontal y aplicar una fuerza a 3 [mm] del frente durante 1 [min], hasta que se produzca

una deformacin permanente que impida el funcionamiento (ver figura 22). El valor de la

fuerza debe ser F 8.000 [N]para grado 1 y F 4.000 [N] para grado 2.

Figura 22: Resistencia del cerrojo ante una fuerza lateral.

SR3. Resistencia lateral del contrafrontal: Aplicar una fuerza F 5.000 [N]para grado 1

y F 2.500 [N] hasta la ruptura del contrafrontal o una distorsin mxima de 6 [mm]. (

ver figura 23).


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Figura 23: Resistencia lateral del contrafrontal.

SR4. Resistencia a un torque sobre la llave y con una fuerza frontal al cerrojo: Colocar la

cerradura en posicin vertical y, mediante la llave, accionar el cerrojo que est sometido a

una fuerza frontal de 20 [N] que impide su salida (ver figura 24). El valor del torque

determinado debe ser T 1 [Nm]para grados 1 y 2.

Figura 24:Resistencia a un torque sobre la llave y con una fuerza frontal al cerrojo.

SR5. Resistencia del mecanismo sujetador del cerrojo: Aplicar una fuerza frontal sobre el

cerrojo, hasta que se produzca una deformacin o ruptura del mecanismo, que impida su

correcto funcionamiento (ver figura 25). El valor de la fuerza debe ser F 2.500 [N]para

grado 1 y F 1.500 [N] para grado 2.


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Figura 25: Resistencia del mecanismo sujetador del cerrojo.

SF6. Ensayo cclico: Accionamiento continuo de la cerradura mediante todos sus

elementos considerando para el picaporte, la fatiga del resorte 300.000 [ciclos] para grado 1

y 150.000 [ciclos] para grado 2 y, la accin del contrafrontal sobre el picaporte 200.000

[ciclos] para grado 1 y 100.000 [ciclos] para grado 2; para el cerrojo todos sus elementos

100.000 [ciclos] para grado 1 y 50.000 [ciclos] para grado 2. Utilizar una velocidad de 60

[ciclo /min] para el picaporte.

SR6. Ensayos de resistencia al rayado superficial en acabado de barniz: Colocar la




SR7. Repetir el ensayo anterior con lpices de dureza decreciente hasta que uno de ellos



Tabla 3: Requisitos para el acabado superficial (dureza) de las cerraduras de sobreponer.


Grado 1 Grado 2

Dureza (H) del

recubrimiento



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SQ1. Ensayo de niebla salina: Para este ensayo se establece el procedimiento de niebla




significativa y ningn punto mayor que 1,6 [mm^2] (0,0625 [pulg^2]) de dimetro. Las



Tabla 4: Requisitos para el acabado superficial (corrosin) de las cerraduras de pomo.

SobreponerCaracterstica Tipo

Grado 1 Grado 2Barniz o pintura 96 48

Cromado 96 48

Niebla salina (h)

Niquelado 48 24

SQ2. Las superficies sobre las cuales no se puede obtener depsitos controlados, tales



SQ3. Para componentes pequeos se deben utilizar probetas de ensayo con terminaciones



[mm] ( 0,064 [pulg] +- 0,004 [pulg]) de espesor.





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2.1.5 Parte 5: Ensayos para cerraduras de embuti r (NCh 345/5.Of2001).

Esta parte establece los ensayos mecnicos de funcionamiento y de resistencia para

los principales elementos que conforman la cerradura de embutir, as como los ensayos

qumicos destinados a verificar la calidad del acabado superficial. A continuacin se

presenta una descripcin de los ensayos:

EF1. Fuerza del resorte del picaporte: Medir la fuerza del picaporte ante la resistencia del

contrafrontal. Para ello, aplicar gradualmente una fuerza en la cerradura a una distancia de

25 [mm] del borde de la puerta, hasta que el picaporte aloje en el contrafrontal. El valor de

la fuerza mxima del resorte debe ser F = 25 [N] para grado 1 y 2 (ver figura 26).

Figura 26: Fuerza del resorte del picaporte.

EF2. Torque necesario para retraer el picaporte con la manilla: Fijar la cerradura con el

frontal vertical y se aplica un torque a la nuez, determinando la fuerza que es capaz de

retraer el picaporte, cuyo valor debe estar dentro del intervalo 1 T 3 [Nm] para grado 1

y 2 (ver figura 27).


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Figura 27: Torque necesario para retraer el picaporte con la manilla.

EF3. Torque mximo para retraer el picaporte con la llave: Aplicar una fuerza sobre la

llave, capaz de retirar el picaporte. Medir el torque en el punto de accionamiento que

requiera el mayor esfuerzo. El valor del torque alcanzado debe ser T 0,7 [Nm] para grado1 y 2 (ver figura 28).

Figura 28: Torque mximo para retraer el picaporte con la llave.

EF4. Accionamiento del picaporte sometido a esfuerzo lateral: Aplicar una fuerza lateral

sobre el picaporte de 50 [N] en su posicin de cierre. Medir el torque en el punto de

accionamiento, con la llave, que requiera el mayor esfuerzo. El valor del torque debe ser de

T = 2,5 [Nm] para grados 1 y 2 (ver figura 29).


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EF5. Aplicacin simultnea de un esfuerzo y torque sobre la manilla: Aplicar una fuerzade 222 [N] perpendicular a la puerta, a 25 [mm] del borde y sobre la lnea central del

picaporte, midindose la fuerza necesaria para retraer el picaporte, cuyo valor debe ser T

8 [Nm] para grados 1 y 2 (ver figura 30).

Figura 30: Aplicacin simultnea de un esfuerzo y torque sobre la manilla.

EF6. Accionamiento con la llave: Determinar el torque mximo para accionar el cerrojo

en el punto de mayor esfuerzo, cuyo valor debe ser T 0,5 [Nm] para grados 1 y 2.

EF7. Accionamiento con la llave sometida a esfuerzo lateral: Determinar el torque

mximo para hacer funcionar el mecanismo con la llave. Para ello, aplicar una fuerza sobre

la cara lateral del cerrojo de 50 [N] en su posicin de cierre (ver figura 31). El valor debe

ser T 2,5 [Nm] para grados 1 y 2.


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Figura 31: Accionamiento con la llave sometida a esfuerzo lateral.

ER1. Resistencia de la nuez: Determinar la fuerza necesaria para producir deformacin

permanente o ruptura de uno de los elementos (ver figura 32). La fuerza aplicada debe ser F

500 [N] para grado1 y F 300 [N] para grado 2.

Figura 32: Resistencia de la nuez.

ER2. Resistencia del picaporte: Montar la cerradura con el frontal horizontal y aplicar una

fuerza a 3 [mm] del frontal durante 1 [min], hasta que se produzca una deformacin

permanente que impida el funcionamiento (ver figura 33). El valor de la fuerza debe ser F

3.500 [N]para grado 1 y F 2.500 [N] para grado2.


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Figura 33: Resistencia del picaporte.

ER3. Resistencia del cerrojo ante una fuerza lateral: Montar la cerradura con el frontal

horizontal y aplicar una fuerza a 3 [mm] del frontal durante 1 [min], hasta que se produzca

una deformacin permanente que impida el funcionamiento (ver figura 34). El valor de lafuerza aplicada debe ser F 3.000 [N] para grado 1 y F 1.500 [N]para grado 2.

Figura 34: Resistencia del cerrojo ante una fuerza lateral

ER4. Resistencia lateral del contrafrontal: Aplicar una fuerza F 3.000 [N] para grado 1

y F 1.800 [N] para grado 2, hasta la ruptura del contrafrontal o una distorsin mxima de

6 [mm] (ver figura 35).


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Figura 35: Resistencia lateral del contrafrontal.

ER5. Resistencia a un torque sobre la llave y con una fuerza frontal al cerrojo: Colocar la

cerradura en posicin vertical y, mediante la llave, accionar el cerrojo estando sometido a

una fuerza frontal de 20 [N] que impide su salida (ver figura 36). El valor del torque

determinado debe ser T 1 [Nm] para grados 1 y 2.

Figura 36: Resistencia a un torque sobre la llave y con una fuerza frontal al cerrojo.

ER6. Resistencia del mecanismo sujetador del cerrojo: Aplicar una fuerza frontal sobre el

cerrojo, en su posicin salida, hasta que se produzca una deformacin o ruptura del

mecanismo, que impida su correcto funcionamiento (ver figura 37). El valor de la fuerza

debe ser F 2.000 [N]para grado 1 y F 1.000 [N] para grado 2.


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Figura 37: Resistencia del mecanismo sujetador del cerrojo.

EF8. Ensayo cclico: Accionamiento continuo de la cerradura mediante todos sus

elementos considerando para el picaporte, la fatiga del resorte 300.000 [ciclos] para grado 1

y 150.000 [ciclos] para grado 2 y, la accin del contrafrontal sobre el picaporte 200.000[ciclos] para grado 1 y 100.000 [ciclos] para grado 2 y, para la accin de la nuez mediante

la manilla 250.000 [ciclo] para grado 1 y 150.000 [ciclos] para grado 2; para el cerrojo

todos sus elementos 100.000 [ciclos] para grado 1 y 50.000 [ciclos] para grado 2. Utilizar

una velocidad de 60 [ciclo /min] para el picaporte.

ER7. Ensayos de resistencia al rayado superficial en acabado de barniz: Colocar la




ER8. Repetir el ensayo anterior con lpices de dureza decreciente hasta que uno de ellos



Tabla5: Requisitos para el acabado superficial (dureza) de las cerraduras de sobreponer.

EmbutirCaracterstica Tipo

Grado 1 Grado 2

Dureza (H) Barniz o pintura 3 2


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28

EQ1. Ensayo de niebla salina: Para este ensayo se establece el procedimiento de niebla




significativa y ningn punto mayor que 1,6 [mm^2] (0,0625 [pulg^2]) de dimetro. Las



Tabla 6: Requisitos para el acabado superficial (corrosin) de las cerraduras de embutir.

EmbutirCaracterstica Tipo

Grado 1 Grado 2Barniz o pintura 96 48

Cromado Sin valor Sin valor

Niebla salina (h)

Niquelado Sin valor Sin valor

EQ2. Las superficies sobre las cuales no se puede obtener depsitos controlados, tales



EQ3. Para componentes pequeos se deben utilizar probetas de ensayo con terminaciones



[mm] ( 0,064 [pulg] +- 0,004 [pulg]) de espesor.





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29

2.2 Clasificacin de los ensayos

Los ensayos antes descritos se pueden clasificar de acuerdo al tipo de cargas o

requerimiento al que son sometidos, y dicha clasificacin ayudar en la seleccin de los

sistemas de accionamiento de las mquinas a disear, y posibilitar la combinacin de

ensayos.

Los ensayos consideran:

Torques.

Cargas lineales horizontales.

Cargas lineales verticales.

Torques y cargas lineales combinadas.

Ensayos de ciclos. Medicin de distancias.

Rayado.

Ensayos qumicos.

A continuacin se presenta una tabla de clasificacin de los ensayos por tipo:

Tabla 7: Clasificacin de los ensayos segn tipo.

De acuerdo a la tabla anterior se puede cruzar informacin de los ensayos para as

considerar varios ensayos para un mismo diseo de mquina. El que el ensayo sea de

resistencia R o funcionamiento F da una nocin de la magnitud de la carga a la que es

sometido el componente.

Tipo Pomo Sobreponer Embutir Torque A PF1, PF2, PR5 SF2, SF4 EF2, EF3, EF6Carga lineal horizontal B PF5, PR1, PR2, PR3, PR6 SF1, EF1, , ER6Carga lineal vertical C PR4 SR1, SR2, SR3, SR5 ER1, ER2, ER3, ER4Torque y carga lineal D PF6 SF3, SF5, SR4 EF4, EF5, EF7, ER5,Ensayos de cic los E PF8 SF6 EF8Medicin de distancias F PF3, PF4Rayado G PR7, PR8 SR6, SR7 ER7, ER8Qumico H PQ1, PQ2, PQ3 SQ1, SQ2, SQ3 EQ1, EQ2, EQ3


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De acuerdo a la norma la obtencin de los torques necesarios se deben generar

mediante la aplicacin de cargas lineales (con cierto brazo), por lo que los ensayos de tipo

A, B, C y D se remiten a una correcta aplicacin de una carga lineal (horizontal o vertical

cuando corresponda). Los ensayos de tipo E y H se analizan como unidades individuales

por ser aplicaciones especficas. Los ensayos de tipo F y G son de aplicacin manual y la

norma es bastante especfica en su aplicacin, por lo que se no requiriere una mayor

profundizacin.

Para la generacin de cargas lineales hay que evaluar alternativas, y las dos

principales son la utilizacin de cilindros neumticos y/o cilindros hidrulicos, siendo la

escogida la primera por razones explicadas ms adelante.

2.3 Sistemas neumticos

2.3.1 Justi ficacin de su utilizacin en los diseos

Las principales variables a considerar en la determinacin del tipo de cilindro a

utilizar son el nivel de carga a aplicar, la precisin de la fuerza y la velocidad de

acercamiento, esto ltimo a fin de evitar impactos entre los vstagos (o elementos de

aplicacin de fuerza) y las cerraduras o componentes de contacto que correspondan.

El rango de fuerza necesarias de aplicar est entre los 10 [N] y 8000 [N]

aproximadamente (1 [kp] y 800 [kp] respectivamente), el rango de aplicacin de los

cilindros neumticos va desde uno pocos [N] hasta los 30000 [N] (3000 [kp]) y el rango

para los cilindros hidrulicos est entre los 90 [N] y los 2.000.000 [N] (9 [kp] a 200.000

[kp] respectivamente). Los componentes de control (en neumtica e hidrulica) estn

diseados para operar bien en torno a las cargas de trabajo preestablecidas, y si se trabajara

con cilindros hidrulicos estos estaran fuera de su rango de operacin (fuerzas demasiado

bajas), por lo que no se asegurara un buen funcionamiento de los componentes de control,

a diferencia de los cilindros neumticos, que para los rangos de fuerzas necesarios tienen

asociados componentes especficos que aseguran buen funcionamiento.


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31

Los rangos de velocidad de acercamiento entre los elementos a ensayar de las

cerraduras y los componentes motrices (cilindros o vstagos especficamente) no estn

especificados en la norma, por lo tanto lo nico que hay que considerar es obtener una

velocidad adecuada que evite impactos. En este mbito los cilindros hidrulicos tiene una

gran ventaja sobre los neumticos, ya que pueden funcionar a bajas velocidades sin

necesidades de componentes externos, pero en cilindros neumticos ello est solucionado

con la adicin de componentes de control neumticos o hidroneumtico, logrando como

menor velocidad 1 [mm/seg], lo cual asegura la obtencin de las velocidades necesarias.

La precisin de la fuerza es similar en ambos casos (neumtica e hidrulica), la cual

debe ser calibrada de acuerdo a las necesidades mediante el uso de equipos adecuados.

En la eleccin del tipo de sistema neumtico de energizacin no fueron

considerados costes econmicos de la produccin, el almacenaje y transporte de la energa,solamente se consider la precisin de las fuerzas que se puede obtener, a fin de que los

ensayos sean lo mas certero posibles.

2.3.2 Principios bsicos de la neumtica

Las instalaciones neumticas son mquinas y aparatos que trabajan con aire

comprimido o con aire aspirado. La neumtica abarca la totalidad de las aplicaciones de lasinstalaciones neumticas. Entonces para poder realizar aplicaciones neumticas es

necesario comprender los sistemas desde la generacin de aire comprimido, hasta el

correcto funcionamiento del componente motriz a utilizar. De acuerdo con lo anterior, la

neumtica se puede dividir en componentes y mandos o controladores, los cuales se

describen a continuacin:

Componentes neumticos

Produccin de aire comprimido: Para el funcionamiento correcto de las mquinas

neumticas debe garantizarse un caudal suficiente y una presin determinada de aire, y para

ello se utilizan compresores los cuales mueven caudales desde unos pocos [Nl/min] hasta

ms de 50.000 [Nm3/min], a presiones que van desde algunos [kp/cm2] hasta ms de 100


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[kp/cm2]. El rango de presiones generales de trabajo en neumtica est entre 3 y 15

[kp/cm2], pero por lo general se trabaja en torno a los 6 [kp/cm2]. Para aplicaciones

neumticas principalmente se utilizan los compresores de mbolo y rotativos. La seleccin

del compresor se realiza mediante la presin y caudal de aire requerido. La instalacin es

especificada por el fabricante. Es necesario determinar la cantidad de agua que se genera

producto de la compresin del aire, lo cual se puede realizar utilizando una carta

sicromtrica. Para la seleccin del compresor se debe determinar el consumo total de todos

los equipos, sobredimensionndolo entre 10 y 30 % por prdidas por fugas y la presin

final no debe exceder mucho la ms alta necesaria.

Distribucin del aire comprimido: La distribucin del aire comprimido se realiza a travs

de acumuladores, tuberas exteriores (red) y tuberas interiores de las mquinas. Losdepsitos acumulados son estanques que almacenan aire comprimido, y se encuentran

entre el compresor y los componentes de trabajo, su principal funcin es compensar las

fluctuaciones de presin y separar el agua condensada. Su tamao depende del consumo de

aire comprimido y la potencia del compresor. Las tuberas pueden variar en dimetro

desde algunos [mm] hasta varios centmetro, pudiendo ser de goma, plstico o metal. El

criterio de determinacin de la red est dado por la velocidad de circulacin, la cada de

presin y la estanqueidad de la red en el conjunto. Para determinar el dimetro interior hay

que considerar el consumo requerido ms una reserva extra en caso de requerir una

expansin de la red en el futuro. El dimetro interior tambin est determinado por la

velocidad admisible, las prdidas admisibles, la presin P de trabajo, el nmero de puntos

de estrangulacin existentes en la tubera y la longitud de esta. Si aumenta la velocidad de

circulacin se presentar una mayor cada de presin entre el compresor y la toma. Los

rangos de velocidad estn comprendidos entre 6 y 10 [m/s]. Se debe considerar una cada

de presin no mayor a 0,1 [kp/cm2] hasta los consumidores acoplados. En la prctica se

considera un 5 [%] de la presin de trabajo. Para determinar las prdidas en los puntos de

estrangulacin (tubos-accesorios, codos, etc.) se saca su equivalente de su largo en metros

[m], sus equivalentes quedan registrados en la tabla 8.


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Tabla 8: Equivalente de prdidas de singularidades en metros.

Longitud equivalente de tubera en m

Dimetro interior de tubera en mm

Dispositivo

25 40 50 80 100 125 150

Vlvula de asiento 6 10 15 25 30 50 60

Vlvula de cierre 3 5 7 10 15 20 25

Vlvula de compuerta 0.3 0.5 0.7 1 1.5 2 2.5

Manguito acodado 1.5 2.5 3.5 5 7 10 15

Manguito acodado 1 2 2.5 4 6 7.5 10

Manguito acodado r = d 0.3 0.5 0.6 1 1.5 2 2.5

Manguito acodado r = 2D 0.15 0.25 0.3 0.5 0.8 1 1.5

Empalmes de tuberas, tubo T 2 3 4 7 10 15 20

Pieza reductora 0.5 0.7 1 2 2.5 3.5 4

Para determinar el dimetro interior de la tubera se utiliza el nomograma

presentado en la figura 38, en el cual se entra con el consumo [Nm3/min], la presin de

trabajo [[kp/cm2

], la longitud de la tubera [m] y la cada de presin admisible, y sedetermina con ello el dimetro interior de la tubera.

La instalacin de las tuberas deben ser en lugares accesibles, no empotradas o

galeras de tubos demasiado estrechas de modo que sea fcil su inspeccin. La instalacin

de las tuberas deben hacerse con una inclinacin de entre 1 y 2 [%] en el sentido de

circulacin. Las derivaciones verticales hacia abajo no deben terminar directamente en la

toma por el consumidor, ello debido a la posible acumulacin de agua de condensacin

(hay que instalar un pequeo acumulador con una purga).


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Figura 38: Nomograma para el clculo de tuberas neumticas.

Las tuberas que salen de la lnea principal deben salir hacia arriba con un

radio de curvatura igual a dos veces el dimetro exterior de la tubera de salida (figura 39).

Dr =2 (1)

Figura 39: Curvatura tubera de salida.


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Es conveniente instalar las tuberas de abastecimiento en anillos con acumulador

intermedio, ya que debido a ello se reduce en un tercio la seccin de la tubera comparada

con la lnea normal abierta. Dicha red se puede presentar con tuberas derivadas del anillo o

derivadas de las transversales (figura 40).

Figura 40: Redes de aire comprimido con tuberas en anillo y acumulador intermedio

(consumidores en rojo).

Los tubos de la red se pueden unir mediante uniones soldadas o uniones atornilladas

(acoples rpidos). La ventaja de las uniones soldadas es su buena estanqueidad, pero

presenta oxidacin y prdidas de material que se acumulan en los componentes.

La red de aire comprimido debe subdividirse en secciones mediante vlvulas de

bloqueo, con el fin de que en los trabajos de mantenimiento y reparaciones no se pierda aire

y que evacuada la red en su totalidad. El tamao de las secciones viene determinado por los

consumidores a ella conectados. Todas las naves o salas de produccin que estnconectadas a la red de aire comprimido deben poderse aislar.

Las tuberas interiores ms utilizadas son las de acero con paredes delgadas, cobre,

plstico y mangueras de goma o plstico. La seleccin est dada por el ambiente al que


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estarn en contacto, las cargas que debern resistir y la frecuencia de maniobra a las que

estarn sometidas. Las tuberas interiores se unen mediante racones (acoples).

Preparacin del aire comprimido: Luego del compresor y acumuladores el aire

comprimido debe ser preparado para que ingrese en ptimas condiciones a los componentes

generadores de trabajo. La unida de mantenimiento est compuesta por un filtro, un

regulador de presin y un engrasador del aire. Las partculas finas que no caen en el

condensador son abrasivas para los elementos neumticos. Las partes mviles de los

sistemas neumticos necesitan lubricacin. La funcin del filtroes liberar las impurezas y

el agua contenida en el aire comprimido, su funcionamiento es mediante la induccin de

rotacin del aire para generar fuerzas centrfugas y lograr la separacin. Tambin sirve para

enfriar el aire comprimido. El cartucho de filtro poroso (0.02-0.05 [mm]) debe limpiarse ycambiarse peridicamente. La purga del condensado puede ser de forma manual o

automtica. A continuacin se presenta una figura descriptiva:

Figura 41: Filtro de aire comprimido.

La funcin del regulador de presines mantener constante el consumo de aire y la

presin de trabajo (P secundaria) con independencia de la presin de la red variable

(presin primaria). La presin de entrada es siempre mayor que la de salida, est ltima es


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indicada por un manmetro. Su funcionamiento se basa en la regulacin de la presin de

salida a travs del manejo del caudal que circula. Se pueden distinguir 2 clases de

reguladores de presin, con y sin orificio de purga. A continuacin se presenta una figura

descriptiva:

Figura 42: Regulador con orificio de purga.

La funcin del engrasador es suministrar a los aparatos neumticos el lubricantesuficiente. Este funciona de acuerdo al principio de Venturi, el aceite contenido en el

depsito de alimentacin es aspirado y pulverizado al entrar en contacto con la corriente de

aire. Un esquema queda representado en la figura 43.


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Figura 43: Engrasador.

Actualmente los elementos anteriores se combinan pudiendo estar en una carcasa el

filtro y el regulador, y otra el engrasador, tambin los tres elementos pueden estar en una

carcasa, como el caso de la figura 44.

Figura 44: Unidad de mantenimiento combinada.

La unidad de mantenimiento no debe estar a ms de 5 [m] del ltimo consumidor,

para evitar la precipitacin de las partculas de aceite.


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Figura 45: Esquema de una instalacin de distribucin de aire comprimido

Elementos de trabajo y mando: Los principales elementos neumticos son los cilindros

neumticos, las vlvulas, los dispositivos hidroneumticosy los accesorios varios. Los

cilindros neumticos se utilizan como productores de trabajo para generar movimientos

rectilneos. Realizan la conversin de energa esttica en forma de presin de aire en trabajo

mecnico realizado por el vstago de un cilindro. El cilindro de aire comprimido es un

dispositivo motor en el que la energa esttica (energa neumtica del aire comprimido) se

transforma en trabajo mecnico mediante la reduccin de la sobrepresin hasta la presin

atmosfrica exterior. Los cilindros se pueden clasificar de acuerdo a su funcionamiento,siendo estos de simple efecto, doble efecto o especiales. Los cilindros de simple efecto son

aquellos que realizan trabajo en una sola direccin, pudiendo el vstago expandirse del

cilindro o contraerse. Pueden subdividirse en cilindros de membrana plana, de membrana

arrollable y de mbolo (figura 46), siendo este ltimo el ms utilizado.

Figura 46: Cilindro simple efecto de mbolo.


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La fuerza del resorte debe estar entre 10 y 15 [%] de la fuerza del mbolo a 6

[kp/cm2]. El cilindro de doble efecto puede producir trabajo en los 2 sentidos de

movimiento. Es un cilindro de mbolo y posee 2 tomas de aire ( figura 47).

Figura 47: Cilindro de doble efecto, mitad superior con amortiguador e inferior sin.

Las fijaciones de los cilindros dependen de los fabricantes y se seleccionan en

conjunto con los cilindros. Los cilindros especiales pueden ser ejecuciones especiales de

cilindros normales o cilindros especficos. Los primeros se refieren a variaciones en el

programa de fabricacin y no al cambio de alguna pieza particular del cilindro (por ejemplovstago reforzado). Los segundos presentan variaciones en sus componentes, y dentro de

este grupo estn los cilindros Tandem, los cuales en su vstago tiene 2 mbolos, as tiene 2

cilindros de doble efecto en serie, duplicando su capacidad sin aumentar el dimetro.

Tambin dentro del ltimo grupo estn los cilindros de mltiple posiciones, cilindros

rotativos y los cilindros de impacto.

Caracterizacin tcnica para cilindros: Las principales variables a considerar en la

seleccin de los cilindros neumticos, son la fuerza del cilindro, el consumo de aire, la

velocidad del mbolo y la carga de pandeo. La fuerza del cilindro es una funcin del

dimetro del cilindro, la presin del sistema y el roce del mbolo (dependiente de la

velocidad del mbolo). La fuerza de presin se mide en estado de reposo (esttico) y la


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resistencia de rozamiento corresponde a la fuerza del momento de arranque. La fuerza de

presin est dada por:

[ ]kpPAF

PreaF presinmbolopresin

=

= (2)

Para los cilindros de simple efecto, la fuerza se calcula restando la fuerza que ejerce

el resorte:

fPDF =4

2 [kp] (3)

D: dimetro cilindro [cm].

P: presin del sistema [kp/cm2].

f : fuerza resorte [kp].

Los cilindros de doble efecto no cuentan con un resorte para volver a su posicin de

equilibrio, as su fuerza no disminuye en la carrera de avance, pero en su carrera de

retroceso la fuerza disminuye, debido a la disminucin del rea del mbolo por la existencia

del vstago, la formulacin matemtica es la siguiente:

PdDF

PDF

R

A

=

=

4)(

4

22

2

(4)

FA: Fuerza de avance [kp].

FR: Fuerza de retroceso [kp].

D: Dimetro del mbolo [cm].

d: Dimetro del vstago [cm].

P: Presin del sistema [kp/cm2].

Para el rozamiento o el momento de roce se descuenta entre el 3 y 10 % de la fuerza

calculada. Para la seleccin de cilindros los fabricantes han preparado tablas, en las cuales

se entra con la presin de trabajo y la fuerza deseada, y se determina el dimetro adecuado

del cilindro. La energa del aire comprimido que alimenta los cilindros se consume

transformndose en trabajo. El aire comprimido ya utilizado afluye a la atmsfera por el


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escape durante la carrera de retroceso del mbolo. El consumo de aire es una funcin de la

relacin de compresin, el rea del mbolo y la carrera.

Consumo = Relacin de compresin * rea mbolo * carrera (5)

La relacin de compresin referida al nivel del mar est dada por:

033.1

]/[033.1 2cmkppresintrabajo+ (6)

El consumo de aire se indica siempre en litros de aire aspirado para la obtenervalores uniformes referidos a la potencia del compresor. Para simple efecto se tiene que:

min]/[NlqnsQ = (7)

Q: Consumo total de aire en [Nl/min].

s: Carrera en [cm].

n: Ciclos por minuto.q: Consumo de aire por cm de carrera.

Para el caso de cilindros de doble efecto se tiene que (el volumen del vstago se

desprecia):

min]/[2 NlqnsQ = (8)

Los espacios muertos pueden alcanzar hasta un 20 % del consumo de aire de

trabajo propiamente considerado. Los espacios muertos son principalmente las tuberas de

alimentacin de los propios cilindros, los espacios en las posiciones finales de los cilindros

no utilizados en las carreras, etc. La velocidad media del mbolo en los cilindros estndar

est comprendida entre 0.1 y 1.5 [m/s]. La velocidad del mbolodepende de la presin del

aire, la fuerza del resorte o antagonista, las secciones de las tuberas, la longitud de las


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tuberas entre la vlvula de mando y el cilindro y, el dimetro nominal de la vlvula de

mando. Tambin puede ser afectada por vlvulas de estrangulacin o vlvulas de escape de

escape rpido. Los fabricantes construyen sus cilindros teniendo en cuenta el pandeo, y

para la generalidad de los cilindros pueden escogerse en lugar del vstago normal uno de

mayor seccin.

Vlvulas: Las vlvulas son dispositivos para regular el arranque, parada y sentido as como

la presin o flujo del medio de presin, impulsado por una bomba hidrulica, un compresor,

una bomba de vaco o una depsito acumulador. Como principales caractersticas se

encuentra la definicin de su funcin, su forma de accionamiento y los tamaos de sus

roscas de conexin. La forma de accionamiento de las vlvulas puede ser manual,

mecnica, elctrica, hidrulica o neumtica. Las vlvulas principales son las vlvulasdistribuidoras o de vas, las vlvulas antiretorno o de bloqueo, las vlvulas

reguladoras de presin y las reguladoras de flujo o de velocidad. Las vlvulas

distribuidoras influyen en el camino del aire comprimido (de manera preferente arranque,

parada y sentido de paso). Dentro de las vas estn consideradas las conexiones de entrada

de aire comprimido, las conexiones de alimentacin para el consumidor, y los orificios de

purga o escape (aunque fuesen varios se cuentan como uno).

La nomenclatura en diagramas para las vas de las vlvulas son las siguientes:

La conexin del aire comprimido (alimentacin) se designa con la letra P.

Las tuberas de trabajo con letras maysculas en la secuencia A, B, C,

Los orificios de purga con R, S, T,

Las tuberas de control o accionamiento con Z, Y, X,

Vlvula normal cerrada: no permite el paso en posicin de reposo, si se acciona

permite circular el aire comprimido.

Vlvula normal abierta: en reposo el paso est libre y accionada est cerrada.

Se le llama posicin de partida a aquella posicin de maniobra que toman las partes

mviles de una vlvula tras incluirla en un equipo y establecen la presin de la red. Todos

los cilindros deben purgarse despus de realizar el trabajo con el fin de que pueda comenzar


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una nueva fase. Una vlvula distribuidora se selecciona y designa al mismo tiempo por el

nmero de vas a controlar y por las posiciones de partida. La designacin de las vlvulas

se realiza utilizando 2 nmeros, el primero da el nmero de vas y el segundo el nmero de

posiciones, por ejemplo en la figura 48 aparece una vlvula distribuidora 3/2, la cual tiene 3

vas y 2 posiciones. Las vlvulas tambin se caracterizan segn su construccin, pudiendo

ser estas vlvulas de asiento o vlvulas de corredera. En las de asiento el control de paso es

mediante placas, platos, bolas o conos. El tiempo de respuesta en las vlvulas de asiento es

muy corto. La estanqueidad del asiento de la vlvula se realiza siempre con juntas elsticas.

Figura 48: Representacin vlvula distribuidora 3/2 de accionamiento manual, normal

abierta (3 equivale a R, 1 a A y 2 a B).

Las vlvulas de corredera se pueden clasificar en vlvulas de distribuidor axial, de

cursor plano axial y de disco. Las vlvulas de distribuidor axial como elemento de control

poseen un mbolo que carga con aire comprimido y purga las tomas del cilindro mediante

un movimiento a lo largo del eje. Las vlvulas de cursor plano axial poseen un mbolo para

la inversin de la vlvula, pero las tomas son controladas por el distribuidor plano

adicional. Las vlvulas de disco distribuidor son por lo general de accionamiento manual o

por pedal, debido a que se precisa un giro para la inversin de la vlvula.

En los equipos la vlvula puede ser simultneamente elemento emisor de seales,

rgano de control y rgano de regulacin. Los tipos de accionamiento de las vlvulas

pueden ser manuales, mecnicos, neumticos y elctricos. Los rganos de accionamiento de

la vlvula pueden designarse con las letras minsculas a, b, c,; de acuerdo con la

correspondiente posicin de maniobra. El adicionamiento manual puede ser mediante un

pulsador, una palanca, un pedal o un pedal con enclavamiento. Para el caso de

accionamiento mecnico, este puede ser con una leva, un rodillo o un rodillo escamoteable.


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Figura 49: Vlvula 3/2 de accionamiento mecnico directo por rodillo (izquierda), vlvula

de mando indirecto 3/2 accionada neumticamente (derecha).

Las vlvulas de bloqueo se pueden clasificar en de retencin, selectiva,

estranguladora de retencin, de purga rpida y de simultaneidad. Las vlvulas de

retencin bloquean un solo sentido de paso, dejando el otro libre. Las vlvulas selectoras

poseen 2 entradas y 1 salida, y el efecto de bloqueo acta siempre en el sentido de la

entrada purgada, por lo que queda el paso desde la otra entrada hacia la salida. Las vlvulas

estranguladoras con retencin se les llama tambin reguladoras de velocidad, el punto de

estrangulacin es regulable, ajustndose as el flujo circulante. Las vlvulas de purga rpida

permiten una evacuacin rpida del aire en la carrera de retroceso del pistn aumentando su

velocidad. El aire de escape no debe recorrer el camino de vuelta por la lnea de mando de

la vlvula de control propiamente considerada, por lo que es conveniente montar una

vlvula de purga rpida directamente en la toma del cilindro. La vlvula de simultaneidadtiene dos entradas de presin y una salida, la seal de salida solo est presente si lo estn las

dos seales de entrada.

Figura 50: Representacin vlvula selectiva.

Las vlvulas de presin influyen sobre la presin del aire comprimido en

circulacin. Las vlvulas limitadoras de presin impiden la elevacin de la presin mxima

admisible del sistema, y su aplicacin principal es como sistema de seguridad. Las vlvulas


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de secuencia son similares a la anterior, pero cambia se aplicacin. La salida A de una

vlvula de secuencia permanece bloqueada hasta que se alcanza la presin seleccionada,

garantizando una presin mnima.

La vlvula reguladora de presinya fue explicada en la unidad de mantenimiento,

y su funcionamiento es a travs de un resorte y una membrana.

La accin de las vlvulas de flujo se limita exclusivamente al caudal circundante.

Las nicas vlvulas de este propsito son de estrangulacin, pudiendo tener estrechamiento

constante o variable.

Dispositivos hidroneumticos: A bajas velocidades los dispositivos neumticos presentan

problemas de continuidad de la velocidad, es decir, a medida que aumenta la estrangulacin

del flujo, disminuye la velocidad y aumentan las sacudidas y los tirones. Comoconsecuencia de la compresibilidad del aire, no puede mantenerse una velocidad de avance

desde el principio hasta el final de la carrera, fenmeno que no se presenta en los

dispositivos hidrulicos (el aceite es poco compresible), por lo que se utilizan como

complemento a los sistemas neumticos. Los principales dispositivos hidroneumticos son

los convertidores oleoneumticos, los cilindros freno de aceite y los transformadores

de presin. El convertidor oleoneumtico transforma la presin de un medio en una

presin equivalente en otro (pasa presin de aire en presin de aceite). El cilindro freno de

aceite es un circuito cerrado de aceite (pistn) que se monta en paralelo con el cilindro

neumtico y se unen a travs del mbolo, as controla la velocidad de desplazamiento del

pistn neumtico. El multiplicador de presin utiliza un pistn con dos mbolos, uno de

gran seccin est en contacto con la presin de aire, y el otro es de menor seccin y est en

contacto con aceite, as transforma una pequea presin de aire en una gran presin de

aceite. Los convertidores oleoneumticos y los multiplicadores de presin tienen un

volumen de aceite exactamente limitado en cada lado. Debe calcularse el volumen de aceite

necesario para el rgano de trabajo y, de acuerdo con el resultado, seleccionarse el tamao

del dispositivo oleoneumtico. El cilindro freno de aceite debe estar adaptado en su

longitud dela carrera del cilindro o bien a la longitud de la carrera de trabajo, para la que

debe realizarse la regulacin del movimiento uniforme lento mediante el cilindro freno de

aceite.


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Accesorios: Son todos los elementos que no pertenecen al mando ni al trabajo, tales como

las placas de montaje de las vlvulas, los silenciadores y los acoples flexibles por rtulas.

A continuacin se presenta una tabla resumen donde se consideran los elementos

antes mencionados con sus respectivas clasificaciones y unas figuras con las simbologas de

los principales componentes neumticos.

Tabla 9: Resumen de componentes neumticos.

Produccin de aire comprimido Compresor mboloRotativo

Distribucin aire comprimido Depsitos, acumuladoresTuberas (red)Tuberas interiores para equipos

Preparacin aire comprimido Unidad de mantenimiento Filtro

Regulador de presinEngrasadorUnidad combinada

Unidad de trabajo y mando Cilndros Simple efecto MembranaMembrana arrollablembolo

Doble efecto Con amortiguacinSin amortiguacin

Especiales TandemImpacto

Caractersticas de los cilndros Fuerza del cilndroConsumo de aireVelocidad del mboloPandeo

Vlvulas Distribuidoras Funcin "2/2""3/2""4/2""4/3"

Construccin Asiento BolaDisco

Corredera Distribuidor axial

Cursor plano axialde disco

Accionamiento Directo Muscular Mecnico

Indirecto NeumticoElctrico

De bloqueo De retencinSelectoraEstranguladora de retencin (velocidad)Purga rpidaSimultaneidad

De presin Limitadora (seguridad)Secuancia (presin mnima)

De flujo EstrangulacinDiafragma

Dispositivos hidroneumticos Convertidor oleohidrulicoCilindro freno de aceiteMultiplicador de presin

Disposi tivos combinados Unidad neumtica de avanceUnidad oleoneumtica de avanceUnidad de avance con sistema de retornoUnidad de avance rtmicoUnidad taladradora de avance

Accesorios Placas SueltasBateras

SilenciadorAcoplamiento flexible por rtula


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Figura 51: Simbologa principales componentes neumticos.


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3. Diseo de las mquinas de ensayo de funcionamiento y

resistencia

Para los ensayos que requieran cargas lineales se utilizarn cilindros neumticos dedoble efecto, y para los ensayos que requieran la aplicacin de torques se utilizarn

cilindros de eje rotativo combinados con los componentes neumticos de control

adecuados.

3.1 Metodologa de diseo util izando sistemas neumticos

El diseo de las mquinas en las cuales se utilicen sistemas neumticos se realizar

de la siguiente manera:

1.- Inicialmente se compararn los ensayos de acuerdo a la clasificacin presentada en

la tabla 7 (cargas lineales, torque, etc.), agrupando los que presenten mayor

similitud geomtrica. Luego se compararn los niveles de carga requeridos en cada

ensayo, agrupando los que requieran cargas de similar magnitud. Lo anterior se debe

a que si hay mucha variacin en las cargas, tambin lo habr en la presin detrabajo, produciendo un menor aprovechamiento de la presin disponible

(suponiendo que se trabaja con un mismo cilindro neumtico). Como resultado se

presentar una tabla con todos los ensayos asociados a una mquina con su

respectivo resumen de requerimientos.

2.- Luego de tener agrupado los ensayos, se proceder a la seleccin del cilindro de

acuerdo al mayor nivel de requerimiento (carga), para una presin normal de trabajo

de 6 [kp/cm2] (6 [bar]) y presin mxima de 7 [kp/cm2] (7 [bar]). La fuerza para los

cilindros de doble efecto en el lado del vstago est dada por:

PdDFR = 4)( 22

(9)


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En el caso del lado sin vstago (traccin) basta con eliminar d en la ecuacin

anterior, donde D es el dimetro del mbolo y d el del vstago. Dado los datos se

determina la diferencia D2-d2 necesaria, luego se calcula con datos de cilindros de

catlogo (D, d) seleccionando aquel que cumpla con el requisito que sea mayor o

igual.

P

FdD R

422 (10)

3.- Diseo del (los) circuito (s) que realicen los ensayos correspondientes, con las

explicaciones de funcionamiento y operacin respectivas. Tambin se especificarn

las presiones de trabajo para cada ensayo de acuerdo al cilindro especificado. Lapresin en el lado sin vstago est dada por:

2

2

102.0

==

D

F

A

FP

(11)

Variables: P [kp/cm2], F [N] y D [cm] (presin, fuerza y dimetro del cilindro

respectivamente).

Para el caso de la presin en el lado del vstago est dada por:

2

22

102.0

==

dD

F

A

FP

(12)

Variables: d [cm] dimetro del vstago.Tambin en esta punto se especifica el modo de operacin de la mquina (sistema

neumtico).


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4.- Seleccin y especificacin de los componentes utilizados en el circuito neumtico

(considerando como proveedor Pneumax), especificando parmetros de operacin.

5.- Diseo de las estructuras de montaje de los componentes neumticos, las cuales

deben cumplir con la funcionalidad requerida por cada ensayo (incluyendo

accesorios). Lo anterior aplicando la teora de diseo mecnico.

6.- Dibujo de los componentes en Solid Edge V12.

7.- Resumen resultados para cada mquina:

Circuito neumtico (plano de cada mquina).

Tabla de componentes neumticos seleccionados de proveedores. Tabla de elementos estructurales seleccionados de proveedores.

Especificaciones elementos a construir.

Maqueta electrnica del conjunto (esquema).

Maqueta de montaje (conjunto explosionado).

Maqueta de estructuras de montaje de componentes neumticos, planos

conjunto y despiece.

Especificaciones de componentes utilizados en el diseo de las

estructuras.

Ficha tcnica y de operacin de la mquina.

Ficha resumen de componentes a utilizar en supuesta fabricacin. Lo

anterior con el objetivo de realizar el anlisis econmico.


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3.2 Diseo de las mquinas

Las etapas de diseo se designarn de acuerdo a la metodologa (igual numeracin)

mencionada anteriormente.

3.2.1 Diseo mquina 1: mquina para ensayos de funcionamiento yresistencia de cerraduras de pomo, embutir y sobreponer.

1.- Los ensayos de funcionamiento para los tres tipos de cerraduras son similares, en los

cuales hay que aplicar cargas lineales y torques por ambos lado de la cerradura en

puntos espaciales similares, por lo que se asocian para la mquina 1 todos los

ensayos de funcionamiento.Tambin son considerados los ensayos PF7, que implican la aplicacin de los

ensayos PF1, PF2, PF5 y PF6 con variacin en sus parmetros de ejecucin en

cargas y torques.

De los ensayos de resistencia los que requieren cargas y geometras similares a los

de funcionamiento son los ensayos SR4 y ER5, por lo que tambin sern abarcados

por la mquina 1.

La norma explicita las cargas lineales, torques y lado de la cerradura donde debenser aplicados (interno a la puerta, externo a la puerta e indistinto). Segn lo anterior

se establece que debe haber un cilindro neumtico (cargas lineales) y un cilindro de

eje rotatorio por cada lado de la puerta (externo e interno). Los ensayos de

funcionamiento y los 2 de resistencia asociados deben ser realizados sobre una

puerta de medidas estndar . La tabla 10 presenta los ensayos asociados.

Tabla 10: Ensayos mquina

Tipo Pomo Sobreponer Embutir Torque A PF1, PF2 SF2, SF4 EF2, EF3, EF6Carga lineal horizontal B PF5 SF1 EF1Carga lineal vertical CTorque y carga lineal D PF6 SF3, SF5, SR4 EF4, EF5, EF7, ER5Ensayos de cicl os EMedicin de distancias FRayado GQumico H


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Tabla 11: Resumen datos ensayos mquina 1.

Ensayos de funcionamiento cerradura de pomo

Ensayo grado 1 Ensayo grado 2 Grado 1 PF7 Grado 2 PF7Ens ayo Lad o puerta Fuerza [N] Torque [ Nm] Fuerza [N] Torque [ Nm] Fuerza [N] Torq ue [Nm] Fuerza [N] To rq ue [Nm] F

PF1 1 indistinto 1.00 1.00 1.20 1.20PF2 externo 1.00 1.00 1.20 1.20PF5 interno 20.00 20.00 24.00 24.00PF6 externo 222.00 5.00 222.00 5.00 222.00 6.20 222.00 6.20

Ensayos de funcionamiento cerradura de sobreponerEnsayo grado 1 Ensayo grado 2 Ensayo Max. Requerimiento grado 1 125 %

Ensayo Lado puerta Fuerza [N] Torque [Nm] Fuerza [N] Torque [Nm] Fuerza [N] Torque [Nm]

SF1 Interno 25.00 25.00 31.25SF2 Indistinto 0.70 0.70 0.88SF3 Interno 50.00 2.50 50.00 2.50 62.50 3.13SF4 Indistinto 0.50 0.50 0.63

SF5 Interno 50.00 2.50 50.00 2.50 62.50 3.13

Ensayos de funcionamiento cerradura de embutirEnsayo grado 1 Ensayo grado 2 Ensayo Max. Requerimiento grado 1 125 %

Ensayo Lado puerta Fuerza [N] Torque [Nm] Fuerza [N] Torque [Nm] Fuerza [N] Torque [Nm]EF1 Interno 25.00 25.00 31.25EF2 Indistinto 3.00 3.00 3.75EF3 Indistinto 0.70 0.70 0.88EF4 Interno 50.00 2.50 50.00 2.50 62.50 3.13EF5 Torque interno 222.00 8.00 222.00 8.00 277.50 10.00

Fuerza externaEF6 Externo 0.50 0.50 0.63EF7 Fuerza interna 50.00 2.50 50.00 2.50 62.50 3.13

Torque indistinto

Ensayos de resistencia

Ensayo grado 1 Ensayo grado 2 Ensayo Max. Requerimiento grado 1 125 %Ensayo Lado puerta Fuerza [N] Torque [Nm] Fuerza [N] Torque [Nm] Fuerza [N] Torque [Nm]SR4 Frontal 20 20 25

interno 1 1 1.25ER5 Frontal 20 20 25

interno 1 1 1.25


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Como se mencion anteriormente se dispondrn se dos cilindros por cada lado de la

puerta, uno de carga lineal de doble efecto, y otro de eje rotativo para la generacin

de los torques necesarios; los que en conjunto con tenazas de torque y muones de

ataque (diseados ms adelante) sern los encargados de realizar los trabajos

necesarios para el desarrollo de los ensayos. En la tabla 11 se especifican los tipos

de cargas y el lado de aplicacin para cada uno de los ensayos involucrados en la

mquina 1. A continuacin se presenta unas figuras en las cuales se muestran la

disposicin de los cilindros con respecto a la puerta (el diseo de la puerta permite

el montaje de cerraduras de pomo, embutir y sobreponer, pero en este caso se

presenta como ejemplo la cerradura de pomo).

Figura 52: Disposicin cilindros mquina 1.


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Figura 53: Vista superior disposicin de los cilindros en mquina 1.

Figura 54: Vista frontal de los cilindros en la mquina 1.

De acuerdo con la informacin entregada en la tabla 11 se pueden establecer que

cilindros (A, B, C y/o D) debern trabajar en la ejecucin de los ensayos de

funcionamiento. De acuerdo a las figuras 52, 53 y 54 queda establecido que los

cilindros del lado externo son los A y B, y los de cilindros del lado externo son losC y D. El cilindro de doble efecto D trabaja en sentido de cierre de la puerta y el

cilindro de doble efecto B trabaja en sentido de apertura de la puerta. A

continuacin se presenta una tabla en la cual se especifican los cilindros que

trabajan en la ejecucin de cada uno de los ensayos de funcionamiento:


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Tabla 12: Funcionamiento de cilindros en los ensayos de la mquina 1.

Con la informacin entregada en la tabla 12 se establece en que ensayo tiene

inferencia cada cilindro, lo cual servir para poder dimensionar los mismos en el

punto 2 de la metodologa de diseo. Tambin se considera PF7 que corresponde a

la ejecucin de PF1, PF2, PF3 y PF4 con los valores especificados en la tabla 11.

Para la ejecucin de los ensayos SR4 y ER5 el cilindro D deber poder ser montado

perpendicular al frontal de la puerta.

Claramente por geometra podran asociarse varios ensayos de resistencia con los de

funcionamiento de acuerdo con la clasificacin de la tabla 7, pero los ensayos de

resistencia requieren de cargas lineales y torques mucho mayores (de 2 ordenes de

magnitud superiores), lo que producira una diferencia de presin de los cilindros

demasiado alta en la ejecucin de los diferentes ensayos (presin normal en losensayos de resistencia y muy baja en los ensayos de funcionamiento utilizando un

mismo cilindro neumtico), lo que se traduce en un bajo aprovechamiento de la

energa neumtica en forma de presin de aire, y tambin podran haber problemas

de control debido a que se estara operando fuera de los rangos de operacin

normales. Los 2 nicos ensayos de resistencia que requieren cargas bajas y

aplicaciones de geometra similar son los ensayos SR4 y ER5 que son tambin

incluidos en la mquina 1.

2.- De acuerdo a la informacin entregada en las tablas 11 y 12 se puede determinar el

mximo requerimiento para cada uno de los cilindros neumticos, considerando el

sobredimensionamiento de 25 % recomendado por el proveedor, con lo cual se

podrn determinar los dimetros de los cilindros de doble efecto y los cilindros de

Ensayos pomo Ci lindros Ensayos sobreponer Ci lindros Ensayos embuti r Ci lindrosPF1 A SF1 D EF1 DPF2 A SF2 C EF2 C

PF5 D SF3 C, D EF3 CPF6 A, B SF4 A EF4 C, DSF5 C, D EF5 B, CSR4 C, D EF6 A

EF7 D, AER5 C, D


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eje rotatorio, y as poder seleccionarlos de los catlogos de los proveedores. A

continuacin se presenta una tabla resumen con los mximos requerimientos para

cada uno de los cilindros:

Tabla 13: Requerimientos de diseos para los rganos motrices de la mquina 1.

La seleccin de los cilindros de eje rotatorio se basa completamente en la

informacin entregada por el proveedor, la cual se resume en la siguiente tabla,donde segn el dimetro del cilindro se entrega el torque que puede entregar en

funcin de la presin de trabajo.

Tabla 14: Informacin cilindros eje rotatorio.

De acuerdo con la informacin anterior, para la seleccin del cilindro de eje rotativo

se selecciona un dimetro, y dada la constante torque/presin se puede determinar la

presin de trabajo necesaria para un torque dado.

Para la seleccin del cilindro A se han considerado razones geomtricas impuestas

por el ensayo a PF6, debido a que tienen que actuar simultneamente los cilindros A

y B, por lo que se opta por seleccionar el cilindro de eje rotativo de menor dimetro,el cual corresponde a 32 mm.

Dimetro mm 32 40 50 63 80 100Momento torsin Nm/bar 0.9 1.7 2.9 5.55 13.2 23.8Carga axial mx. kg. 8 10 10 12 18 22

ngulo de amortiguacin 60 60 50 50 40 40

rgano motriz Mx. req. [N] Mx. req. [Nm]Cilindro A 6.2Cilindro B 277.5Cilindro C 8Cilindro D 62.5


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Tabla 15: Seleccin cilindro A.

En la seleccin del cilindro de eje rotatorio se ha considerado un ngulo de rotacin

de 90, ya que el giro mximo de apertura para el picaporte de las cerraduras de

pomo, embutir y sobreponer es cercano a los 30, y ello considerado en ambos

sentidos de apertura da un total de 60, por lo que hay una holgura de 30 (90-30).

Tambin se han seleccionado cilindros en los cuales se puede regular el ngulo derotacin.

Para la seleccin del cilindro B, se utiliza la relacin (9) eliminando d debido a que

la carga es en compresin, con una presin de 6 [bar]. Los resultados se resumen en

la siguiente tabla:

Tabla 16: Seleccin cilindro B.

De acuerdo con la informacin anterior se selecciona un microcilindro de dimetro

25 mm, con una carrera de 75 mm. El largo de la carrera se normaliza en 75 para

todos los cilindros, debido a que la distancia que deben realizar trabajo los vstagos

es mnima.

Presiones de t rabajo c i l indro e je rotat ivoC i l indro ADimetro cilindro [mm] 32

T/P 0.9Torque necesario [Nm] 6.2Presin de trabajo [bar] 6.89Cdigo Pneumax 1333.32.90.01R

Clculo de dimetro cilindro doble efecto compresin[kp/cm^2] [bar] [Pa]

Presin trabajo 6.00 5.89 588600.00[N] [kp]

Fuerza requerida 277.50 28.29[m^2] [cm^2] [mm^2]

D^2 requerido mnimo 0.00 6.00 600.30[m] [cm] [mm]

Dimetro minimo 0.02 2.43 24.27

Cdigo Pneumax cilindro 1260.25.75


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El requerimiento mximo para el cilindro de eje rotatorio C es de 8 [Nm], y de

acuerdo a la informacin de la tabla 14 el cilindro adecuado es de 40 mm, para una

presin de trabajo menor a los 6 [bar]. Los resultados se resumen en la siguiente

tabla:

Tabla 17: Seleccin cilindro eje rotatorio C.

El requerimiento mximo para el cilindro D es de 62.5 [N], y utilizando la misma

metodologa utilizada en la seleccin del cilindro B, se obtienen los siguientes

resultados:

Tabla 18: Seleccin cilindro D.

De acuerdo a lo anterior el dimetro del cilindro seleccionado es de 12 mm y carrera

75mm. A continuacin se presentan fotos de los 2 tipos de componentes neumticos

ya seleccionados (microcilindros y cilindros de eje rotatorio):

Presiones de trabajo cil indro eje rotativoCilindro BDimetro cilindro [mm] 40T/P 1.7Torque necesario [Nm] 8Presin de trabajo [bar] 4.71

Cdigo Pneumax 1333.40.90.01R

Clculo de dimetro cilindro doble efecto compresin[kp/cm^2] [bar] [Pa]

Presin trabajo 6.00 5.89 588600.00[N] [kp]

Fuerza requerida 62.50 6.37[m^2] [cm^2] [mm^2]

D^2 requerido mnimo 0.00 1.35 135.20[m] [cm] [mm]

Dimetro minimo 0.01 1.15 11.52

Cdigo Pneumax cilindro 1260.12.75


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Figura 55: Microcilindro Pneumax serie 1200.

Figura 56: Cilindro eje rotativo Pneumax serie 1333.

3.- Para diseo del circuito neumtico se utiliz el software Fluidsim 3 Demo Version

distribuido por la empresa Festo Pneumatic. Utilizando el software antes

mencionado tambin se realiz una simulacin del funcionamiento del circuito a fin

de validar el diseo. El diseo debe permitir el libre movimiento en compresin y

traccin de cada cilindro de doble efecto, as como la libre rotacin de los cilindros

de eje rotatorio, considerando la posibilidad de ejecucin simultnea de 2 elementos

motrices. En la pgina siguiente se presenta el circuito de la mquina 1.


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Figura 57: Circuito neumtico mquina 1.


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A continuacin se presenta una tabla con los componentes utilizados en el diseo

del circuito neumtico, cuyo funcionamiento ser descrito ms adelante:

Tabla 19: Componentes neumticos mquina 1.

Los rganos motrices ya fueron descritos anteriormente, y en el diagrama se utiliz

la misma nomenclatura para su designacin. Las vlvulas E, F, G y H son las

Componentes neumticos mquina 1Designacin Descr ipcin componente

A Actuador semi-rotatorioB Cilindro doble efectoC Actuador semi-rotatorioD Cilindro doble efectoE Vvula control de flujo unidireccionalF Vvula control de flujo unidireccionalG Vvula control de flujo unidireccionalH Vvula control de flujo unidireccional

I Vlvula 5/3 pilotaje neumtico-neumticoJ Vlvula 5/3 pilotaje neumtico-neumticoK Vlvula 5/2 selectora con enclavamientoL Vlvula 3/2 botn-resorteM Regulador de presin con manmentroN Vlvula 3/2 botn-resorteO Vvula control de flujo unidireccionalP Vvula control de flujo unidireccionalQ Vvula control de flujo unidireccionalR Vvula control de flujo unidireccionalS Vlvula 5/3 pi lotaje neumtico-neumticoT Vlvula 5/3 pilotaje neumtico-neumtico

U Selector de circuitoV Selector de circuitoW Temporizador normal cerradoX Temporizador normal cerradoY Vlvula 5/2 selectora con enclavamientoZ Vlvula 3/2 pilotaje neumtico-neumtico

AA Regulador de presin con manmentroBB Vlvula 3/2 pi lotaje neumtico-neumticoCC Vlvula 3/2 botn-resorteDD Vlvula 3/2 botn-resorteEE Vlvula 3/2 botn-resorteFF Vlvula 3/2 botn-resorte

GG Lnea aire comprimidoHH Unidad fi ltro-regulador de presin-engrasadorII Vlvula 3/2 botn-enclavamiento


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encargadas de estrangular el flujo de aire en la salida para as disminuir y controlar

la velocidad de avance de los microcilindros B y D. Las vlvulas I y J son las

encargadas de direccionar el aire comprimido a los microcilindros neumticos y as

ejercer movimiento de compresin, traccin o nulo. La vlvula selectora K es de

accionamiento manual, y con ella se decide cual de los microcilindros realizar

trabajo alimentando de aire comprimido a la vlvula I J segn se desee. La vlvula

L corresponde a un botn con resorte, es decir, se mantendr accionada mientras

est presionado el botn. Si se presiona el botn L, el cilindro B D antes

seleccionado con K, se desplazar en compresin (el vstago especficamente) hasta

que se suelte. La vlvula N realiza igual funcin, pero el en movimiento de traccin.

El regulador de presin con manmetro M es el encargado de fijar la presin de

trabajo deseada para obtener la fuerza de los cilindros adecuada para la ejecucin delos diferentes ensayos. Su regulacin se realiza mediante una perilla localizada en su

parte superior.

Las vlvulas O, P, Q y R son las encargadas de estrangular el flujo de aire en la

salida para as disminuir y controlar la velocidad de avance de los cilindros de eje

rotatorio A y C. Las vlvulas S y T son las encargadas de direccionar el aire

comprimido a los cilindros de eje rotatorio y as ejercer movimiento de rotacin o

nulo. La vlvula selectora Y es de accionamiento manual, y con ella se decide cual

de los cilindros de eje rotatorio realizar trabajo alimentando de aire comprimido a

la vlvula S T segn se desee. Las vlvulas selectoras de circuitos U y V se

utilizan para obtener comando de las vlvulas distribuidoras S y T desde dos puntos

de accionamiento distintos (se puede obtener giro en sentido horario si se presiona

cualquiera de los botones CC DD, giro en sentido anti-horario si se presiona EE

FF). El ensayo PF1 especifica que se debe ejercer un torque durante 1 minuto, por lo

que en el circuito se pusieron dos temporizadores normal cerrado W y X, los cuales

son accionados por los botones CC y FF respectivamente. La vlvula DD es de

accionamiento manual mediante un botn, y se mantendr accionada mientras el

botn se mantenga presionado, provocando que el cilindro seleccionado con la

vlvula Y gire en sentido horario. La vlvula EE cumple la misma funcin que la

vlvula DD pero provoca un giro en sentido anti-horario. La vlvula CC es de


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accionamiento manual mediante un botn; si se presiona 1 vez accionar la vlvula

de accionamiento neumtico Z, provocando que el cilindro antes seleccionado

comience a girar, y en conjunto con iniciar tambin comienza a alimentar el

temporizador neumtico W, el cual pasado 1 minuto enva una seal de vuelta a la

vlvula Z dejndola en su posicin de reposo. Con lo anterior se obtiene el giro o

torque durante 1 minuto con slo presionar una vez el botn CC. El botn FF

cumple la misma funcin que la descrita para el botn CC, pero genera un giro

durante 1 minuto, pero en sentido anti-horario. La presin de operacin se regula y

controla mediante la vlvula reguladora de presin con manmetro AA.

El punto GG representa la conexin a la red de aire comprimido. La unidad de

mantenimiento HH est compuesta por el filtro, regulador de presin y engrasador

de aire. La vlvula de accionamiento manual con enclavamiento II es la encargadade alimentar el sistema (on/off), y tambin puede ser utilizada como paro de

emergencia, debido a cualquier componente deja de funcionar en caso de

desconexin. La lnea principal que sale de la vlvula II est conectada directamente

con un distribuidor, que alimenta las lneas secundarias.

Se han dispuesto reguladores de presin antes de cada elemento motriz debido a que

la presin requerida por el sistema difiere de la presin de trabajo de cada rgano.

Tambin hay casos en que la presin de trabajo es menor que la presin mnima de

pilotaje de las vlvulas de accionamiento neumtico, por lo que se necesitan

reguladores independientes.

La presin de alimentacin es de 7 [bar] regulados en la unida de mantenimiento, y

para cada ensayos se requieren regulaciones de presiones diferentes para obtener las

fuerzas y torques deseados. En la tabla 20 se presentan las presiones que deben ser

fijas en cada regulador de presin para cada ensayo, de acuerdo a la ecuacin 11 y la

tabla 14.


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Tabla 20: Presiones requeridas en los reguladores M y AA para la ejecucin de los

ensayos de funcionamiento en la mquina 1.

Para determinar las presiones se utiliz la ecuacin 11 para los microcilindros de

doble efecto, y para los cilindros de eje rotatorio se utiliz la informacin de la tabla

14. No se consideran prdidas de carga entre el regulador de presin y los

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