Diseño y fabricación de una máquina para ensayos de compresión en madera con capacidad de quince toneladas

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Title: Diseño y fabricación de una máquina para ensayos de compresión en madera con capacidad de quince toneladas
Authors: Maila Carrillo, Carlos Esteban
Pilicita Jácome, Juan Carlos
Advisor: Jami Lema, Milton Salomón
Translated abstract: 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.
Keywords: INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO DE MÁQUINAS
MADERA
MADERA PRENSADA
PRENSAS
Issue Date: Jun-2010
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/4790
Language: spa
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