Diseño y fabricación de una máquina para ensayos de compresión en madera con capacidad de quince toneladas
El desarrollo del presente proyecto se basa en la idea general que es la ejecución del ensayo de compresión en probetas de madera (pruebas de compresión paralela a las fibras). Para la Universidad Politécnica Salesiana, el no tener una máquina para ensayos de compresión en madera genera inconven...
| Autor Principal: | Maila Carrillo, Carlos Esteban |
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| Otros Autores: | Pilicita Jácome, Juan Carlos |
| Formato: | bachelorThesis |
| Idioma: | spa |
| Publicado: |
2010
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| Materias: | |
| Acceso en línea: |
http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/4790 |
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| Sumario: |
El desarrollo del presente proyecto se basa en la idea general que es la ejecución del
ensayo de compresión en probetas de madera (pruebas de compresión paralela a las
fibras).
Para la Universidad Politécnica Salesiana, el no tener una máquina para ensayos de
compresión en madera genera inconvenientes en la labor académica puesto que ciertas
partes desarrolladas en el estudio de resistencia de materiales conllevan generalmente a
realizar prácticas o ensayos en probetas establecidas de acuerdo a las pruebas analizadas
teóricamente.
Tomando en cuenta esto y con el único fin de aportar al desarrollo intelectual e
infraestructural de la institución, se asume el reto de diseñar y construir una máquina
para ensayos de compresión en madera con capacidad de quince toneladas. Entonces se
logra contribuir con recursos adicionales para el completo desarrollo académico de los
estudiantes de la Carrera de Ingeniería Mecánica respecto al estudio del
comportamiento de materiales sometidos a cargas, y como es el presente caso, en
materiales sometidos a cargas axiales de compresión.
Las quince toneladas de fuerza se establecen de acuerdo a las prácticas realizadas
(ensayos de compresión paralela a las fibras) directamente en el laboratorio de
resistencia de materiales de la Universidad Politécnica del Ejercito (ESPE), donde se
sometió a algunas probetas de maderas suaves (Tabla A-12 de los anexos, Apéndice 1,
tabla A.3, página 727, del libro de termodinámica de CENGEL) a esfuerzos de
compresión en la máquina destinada a estos ensayos. Los resultados que se obtienen de
estas pruebas indican que las probetas resisten esfuerzos entre un rango de siete y diez
toneladas, por consiguiente se opta por quince toneladas debido a que siempre se debe
mantener un régimen de seguridad en los equipos hidráulicos ya que en teoría se
especifica que los valores de carga y carrera del fabricante representan los límites
máximos de seguridad, y se indica a demás que las buenas prácticas recomiendan usar
solo el 80% de estos valores.
Las quince toneladas se generan mediante un dispositivo mecánico-hidráulico
conformado por una bomba manual, manguera, cilindro, cañería, acoples, conectores
giratorios, manómetro, y accesorio para manómetro, todos hidráulicos y que satisfacen
el modelo denominado conjunto hidráulico. Para mantener una apropiada interpretación
del trabajo que estos cumplen se analiza su funcionamiento, manipulación y cuidados de
estos elementos.
El aspecto inicial de la máquina se crea previo a un análisis comparativo entre las
características físicas y mecánicas de máquinas que realizan pruebas similares de
compresión y mediante la aplicación de la norma ASTM E9-94 donde se establece que
para este tipo de ensayos la máquina ejecutora de los mismos debe estar provista de un
conjunto de apoyo de rotula (platos superior e inferior, la esfera y los resortes) para así
minimizar en lo posible pequeñas cargas flexionantes generadas por la mala alineación
de la probeta.
Para el diseño de la estructura se toma en cuenta el espacio físico donde se realizará el
ensayo de compresión y las dimensiones del cilindro hidráulico, es decir, de acuerdo a
la Norma ASTM D-143-94 donde se especifica las dimensiones de la probeta y del
catalogo Enerpag Anexo A3 donde se especifican las dimensiones del cilindro, acoples
y adaptador del manómetro, se procede a establecer las dimensiones correspondientes a
las zonas en función.
Manteniendo muy claros estos parámetros y correspondientemente a la fuerza que
genera el conjunto hidráulico se procede al diseño de los elementos que conforman la
estructura metálica.Eeste diseño involucra cálculos y simulaciones respectivas en el
software (SolidWorks) para certificar las dimensiones iniciales de las placas y para
establecer las dimensiones correspondientes a los cordones de soldadura, los resultados
de este diseño arrojan valores garantizados para poder determinar con certeza la
seguridad de la utilidad de la máquina para ensayos de compresión.
La estructura metálica está construida con la norma (ANSI B 11.2 prensas hidráulicas).
Esta normativa indica que esta debe ser robusta y con características ergonómicas capaz
de resistir esfuerzos superiores a las quince toneladas de fuerza. A demás para la
construcción y unión de elementos que conforman la estructura se procede bajo la
norma de soldadura NBE EA-95, donde se detallan los parámetros necesarios para la
ejecución correspondiente.
En fin, el mecanismo cumple con todos estos parámetros necesarios para satisfacer las
necesidades presentadas en el trabajo y exigidas por las normas, además para una
completa información en la utilización, operación y mantenimiento del equipo se crea
una guía donde se detallan explícitamente los paso a seguir para así evitar cualquier
inconveniente generado a lo largo del trabajo en la máquina para ensayos de compresión
en madera.
Con la máquina en perfectas condiciones se procede a la ejecución del ensayo de
compresión paralela a las fibras de la madera, para la consecución del mismo partimos
de estudios en los cuales se indican los parámetros necesarios en cuanto a la
manipulación de la máquina, dimensiones de las probetas a usar, y pasos a seguir en la
ejecución del ensayo, al igual que en las pruebas iniciales realizadas en el laboratorio de
la ESPE se procede a ejecutar los ensayos de compresión, obteniendo datos, los cuales
son interpretados y sometidos a cálculos respectivos para determinar las propiedades
mecánicas de la madera, estos resultados son comparados con valores establecidos en
textos (Timoshenko, “Resistencia de Materiales” Tabla H-2, página 899) para de esta
manera demostrar que los resultados obtenidos mantienen una completa relación entre
sí.
Entonces la construcción de la máquina para ensayos de compresión genera grandes
beneficios para la Universidad Politécnica Salesiana tanto en la parte académica como
en la infraestructural tomando en cuenta que su costo es moderado y adecuado en
comparación a los costos para este tipo de maquinaria que se analizaron en un inicio. |
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