1 diseño mecánico de una máquina universal de ensayos para

DISEÑO MECÁNICO DE UNA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS PARA
POLÍMEROS
PAULA ANDREA GALLEGO BOTERO
ROLANDO FERNEY CLAROS CLAROS
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE TECNOLOGÍAS
ESCUELA DE TECNOLOGÍA MECÁNICA
PEREIRA - RISARALDA
NOVIEMBRE DE 2007
1
DISEÑO MECÁNICO DE UNA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS PARA
POLÍMEROS
PAULA ANDREA GALLEGO BOTERO
ROLANDO FERNEY CLAROS CLAROS
Proyecto de grado para optar al título de
Tecnólogo Mecánico
Director del proyecto de grado:
GONZALO TRUJILLO SANTACOLOMA
Tecnólogo Mecánico
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE TECNOLOGÍAS
ESCUELA DE TECNOLOGÍA MECÁNICA
PEREIRA - RISARALDA
NOVIEMBRE DE 2007
2
Nota de aceptación
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
Firma del presidente del jurado.
_______________________________
Firma del jurado.
_______________________________
Firma jurado.
Pereira 13 de Noviembre del 2007.
3
AGRADECIMIENTOS
Damos gracias a Dios por habernos concedido la oportunidad de haber
compartido durante estos años de estudio, la alegría de
estar con nuestros
compañeros y profesores, quienes nos brindaron conocimientos y ratos
agradables.
A nuestros Padres: María Consuelo Botero Botero, Wilson Gallego, Gustavo
Claros, Romelia Claros porque sin escatimar esfuerzo alguno, han sacrificado una
parte de su vida para formarnos y porque nunca podremos pagar todos sus
desvelos, por lo que somos y por todo el tiempo que les robamos pensando en
nosotros.
A Gustavo A. Claros, Luis Andrés Meneses, Gloria Meneses y Olga Patricia Osorio
quienes fueron una fuente de apoyo durante toda mi vida de estudiante
universitario y quienes me dieron no tan solo un apoyo económico sino un apoyo
moral para poder salir adelante.
A Oscar Gómez por comprenderme y dar lo mejor de sí mismo sin esperar nada a
cambio, por escucharme y brindarme ayuda cuando fue necesario.
Gracias al tecnólogo en mecánica Gonzalo Trujillo Santacoloma por su apoyo
educativo y moral, a la Ingeniera Luz Adriana Cañas, quienes nos asesoraron
durante la realización del proyecto
Finalmente agradecemos a todos los familiares y amigos que directa o
indirectamente contribuyeron a la realización de este proyecto.
4
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………..
14
1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS PARA LA INTERPRETACION DE LOS
DATOS OBTENIDOS EN LOS ENSAYOS……………………………………
16
1.1 DIAGRAMA DE TENSIÓN-DEFORMACIÓN
15
1.1.1 parámetros relacionados con el diagrama tensión-deformación
17
1.2 CLASES DE PROBETAS PARA POLÍMEROS
21
1.3 PROPIEDADES TÍPICAS DE ALGUNOS POLÍMEROS
24
1.4 DESIGNACIÓN DE LA VELOCIDAD DE PRUEBA
25
1.5 POSIBLES FALLAS EN LA PRUEBA
26
1.6 UNIDADES
26
2.0 FUNCIONAMIENTO DE UNA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS
27
2.1 CLASIFICACIÓN
27
2.1.1 Según su estructura
27
2.1.2 Según el accionamiento
28
2.2 PARTES DE LA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS
MONOESPACIO Y DE ACCIONAMIENTO MECÁNICO.
30
3. MÉTODOS DE ENSAYOS EN LA MÁQUINA UNIVERSAL………………..
31
3.1 ENSAYO DE TRACCIÓN
31
3.2 ENSAYO DE COMPRESIÓN
34
3.3 DESARROLLO DE LA PRUEBA DE TRACCIÓN BAJO LA NORMA
35
ASTM D638
5
4. CARACTERÍSTICAS DE MATERIALES POLIMÉRICOS……………………
37
4.1 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS POLÍMEROS REALES
38
4.2 SELECCIÓN DE MATERIALES A UTILIZAR EN LAS PROBETAS PARA
ENSAYOS DE TRACCIÓN Y COMPRESIÓN
40
4.2.1 Polietileno
40
4.2.2 Polipropileno
41
5. DISEÑO DE LA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS……………………
44
5.1 DISEÑO DEL TUBO
51
5.2 SOLDADURA
54
5.3 DISEÑO DE TORNILLOS PARA LAS MORDAZAS
57
5.4 GUÍAS DE LA MORDAZA
61
5.5 GUÍA SUPERIOR
62
5.6 CÁLCULO DEL TORNILLO DE POTENCIA
64
5.7 DISEÑO DE TUERCA PARA TORNILLO DE POTENCIA
70
5.8 GUÍA MÓVIL
71
5.9 GUÍA INFERIOR
71
5.10 EJE PARA ALINEAR LAS GUÍAS
74
5.11 CARCASA
74
5.12 MOTORREDUCTOR
75
5.13 CÁLCULO DE CHAVETA PARA ACOPLAR EL MOTOR
78
5.14 CELDA DE CARGA
80
5.15 ESPARRAGO PARA UNIR LA CELDA DE CARGA CON LA
MORDAZA FIJA
82
6
5.16 VARIABLE SPEED DRIVE O VARIADOR DE VELOCIDAD
83
5.17 CÁLCULO DE ESTRUCTURA
86
6. COSTOS DE MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA
108
MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS PARA POLÍMEROS……………….….
7. CONCLUSIONES……………………………………………………………........ 110
8. RECOMENDACIONES…………………………………………………………… 111
9. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………….
7
112
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Diagrama tensión-deformación.
16
Figura 2. Área inicial transversal de la probeta
17
Figura 3. Estricción, o estrechamiento súbito, de una probeta de plástico en
la rotura
19
Figura 4. Clases de probetas
21
Figura 5. Grueso máximo de la probeta
22
Figura 6. Máquina Universal Mono-espacio
27
Figura 7. Máquina Universal doble-espacio
28
Figura 8. Accionamiento mecánico
29
Figura 9. Máquina Universal de Ensayos para polímeros
30
Figura 10. Diagrama esfuerzo-deformación de materiales dúctiles en tensión
32
Figura 11. Propiedades mecánicas de los polímeros
38
Figura 12. Orientación de las fibras para una optima resistencia a la tensión
39
Figura 13. Probeta tipo I en polietileno y polipropileno
44
Figura 14. Dimensiones del tubo
51
Figura 15. Dimensiones del área a aplicar la soldadura
55
Figura 16. Garganta de soldadura
56
Figura 17. Posicionamiento del tornillo en las mordazas
57
Figura 18. Dimensiones del tornillo para las mordazas
61
Figura 19. Guía superior
62
8
Figura 20. Dimensiones buje guía superior
62
Figura 21. Esquema de un tornillo Rosca Acme
64
Figura 22. Sección de una hélice del tornillo de potencia.
64
Figura 23. Ángulo de hélice
65
Figura 24. Tipo de fuerza aplicada sobre el diente de la rosca
67
Figura 25. Dimensiones de la tuerca
70
Figura 26. Guía móvil
71
Figura 27. Guía inferior
72
Figura 28. Dimensiones buje guía inferior
72
Figura 29. Dimensiones del eje para alinear las guias
74
Figura 30. Dimensiones de la carcasa
74
Figura 31. Motoreductor
75
Figura 32. Alimentación de la celda de carga
80
Figura 33. Dimensiones del esparrago
82
Figura 34. Estructura
86
Figura 35. Dimensiones de la placa superior
86
Figura 36. Diagrama de cuerpo libre de la placa superior
87
Figura 37. Posición de la fuerza total en el centroide de la placa
88
Figura 38. Analisis estático para la placa
89
Figura 39. Ubicación del eje neutro
90
Figura 40. Ubicación de los pernos sobre la placa superior
96
Figura 41. Análisis de fuerzas cortantes
98
Figura 42. Translacion de fuerzas y momentos
9
101
Figura 43. Ubicación de los pernos sobre la placa inferior de anclaje
10
103
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Dimensiones para el espesor, mm (in.)
22
Tabla 2. Propiedades típicas de algunos polímeros.
24
Tabla 3. Designación de la velocidad de prueba.
25
Tabla 4. Unidades
26
Tabla 5. Definición de materiales.
37
Tabla 6. Propiedades mecánicas del polietileno.
41
Tabla 7. Propiedades mecánicas del polipropileno.
43
Tabla 8. Posibles costos de los materiales
108
Tabla 9. Gastos de proceso de diseño.
109
11
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo 1
114
Anexo 2
115
Anexo 3
116
Anexo 4
117
Anexo 5
118
Anexo 6
119
Anexo 7
120
Anexo 8
121
Anexo 9
122
Anexo 10
123
Anexo 11
126
Anexo 12
127
Anexo 13
128
Anexo 14
129
Anexo 15
130
Anexo 16
131
Anexo 17
133
Anexo 18
134
Anexo 19
135
Anexo 20
136
12
Anexo 21
137
Anexo 22
138
Anexo 23
140
Anexo 24
141
Anexo 25
142
13
INTRODUCCIÓN
El diseño es un proceso de ingeniería donde se genera toda una documentación
tecnológica con el fin de producir un componente o máquina para su posterior
desarrollo. El estudio realizado durante la ejecución de este trabajo ha dado como
resultado un documento que presenta los principales criterios para el diseño de
una Máquina Universal de Ensayos para materiales sintéticos.
El diseño de este equipo presenta una posible solución para uno de los muchos
problemas que se observan en las empresas, principalmente en el área de control
de calidad de los productos. Uno de los puntos más críticos radica en la carencia
de laboratorios de ensayos, lo cual impide realizar un seguimiento a las piezas
para obtener una información estable y verídica en cuanto a la caracterización de
las mismas
que arroje datos para analizar las propiedades mecánicas de los
elementos producidos en cada proceso de fabricación.
Este trabajo se ha centrado en el ensayo aplicado para determinar la resistencia
mecánica de los elementos listos para salir al mercado con el fin de garantizar las
especificaciones para las cuales fueron diseñados,
mediante la propuesta
tecnológica de diseño del equipo empleado en dichos ensayos de caracterización.
En nuestro medio, las industrias que fabrican piezas de materiales sintéticos se
basan en datos empíricos para comprobar las características mecánicas de los
materiales ya que no cuentan con cálculos ni datos específicos para el diseño y la
producción de las piezas, por lo cual se recomienda la realización de pruebas de
caracterización a los productos, principalmente una prueba de resistencia
mecánica debido a que en su uso muchos de los elementos a base de materiales
sintéticos son sometidos a esfuerzos de tracción o compresión.
14
En el actual proyecto se propone que en el transcurso de la producción se tomen
muestras para ser llevadas a un laboratorio donde se corrobore la calidad del
material, así se puede evitar la salida al mercado de productos defectuosos
contribuyendo al desarrollo económico y a un incremento en la calidad de los
procesos.
El diseño mecánico que se presenta en este documento es lo más específico
posible para que sea factible la construcción del equipo ya que la adquisición de
una máquina con una alta tecnología acarrea altos costos para las empresas que
trabajan la rama de materiales sintéticos. Esta máquina prueba la resistencia
mecánica de elementos tanto laminares como de mucho más espesores.
El desarrollo de este trabajo contribuye con el fortalecimiento de las actividades
docentes e investigativas de la Escuela de Tecnología Mecánica, ya que a futuro
se espera contar con un laboratorio de polímeros, dentro del cual es necesario un
equipo para la caracterización mecánica de materiales poliméricos, similar al
propuesto en este trabajo de diseño, dejando como base la primera fase para su
posterior construcción e implementación. Además de lo anterior, se abriría la
posibilidad de dar un acompañamiento a las empresas de la región en cuanto al
mejoramiento del control de calidad de sus productos.
15
1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS PARA LA INTERPRETACIÓN DE LOS
DATOS OBTENIDOS EN LOS ENSAYOS DE TRACCIÓN Y
COMPRESIÓN.
1.1 DIAGRAMA DE TENSIÓN-DEFORMACIÓN [1]
La resistencia de un material no es el único criterio a tener en cuenta en el
momento del ensayo, frecuentemente, la rigidez suele tener la misma o mayor
importancia. En menor grado, otras propiedades tales como la dureza, la
tenacidad y la ductilidad también influyen en la clasificación de un material. Estas
propiedades se determinan comparando los resultados obtenidos en los ensayos,
con los establecidos (Tabla. 2).
Con el diagrama tensión-deformación (Figura 1.) se observa simultáneamente la
carga y el alargamiento de una determinada longitud de la probeta, los resultados
se suelen representar en una gráfica en el que en ordenadas se llevan las fuerzas
o cargas y en las abscisas los correspondientes alargamientos o deformaciones.
Figura 1. Diagrama tensión-deformación.
16
1.1.1 Parámetros relacionados con el Diagrama Tensión-Deformación
Los parámetros que a continuación se nombran se deben tener en cuenta a la
hora de brindarle una apropiada interpretación de la prueba realizada.
Área inicial (A0)
Es el área transversal de la parte de la probeta que se va a someter a cualquier
esfuerzo antes de realizar la prueba, tal como se muestra en la figura 2.
(1.1)
Figura 2. Área inicial transversal de la probeta
DEFORMACIÓN
Cuantifica el cambio de tamaño o forma de un cuerpo debido a la aplicación de
una o más fuerzas sobre el mismo. El valor de la deformación (!), es el
coeficiente del alargamiento (") por la longitud (L) en la que se ha aplicado una
fuerza.
(1.2)
La expresión correcta de la deformación en cualquier punto de la probeta es
representada de la siguiente forma:
(1.3)
La anterior expresión determina el valor medio de la deformación en una longitud
tan pequeña (dL) que puede considerarse constante en dicha longitud. No
17
obstante, y en ciertas condiciones, se puede suponer que la deformación es
constante y aplicar la expresión (1.2). Las condiciones a tener en cuenta son:
1- El elemento sometido a tracción debe tener una sección recta constante.
2- El material debe ser homogéneo.
3- La fuerza o carga debe ser axial y debe producir una tensión uniforme.
LÍMITE DE PROPORCIONALIDAD
En la Figura 1 se observa que, desde el origen 0 hasta el punto llamado límite de
proporcionalidad, el diagrama tensión-deformación es un segmento rectilíneo.
El límite de proporcionalidad tiene una gran importancia, ya que
el
comportamiento de los sólidos elásticos está basado en la proporcionalidad entre
tensiones y deformaciones. También proporciona una primera indicación de por
qué debe ser el límite de proporcionalidad y no la tensión de rotura la máxima a la
que un material puede ser sometido.
LÍMITE DE ELASTICIDAD
También llamado límite elástico, es la tensión más allá de la cual el material no
recupera totalmente su forma original al ser descargado.
PUNTO DE FLUENCIA O PLASTICIDAD PERFECTA
Durante esta fase el material se deformará plásticamente, con lo que al retirar la
fuerza ya no regresará a su forma original, a partir de allí suele referirse al material
como perfectamente plástico.
TENSIÓN DE ROTURA
También llamado resistencia a la rotura, es la máxima ordenada de la curva
tensión-deformación.
18
RESILIENCIA
Es una medida de la cantidad de energía que puede absorber un material antes de
que comience la deformación plástica. Se indica mediante el área bajo la curva
del diagrama tensión-deformación en la región lineal o de deformación elástica.
ESTRICCIÓN
Es la etapa en la cual el material concentra la deformación sobre una región
específica con lo que se verá más angosto en una región localizada como se
observa en la figura 3, por lo tanto, la fuerza soportada disminuirá y finalmente el
material llegará a la fractura (fallo). El esfuerzo de fractura se denota por el signo
.
Figura 3. Estricción o estrechamiento súbito de una probeta de plástico en la
rotura. [2]
LEY DE HOOKE
La pendiente de la recta de la figura 1 muestra la relación entre la tensión y la
deformación; se llama módulo de elasticidad y se representa por la letra E.
La Pendiente de la línea tensión-deformación que está entre el origen y el límite de
proporcionalidad es representada de la siguiente forma:
(1.4)
Donde:
#: esfuerzo obtenido en la prueba
!: deformación de la probeta
19
Otra forma de la expresión de la ley de Hooke muy conveniente a veces, es la que
se obtiene al sustituir:
(1.5)
Donde:
P: fuerza aplicada en la prueba, como se observa en la figura 2.
A: área transversal de la probeta
(1.6)
Donde:
": Alargamiento o deformación.
" = Lf – L
Lf: longitud final de la probeta en el momento de ruptura.
L: longitud inicial de la probeta, como se observa en la figura 2.
Al reemplazar las ecuaciones 1.5 y 1.6 en la ecuación 1.4 se obtiene:
(1.7)
Se necesita hallar valor del alargamiento , por lo tanto se puede tener en cuenta
este procedimiento:
(1.8)
(1.9)
La expresión (1.9) relaciona el alargamiento " con la fuerza o carga aplicada, la
longitud de la barra, el área de la sección recta y el modulo de elasticidad.
20
De la Ecuación 1.8 hay que tener en cuenta las siguientes hipótesis:
1- la carga ha de ser axial
2- la barra debe ser homogénea y de sección constante
3- la tensión no debe sobrepasar el límite de proporcionalidad.
1.2
CLASES DE
D638
PROBETAS PARA POLÍMEROS SEGÚN NORMA ASTM
Según la norma ASTM D638 (Standard test Method for Tensile Properties of Plastics)
existen cinco tipos de probetas, las cuales tienen características diferentes en sus
dimensiones y cada tipo depende del material del que son fabricadas, las probetas tipo I,
II, III, IV y V se pueden fabricar en polímeros rígidos y semirrígidos, además las probetas
III y IV también se pueden fabricar de polímeros no rígidos, a continuación se presentará
los tipos y dimensiones que ostentaran cada una de las probetas.
Figura 4. Clases de probetas [3]
A continuación se presentan las tablas que muestran las dimensiones de las
probetas para espesores (T) en milímetros y en pulgadas.
21
Tabla 1. Dimensiones de las probetas con respecto al espesor (T),
(0.28)
Dimensiones
Tipo I
(in) [3]
(0.16)
Tolerancias
(0.28-0.55)
Incl.
Tipo II
Tipo III
W- Ancho de la sección
L- Longitud de sección
estrecha
WO- Ancho,
13(0.50) 6(0.25)
19(0.75)
6(0.25)
3.18(0.125)
57(2.25)
19(0.75)
165(6.5)
50(2.00)
XXX
57(2.25)
29(1.13)
246(9.7)
50(2.00)
XXX
33(1.30)
19(0.75)
115(4.5)
XXX
25(1.00)
9.53(0.375)
9.53(0.375)
63.5(2.5)
7.62(0.300)
XXX
115(4.5)
76(3.00)
XXX
25.4(1.00)
65(2.5)
14(0.56) 12.7(0.5)
25(1.00) XXX
57(2.25)
19(0.75)
183(7.2)
50(2.00)
XXX
LO- Largo,
G- Longitud
G- Longitud
115(4.5) 135(5.3)
D- Distancia entre mordazas
76(3.00) 76(3.00)
R- Radio del filete
XXX
XXX
RO- Radio exterior(Tipo IV)
±0.6(
)
No máx.
±0.13(
)
±5(=0.2)
±1(=0.04)
Las siguientes convecciones corresponden a la tabla 1. (Dimensiones de las
probetas con respecto al espesor), estas explican con más claridad las
dimensiones con sus respectivas tolerancias, las cuales dependen del proceso
por el cual se fabrican las probetas.
A
: El ancho Wc estará entre +0.00 mm y -0.10 mm (+0.00 in. y 0.004 in.)
Comparando con el ancho W en otras partes de la sección reducida, cualquier
reducción en W en el centro será gradual, igualmente en cada lado de modo que
no resulten cambios precipitados en la dimensión.
B
: Para las probetas moldeadas, se permite una tolerancia no mayor de 0.13 mm
(0.005 in.), para probeta tipo I o probeta tipo II se puede permitir 3.2 mm (0.13 in.)
de espesor y este debe ser considerado para calcular el ancho de la probeta así el
grueso máximo de la probeta tipo I podría ser el siguiente:
Figura 5. Grueso máximo de la probeta [3]
22
C
: Marca o palmo inicial del extensómetro.
D
: El grueso denotado como T debe ser entre 3.2±0.4 mm (0.13±0.02 in.) para
todos los tipos de probeta moldeadas y para otras probetas de tipo I y probeta tipo
II el grueso puede ser 14 mm (0.55 in.) las probetas serían trabajadas a máquina
hasta 14±0.4 mm (0.55±0.02 in.). Para la probeta tipo III el grueso nominal estará
entre 14 y 51 mm (0.55 y 2 in.).
E
: El largo total de una probeta puede ser mayor que el mínimo indicado para
evitar la rotura en las mordazas.
F
: El largo total de una probeta puede ser mayor que el mínimo indicado para
evitar la rotura en las mordazas o satisfacer requisitos especiales de la prueba.
G
: Para la probeta tipo IV, el ancho interior será 6.00±0.05 mm (0.250±0.002 in.)
H
: Cuando las mordazas son auto-sujetadoras se usan para los polímeros
altamente extensibles, la distancia entre los sujetadores dependerá de los tipos
de sujetadores usados.
I
: la probeta tipo V será trabajado a máquina o corte de dado a las dimensiones
mostradas o moldeadas en un molde cuyas dimensiones serán:
W
= 3.18±0.03 mm (0.125±0.001 in.),
L
= 9.53±0.08 mm (0.375±0.003 in.),
G
= 7.62±0.02 mm (0.300±0.001 in.), y
R
= 12.7±0.08 mm (0.500±0.003 in.).
23
1.3
PROPIEDADES TÍPICAS DE ALGUNOS POLÍMEROS
Los polímeros tienen una serie de importantes cualidades, que unidas a su costo
relativamente bajo, explican su amplia utilización en ingeniería. En la Tabla 2 se
puede observar algunas de sus propiedades:
Tabla 2. Propiedades típicas de algunos polímeros.
Resistencia
Máxima
Tipo
Material
(k)
Fenol-formaldehido
Calidad X (b) (1)
Calidad XX (b) (1)
Calidad C (b) (1)
Calidad C (b) (1)
Rellenador harina
de
madera (p)
Urea-formaldehido
Policloruro de vinilo
Policloruro d vinilo n
Polimetacrilato de metilo
Poliestireno (f)
Poliamida (m)
Acetato de celulosa
Polietileno (f)
Politetrafluoretileno (m)
Cloruro de polivinilideno
Policlorotrifluoretileno
Polipropileno
Su
Resistencia
Máxima a
compresión
Suc
Resistencia Alargami
ento
en flexión.
(%)
Sf
(r)
(g)
Kg/cm2
ksi
Kg/cm2
ksi
Kg/cm2
TS
TS
TS
TS
948
597(d)
527(d)
421(d)
14
8.5(d)
7.5(d)
6(d)
2460
1406
1406
1054
35
20
20
15
1617
23
1054(e) 15(e)
1195(e) 17(e)
703(e) 10(e)
TS
TS
TP
TP
TP
TP
TP
TP
TP
TP
TP
TP
TP
421(f)
632
562
562
562
351
829(s)
316
119
267(u)
351
421
428.3
6(f)
9
8
8
8
5
11.8(s)
4.5
1.7
3.8(u)
5
6
6.1
1687
1757
703
914
984
808
344(q)
1406
28(m)
126(t)
168
351
387.5
24
25
10
13
14
11.5
4.9(q)
20
0.4(m)
1.8(t)
2.4
5
5.5
632(f)
703
XXX
XXX
632
421
970
XXX
119
140
XXX
XXX
ksi
9(f)
10
XXX
XXX
9
6
13.2
XXX
1.7
2
XXX
XXX
XXX
XXX
XXX
XXX
0.48-0.8
0.6
30
10
8
1.2
60(s)
20
30-500
100-200
200
200
100-600
Módulo de
Elasticidad E
Peso
Específico
(h)
Kg/cm2×105 Psi×105
0.281-1.406 4-20
0.281-1.406 4-20
0.246-1.054 3.5-1.5
0.246-1.054 3.5-1.5
0.703
1.054
0.210
0.562
0.281
0.035
0.246
0.140
0.010
0.042
0.049
0.175
0.163
10
15
3
8
4
0.5
3.5
2
0.15
0.6
0.7
2.5
2.3
1.35
1.35
1.35
1.65
1.4
1.45
1.2
1.41
1.16
1.06
1.14
1.27
0.92
2.2
1.7
2.1
0.95
Las siguientes convecciones corresponden a la tabla 2 (Propiedades típicas de
algunos polímeros):
d = para diámetros de 8.45 a 25.4 mm. Reducir el 15% para tamaños de 25.4 a
50.8 mm.
e = para diámetro de 3.17 a 25.4 mm (1/8 a 1 in.)
f = valores mínimos
g = resistencia a la flexión
h = peso específico
L = laminado
m = resistencia a la fluencia
n = no plastificado
24
s = a 22.8°C (73°F)
TP = Termo plástico
TS = Termo estable
u = rotura
1.4
DESIGNACIÓN DE LA VELOCIDAD DE PRUEBA [3]
La velocidad de la prueba será el índice relativo del movimiento de las mordazas y
la rapidez con la cual se ensayarán las probetas durante la prueba. La velocidad
se debe elegir dependiendo del tipo de material y el tipo de probeta como se
muestra en la Tabla3.
Tabla 3. Designación de la velocidad de prueba bajo la Norma ASTM D638
Clasificación
tipo
velocidad
mm/min (in/min)
Rígidos y
semirrígidos
I, II, III
5
(0.2) ± 25 %
50 (2) ± 10 %
500 (20) ± 10 %
5
(0.2) ± 25 %
50 (2) ± 10 %
500 (20) ± 10 %
1
(0.05) ± 25 %
10 (0.5) ± 25 %
100 (5) ± 25 %
50 (2) ± 10 %
500 (20) ± 10 %
50 (2) ± 10 %
500 (20) ± 10 %
IV
V
No rígidos
III
IV
Tensión nominal
inicial
mm/mm
min
0.1
1
10
0.15
1.5
15
0.1
1
10
1
10
1.5
15
Seleccione la velocidad más baja que produzca ruptura entre 0.5 y 5 minutos
usando la geometría de la probeta.
25
1.5
POSIBLES FALLAS EN LA PRUEBA
A continuación se muestran las posibles causas por las cuales la prueba podría
presentar irregularidades y además originaria una deficiente interpretación de los
datos obtenidos por lo cual no se le proporcionará al material una adecuada
caracterización.
Superficie de defectuosa con rasguños, marcas, etc.
Las marcas en las probetas deben ser de creyón o tinta pues si se marcan
profundamente puede afectar la resistencia del material.
Atmósfera y humedad relativa no apropiadas.
Errores de calibración.
Mala elección de velocidad.
Discontinuidad de la aplicación de la fuerza.
Inadecuada sujeción de las probetas.
1.6
UNIDADES
Esta sección proporciona información sobre las unidades de medida más
comunes en el desarrollo de este proyecto, se debe tener en cuenta las
conversiones del sistema métrico a sistema inglès ya que muchas veces las
medidas no se dan en un sistema específico.
Tabla 4. Unidades
UNIDADES
DIMENSIÓN
Área
Fuerza
MÉTRICO
1 m2 = 104 cm2 = 106 mm2
= 10-6 Km2
1 N = 1 Kg. m/s2
1 Kgf = 9.80665 N
Longitud
1 m = 100 cm = 1000 mm
1Km = 1000 m
Esfuerzos
1 Pa = 1 N/m2
26
METRICO/INGLÉS
1 m2 = 1550 in2 = 10.764 pie2
1 ft2 = 144 in2
1 lbf = 32.174 lbm. Pie/s2
1 lbf =1.44822 N
1 N = 0.22481 lbf
1 m = 39.370 in = 3.2808 pie
1 pie = 12 in = 0.3048 m
1 in = 2.54 cm
1 Pa = 0.020886 lbf/pie2
= 1.4504 × 10-4 psia
2. FUNCIONAMIENTO DE UNA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS
En ingeniería se denomina máquina universal a una máquina semejante a una
prensa con la que es posible someter materiales a ensayos de tracción y
compresión para medir sus propiedades. La presión se logra mediante placas o
mandíbulas accionadas por tornillos o un sistema hidráulico.
2.1 CLASIFICACIÓN
Se clasifican según su estructura y su tipo de accionamiento.
2.1.1 Según su estructura [4]
Mono espacio: Como se observa en la Figura 6 esta estructura posee dos
puentes (1) y dos columnas (2) que los comunican. En los dos puentes se
pueden ensamblar los aditamentos que se necesitan para fijar el material
de ensayo (3) y así poder realizar las pruebas de tracción o compresión.
Figura 6. Máquina Universal Mono-espacio
27
Doble espacio: Como se observa en la Figura 7 esta estructura posee un
sistema inversor (3) y un sistema fijo (2) que forman una estructura de tres
puentes y cuatro columnas. El inversor tiene dos puentes (1) y dos
columnas (3), las columnas del inversor son totalmente independientes del
otro sistema. El sistema fijo se compone de un puente y dos columnas (2)
que van fijas a una carcasa (5) que soporta todo el armazón.
Figura 7. Máquina Universal doble-espacio
2.1.2 Según el accionamiento [4]
Accionamiento hidráulico: Este accionamiento se puede observar en la
Figura 7 donde la fuerza se aplica por medio de un sistema de bomba (6) y
cilindro (7).
28
Accionamiento mecánico: Este accionamiento se puede observar en la
Figura 8 donde los dispositivos pueden ser de motor (1), tornillo (2), cadena
(3), palanca (4), probeta (5), mordaza superior (6) y mordaza inferior (7).
Figura 8. Accionamiento mecánico
De los tres modelos propuestos anteriormente se selecciona para este proyecto
una Máquina Universal de Ensayos con accionamiento mecánico y de estructura
mono espacio, pues este diseño es más elemental y no ocupará mucho espacio
dentro del laboratorio, además las ventajas económicas, ya que no genera
muchos gastos a la hora de construirla.
29
2.2 PARTES DE LA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS MONOESPACIO Y
DE ACCIONAMIENTO MECÁNICO.
Figura 9. Máquina Universal de Ensayos para polímeros
Mordaza fija (superior) (4): un miembro fijo o esencialmente inmóvil es
aquel que lleva una mordaza ubicado en la parte superior de la máquina
Mordaza móvil (inferior) (5): un miembro móvil es aquel que lleva una
segunda mordaza ubicado en la parte inferior de la máquina, el cual va a
tener un desplazamiento vertical hacia abajo.
Mecanismo de arrastre: le da movimiento y velocidad constante a la
mordaza móvil con respecto a la mordaza fija, y consta de un motor (3), el
sistema reductor de velocidad corona sinfín (2) y tornillo de potencia (1).
Probetas: Es el espécimen al cual se la va a medir la resistencia a la
tracción.
30
3. MÉTODOS DE ENSAYOS EN LA MÁQUINA UNIVERSAL
Las propiedades mecánicas de los materiales son las características inherentes
que permiten diferenciar un material de otros desde el punto de vista del
comportamiento mecánico en ingeniería; entre estas características mecánicas
destacan: la resistencia a esfuerzos, el desgaste, la dureza, la resiliencia, etcétera.
Debido a que cada material se comporta diferente, es necesario analizar su
comportamiento mediante pruebas experimentales.
Entre las propiedades mecánicas más comunes que se miden en los materiales
están la resistencia a tracción, a la compresión, la deformación, el coeficiente de
Poisson y el módulo de elasticidad o módulo de Young.
El presente proyecto se centró en la propiedad mecánica de resistencia a la
tracción, debido a que en la práctica los elementos producidos con base en
materiales sintéticos son sometidos a este tipo de esfuerzo, mientras que el
ensayo a la compresión no es tan utilizado en la industria por su poca aplicabilidad
ya que los elementos no se fracturan bajo dichas condiciones.
3.1 ENSAYO DE TRACCIÓN
El ensayo se realiza en una Máquina Universal y la operación consiste en someter
una probeta a una carga monoaxial gradualmente creciente (es decir, estática)
hasta que ocurra la falla.
Las probetas para ensayos de tensión se fabrican en una variedad de formas. La
sección transversal de la probeta puede ser redonda, cuadrada o rectangular.
Para la mayoría de los casos, en polímeros, se utiliza comúnmente una probeta de
sección rectangular. Para láminas y placas usualmente se emplea una probeta
plana.
La transición del extremo a la sección reducida debe hacerse por medio de un
bisel adecuado para reducir la concentración de esfuerzos causados por el cambio
brusco de sección.
El esfuerzo axial # en el espécimen de prueba (probeta) se calcula dividiendo la
carga (P) entre el área de la sección transversal (A):
31
(3.1)
Cuando en este cálculo se emplea el área inicial de la probeta, el esfuerzo
resultante se denomina esfuerzo nominal (esfuerzo convencional o esfuerzo de
ingeniería). Se puede calcular un valor más exacto del esfuerzo axial, conocido
como esfuerzo real. La deformación unitaria axial medida se determina a partir del
alargamiento medido “"” entre las marcas de calibración, al dividir el alargamiento
entre la longitud calibrada L. Si se emplea la longitud calibrada inicial se obtiene la
.
deformación unitaria
(3.2)
En la figura 10 se muestra el diagrama esfuerzo deformación representativo de los
materiales dúctiles o materiales poliméricos. El diagrama empieza con una línea
recta desde 0 (cero) hasta A. En esta región, el esfuerzo y la deformación son
directamente proporcionales, y se dice que el comportamiento del material es
lineal. Después del punto A ya no existe una relación lineal entre el esfuerzo y la
deformación, por lo que el esfuerzo en el punto A se denomina límite de
proporcionalidad. La relación lineal entre el esfuerzo y la deformación puede
expresarse mediante la ecuación # = E! donde E es una constante de
proporcionalidad conocida como el módulo de elasticidad del material. El módulo
de elasticidad es la pendiente del diagrama esfuerzo-deformación en la región
linealmente elástica y su valor depende del material particular que se utilice.
Figura 10. Diagrama esfuerzo-deformación de materiales dúctiles en tensión
32
En la Figura 10 se muestran dos tipos de gráficas, una punteada que se refiere a
la curva real de los materiales sometidos a este ensayo y una con línea continua
que representa la curva ingenieril del material.
La ecuación # = E$ se conoce comúnmente como ley de Hooke.
Al incrementar la carga más allá del límite de proporcionalidad, la deformación
empieza a aumentar más rápidamente para cada incremento de esfuerzo. La
curva de esfuerzo deformación asume luego una pendiente cada vez más
pequeña, hasta que el punto B de la curva se vuelve horizontal. A partir de este
punto se presenta un alargamiento considerable, con un incremento prácticamente
inapreciable en la fuerza de tensión (desde B hasta C en el diagrama). Este
fenómeno se conoce como cedencia o fluencia del material, y el esfuerzo en el
punto B se denomina esfuerzo de cedencia o punto de cedencia (o bien, esfuerzo
de fluencia o punto de fluencia). En la región de B hasta C, el material se vuelve
perfectamente plástico, lo que significa que puede deformarse sin un incremento
en la carga aplicada.
Después de sufrir las grandes deformaciones que se presentan durante la fluencia
en la región BC el material empieza a mostrar un endurecimiento por deformación.
Durante este proceso, el material sufre cambios en sus estructuras cristalina y
atómica, lo que origina un incremento en la resistencia del material a futuras
deformaciones. Por tanto, un alargamiento adicional requiere de un incremento en
la carga de tensión, y el diagrama esfuerzo-deformación toma una pendiente
positiva desde C hasta D. Finalmente la carga alcanza su valor máximo y el
esfuerzo correspondiente (en el punto D) se denomina esfuerzo último. De hecho,
el alargamiento posterior de la barra se acompaña de una reducción en la carga y
finalmente se presenta la fractura en un punto E, tal como se indica en el
diagrama.
Se presenta una contracción lateral de la muestra cuando se alarga, lo que origina
una reducción en el área de la sección transversal; la reducción en el área es muy
pequeña como para tener un efecto apreciable en el valor de los esfuerzos
calculados antes del punto C, pero más allá de este punto la reducción comienza a
modificar el perfil del diagrama. Desde luego, el esfuerzo real es mayor que el
esfuerzo nominal debido a que se calcula con un área menor.
En la cercanía del esfuerzo último, la disminución del área se aprecia claramente y
ocurre un estrechamiento pronunciado de la barra, conocido como estricción. Si
para el cálculo del esfuerzo se emplea el área de la sección transversal en la parte
estrecha del cuello ocasionado por la estricción, la curva real esfuerzodeformación seguirá la línea punteada CE’. La carga total que puede resistir la
probeta se ve efectivamente disminuida después de que se alcanza el esfuerzo
último (curva DE), pero esta disminución se debe a la reducción en el área de la
33
probeta y no a una pérdida de la resistencia misma del material. En realidad, el
material soporta un aumento de esfuerzo hasta el punto de falla (punto E).
Sin embargo, con fines prácticos la curva esfuerzo-deformación convencional,
basada en el área transversal original de la muestra y que, por lo tanto, se calcula
fácilmente, suministra información satisfactoria para emplearla en el diseño.
La ductilidad de un material a tensión puede caracterizarse por su alargamiento
total y por la disminución de área en la sección transversal donde ocurre la
fractura.
La elongación porcentual se define como sigue:
(3.3)
Donde L es la longitud calibrada original y Lf es la distancia entre las marcas de
calibración al ocurrir la fractura.
La reducción porcentual (RA) de área mide el valor de la estricción que se
presenta y se define como sigue:
=
(3.4)
Donde A es el área original de la sección transversal y Af es el área final en la
sección de la fractura.
Los materiales que fallan en tensión a valores relativamente bajos de deformación
unitaria se clasifican como materiales frágiles.
En este ensayo las propiedades usualmente determinadas son: La resistencia a la
cedencia (punto de cedencia), la resistencia a la tensión o esfuerzo último, la
ductilidad (El alargamiento y la reducción de área), el módulo de elasticidad y el
tipo de fractura.
3.2 ENSAYO DE COMPRESIÓN
La compresión es una presión que tiende a causar la reducción del volumen.
Cuando se somete un material a una fuerza de Flexión, cizalladura o torsión,
actúan simultáneamente fuerzas de tensión y de compresión.
34
Los ensayos de compresión tienen muchas similitudes con los ensayos de tracción
en la forma de cómo se conduce el ensayo y en el análisis e interpretación de los
resultados. Como los ensayos de tracción se discutieron con suficientes detalles,
la discusión aquí se enfocará a aquellas áreas en donde los dos ensayos difieren.
El pandeo se promueve por las pequeñas imperfecciones indeseables en la
geometría del espécimen de ensayo y por el desalineamiento con respecto a la
máquina de ensayo. Por ejemplo, los extremos del espécimen pueden ser casi
paralelos pero nunca perfectos.
Similarmente el resultado del ensayo está influido por los detalles de las
condiciones de los extremos. En particular, cuando el espécimen se comprime, el
diámetro aumenta debido al efecto de Poisson pero la fricción retarda este
movimiento en los extremos lo que resulta en una deformación de forma de barril.
Aunque este efecto se puede minimizar con una lubricación apropiada en los
extremos, es muy difícil de evitarlo completamente.
Las porciones iníciales de las curvas de esfuerzo-deformación en compresión
tienen la misma naturaleza general de las mismas en tensión. Por lo tanto, se
pueden definir varias propiedades de los materiales de la porción inicial de la
misma manera que se hizo en tensión, tales como el módulo elástico, el límite
proporcional y el esfuerzo de cedencia.
En efecto, ocurren efectos opuestos, en el sentido de que el aumento de la
sección recta del área causa que la curva de esfuerzo-deformación aumente o se
eleve rápidamente en vez de mostrar un máximo. Como resultado de lo anterior,
no existe una carga máxima en compresión antes de la fractura y la resistencia
última de ingeniería es la misma que la resistencia a la fractura de ingeniería. Los
materiales frágiles y los moderadamente dúctiles se fracturarán en compresión,
pero muchos metales dúctiles y polímeros nunca se fracturarán; más bien, el
espécimen se deforma en una forma de torta muy grande en diámetro y de
espesor delgado hasta que la carga requerida para continuar la deformación se
hace tan grande que el ensayo se debe suspender.
3.3 DESARROLLO
ASTM D638 [3]
DE LA PRUEBA DE TRACCIÓN BAJO LA NORMA
Para la prueba de tracción se propone el siguiente procedimiento, ya que la puesta
en funcionamiento de la prueba tendrá un seguimiento similar a los procesos que
35
se realizan en los laboratorios de resistencia de materiales en cuanto a montaje de
la probeta y toma de datos:
Medir el ancho y el espesor de la probeta.
Verificar la sujeción de las mordazas para prevenir el resbalamiento.
Fijar la velocidad y encender la máquina. (Elegir la velocidad de prueba en
la tabla 3. (Página 22) cuando la velocidad no se especifica utilizar el menor
rango detallado en la tabla 4 para que la ruptura se dé entre 0.5 a 5 minutos
desde el comienzo de la prueba.)
La atmòsfera del laboratorio debe estar aproximadamente a 23 ± 2 °C (73.4
± 3.6 °F) y 50 ± 5 % de humedad relativa, en caso de que no se cumplan
las condiciones las tolerancias serán ±1 °C (1.8 °F) y la humedad relativa
de ±2 %.
La cantidad de probetas para el ensayo deberán ser por lo menos cinco
para materiales isotrópicos, y diez para anisotrópicos.
Registrar la carga y la deformación en cada punto como sea posible y
además tener en cuenta la carga y la deformación en el punto de ruptura.
Suspender el desplazamiento de la máquina para evitar la toma errónea de
datos.
36
4. CARACTERÍSTICAS DE MATERIALES POLIMÉRICOS
Esta tabla proporciona información sobre las propiedades y usos de algunos
polímeros. Algunos de ellos se tendrán en cuenta en el desarrollo de este
proyecto.
Tabla 5. Definición de materiales. [5]
Nombre
Polietileno (PE)
Formula
- CH2 - CH2
-
Polipropileno (PP)
CH3
|
- CH2 - CH -
Poliestireno (PS)
C6H5
|
- CH2 - CH -
Policloruro de vinilo
(PVC)
Cl
|
- CH2 - CH -
Termoplástico, flexible o rígido, opaco o
transparente, resistente a los rayos X, los
ácidos, las bases, los aceites, las grasas y los
alcoholes.
Politetrafluoroetileno
(PTFE) o teflón
- CF2 - CF2 -
Polimetacrilato de
metilo (PMMA) o
plexiglás
CH3
|
- CH2 - C |
OCOCH3
Ejemplo :
Químicamente inerte, antiadherente,
impermeable al agua y a las grasas, excelente
resistencia al calor y a la corrosión.
Termoplástico, transparente, excelentes
propiedades ópticas, buena resistencia al
envejecimiento y a la intemperie.
Poliamidas (PA)
(ejemplo: nailon)
- NH - (CH2)a - CO
-
Siliconas
Poliésteres
siendo a un
número entero
natural
R
|
- O - Si |
R
Ejemplos : R =
CH3 o C6H5
- R - C - O - R' - O
-C-R|| ||
OO
Propiedades
Termoplástico, traslúcido en lámina, flexible,
permeable a los hidrocarburos, alcoholes y
gases, resistente a los rayos X y los agentes
químicos.
Termoplástico, baja densidad, rigidez elevada,
resistente a los rayos X, muy poco permeable al
agua, resistente a las temperaturas elevadas
(<135 °C) y a los golpes.
Termoplástico, transparente en lámina, no tóxico
por ingestión, buenas propiedades ópticas y
eléctricas, fácil de teñir, resistente a los rayos X,
a los aceites y a las grasas.
Aplicaciones
Láminas, bolsas, tuberías,
revestimientos aislantes, tapones,
tapas, envases, juguetes
Artículos domésticos, envases,
carrocerías moldeadas, baterías,
parachoques, muebles de jardín,
jeringuillas, frascos, prótesis, rafia.
Envases, utensilios de cocina,
difusores ópticos, revestimientos de
muebles, aislamiento térmico,
juguetes, artículos de oficina,
maquinillas de afeitar desechables.
Artículos domésticos, envases,
aislamiento de cables eléctricos,
conducciones de agua, revestimientos
de suelos, contraventanas y puertas
plegables, maletas, marroquinería, piel
sintética, artículos de deporte y
camping, industria química y
automoción.
Prótesis, juntas, piezas mecánicas en
medios corrosivos, aislamiento
eléctrico, revestimiento de sartenes.
Material sustitutivo del vidrio, letreros
luminosos, cristaleras, ventanillas,
vitrinas, fibras ópticas, odontología,
prótesis, lentes de contacto.
Termoplásticos, excelentes propiedades
mecánicas, resistentes a los rayos X y a los
carburantes, impermeables a los olores y a los
gases.
Envases para productos alimenticios,
mecanismos de contadores de agua,
gas y electricidad, canalización de
carburantes, botas y fijaciones de
esquí, sillines de bicicleta.
Fluidas, lubricantes, antiadherentes, débilmente
tóxicas.
Fluidos para transformadores
eléctricos, masillas, moldeados
complejos, revestimientos
antiadherentes, barnices, ceras,
tratamiento de quemaduras, cirugía
estética.
Termoendurecibles, transparentes, buenas
propiedades mecánicas a temperaturas
elevadas, propiedades eléctricas, resistentes a
los golpes, fáciles de mecanizar.
Productos textiles, envases, botellas,
interruptores, tomas y fusibles para
circuitos de alta tensión, prótesis.
siendo R y R' dos
grupos de átomos
37
4.1 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS POLÍMEROS REALES
A continuación se muestran comparaciones de los comportamientos mecánicos de
diferentes clases de polímeros sometidos a fuerzas axiales.
Figura 11. Propiedades mecánicas de los polímeros [6]
La Figura 11. Compara curvas típicas tensión-deformación para diferentes clases
de polímeros. Puede verse en la curva rosada, que plásticos rígidos como el
poliestireno, el polimetil metacrilato o los policarbonatos pueden soportar una gran
tensión, pero no demasiada elongación antes de su ruptura. No hay una gran área
bajo la curva. Decimos entonces que estos materiales son resistentes, pero con
alta fragilidad. Además, la pendiente de la recta es muy pronunciada, lo que
significa que debe ejercerse una considerable fuerza para deformar un plástico
rígido de modo que resulta sencillo comprobar que los plásticos rígidos tienen
módulos elevados. Resumiendo, los plásticos rígidos tienden a ser resistentes,
soportan la deformación, pero no suelen ser duros, es decir, son quebradizos.
En plásticos flexibles como el polietileno y el polipropileno, representados por la
curva azul en la Figura 11 el módulo inicial es elevado, o sea que resisten por un
tiempo la deformación, pero si se ejerce demasiada tensión sobre un plástico
flexible, finalmente se deformará. Como conclusión, podemos decir que los
plásticos flexibles pueden no ser tan resistentes como los rígidos, pero son mucho
más dúctiles.
Es posible alterar el comportamiento tensión-deformación de un plástico con
aditivos denominados plastificantes. Un plastificante es una molécula pequeña que
hace más flexible al plástico. Por ejemplo, sin plastificantes, elpolicloruro de vinilo,
o PVC, es un plástico rígido, que se usa tal cual para cañerías de agua. Pero con
plastificantes, el PVC puede ser lo suficientemente flexible como para fabricar
juguetes inflables para piletas de natación.
38
Las fibras como el kevlar, la fibra de carbono y el nylon tienden a exhibir curvas
tensión-deformación como la de color rojo que se ve en la Figura. 11. Al igual que
los plásticos rígidos, son muy resistentes, y no se deforman demasiado bajo
tensión. Pero cuando es resistencia lo que se requiere, las fibras tienen mucho
que ofrecer. Son mucho más resistentes que los plásticos, aún los rígidos, y
algunas fibras poliméricas como el kevlar, la fibra de carbono poseen mejor
resistencia a la tensión que el acero.
Los elastómeros como el poliisopreno, el polibutadieno y el poliisobutileno
muestran un comportamiento mecánico completamente diferente al de los otros
tipos de materiales. Observe la curva de color verde en la Figura. 10. Los
elastómeros tienen módulos muy bajos, puede verse en la suave pendiente de la
recta. Pero para que un polímero sea un elastómero, le hace falta algo más que
tener módulo bajo. El hecho de ser fácilmente estirado no le da demasiada
utilidad, a menos que el material pueda volver a su tamaño y forma original una
vez que el estiramiento ha terminado. Las banditas de goma no servirían de nada
si sólo se estiraran y no recobraran su forma original. Obviamente, los elastómeros
recobran su forma y eso los hace tan sorprendentes. No poseen sólo una elevada
elongación, sino una alta elongación reversible.
Cuando tratamos con otras propiedades, como las de compresión o flexión, las
cosas pueden ser totalmente distintas. Por ejemplo, las fibras poseen alta
resistencia a la tensión y también buena resistencia a la flexión, pero por lo
general exhiben una desastrosa resistencia a la compresión. Además tienen una
mejor resistencia a la tensión en la dirección de las fibras.
Figura 12. Orientación de las fibras para una óptima resistencia a la tensión [2]
39
4.2 SELECCIÓN DE MATERIALES A UTILIZAR EN LAS PROBETAS PARA
ENSAYOS A TRACCIÓN
4.2.1 Polietileno
Este polímero puede ser producido por diferentes reacciones de polimerización,
como por ejemplo: Polimerización por radicales libres, polimerización aniónica,
polimerización por coordinación de iones o polimerización catiónica. Cada uno de
estos mecanismos de reacción produce un tipo diferente de polietileno. Es un
polímero de cadena lineal no ramificada. Aunque las ramificaciones son comunes
en los productos comerciales. Las cadenas de polietileno se arreglan abajo de la
temperatura de reblandecimiento en regiones amorfas y semicristalinas, Los
polietilenos pueden clasificarse en:
PEBD (en inglés conocido como LDPE o PE-LD): Polietileno de Baja
Densidad, se le conoce por sus principales características que son:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
No tóxico
Flexible
Liviano
Transparente
Inerte (al contenido)
Impermeable
Poca estabilidad dimensional, pero fácil procesamiento
Bajo costo
PEAD (en inglés conocido como HDPE o PE-HD): Polietileno de Alta
Densidad; densidad igual o menor a 0.941 g/cm3. Tiene un bajo nivel de
ramificaciones, por lo cual su densidad es alta, las fuerzas intermoleculares
son altas también. La producción de un buen PEAD depende de la
selección del catalizador, entre sus características tenemos:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
Resistente a las bajas temperaturas;
Alta resistencia a la tensión; compresión, tracción;
Baja densidad en comparación con metales u otros materiales;
Impermeable;
Inerte (al contenido), baja reactividad;
No tóxico
Poca estabilidad dimensional, creep
40
Tabla 6. Propiedades mecánicas del polietileno. [7]
Propiedad
Polietileno de
baja densidad
Excelente
0.910-0.925
4-16
Polietileno de
densidad media
Excelente
0.926-0.940
8.24
Calidad de moldeado
Densidad relativa
Resistencia en tracción, MPa
Resistencia en compresión, MPa
Resistencia en impacto, Izod J/mm
Sin rotura
0.025-0.8
Dureza, Shore
D41-D46
D50-D60
R10
R15
Dilatación térmica, 10-4/°C
25-50
35-40
Resistencia al calor, °C
80-100
105-120
Resistencia dieléctrica, V/mm
18000-39000
18000-39000
Constante dieléctrica, (60 Hz)
2.25-2.35
2.25-2.35
Factor disipación (60Hz)
0.0005
0.0005
Resistencia arco, s
135-160
200-235
Absorción de agua (24 h), %
0.015
0.01
Velocidad de combustión, mm/min
Lenta 26
Lenta 25-26
Efecto luz solar
Se agrieta- debe Se agrieta- debe
estabilizarse
estabilizarse
Efecto de ácidos
Ácidos oxidantes Ácidos oxidantes
Efecto de álcalis
Resistente
Resistente
Efecto disolventes
Resistente (por
Resistente (por
debajo de 60°C) debajo de 60°C)
Calidad mecanizado
Buena
Buena
Calidad óptica
Transparente a
Transparente a
opaco
opaco
Polietileno de
alta densidad
Excelente
0.941-0.965
20-38
19-35
0.025-1.0
D60-D70
28-33
18000-20000
2.30-2.35
0.0005
0.01
Lenta 25-26
Se agrieta- debe
estabilizarse
Ácidos oxidantes
Resistente
Resistente (por
debajo de 60°C)
Excelente
Transparente a
opaco
4.2.2 Polipropileno
El polipropileno, puede categorizarse ampliamente como homopolímero, o como
coopolímero. El homopolímero polipropileno tiene una dureza y una resistencia
térmica superiores a las del polietileno de alta densidad, pero una resistencia al
impacto inferior y se vuelve quebradizo por debajo de ~0°C. Las Aplicaciones para
los homopolímeros se dan en envolturas de aparatos eléctricos, embalajes,
estuches de cintas, fibras, monofilamentos (rafia). Como coopolímero, posee otro
monómero oleofino, generalmente etileno, para el impacto mejorado u otras
propiedades, por lo tanto las calidades copoliméricas son preferidas para
aplicaciones que exponen a condiciones de frío/invierno. Además tienden a ser
más difíciles de fabricar, pero la nueva tecnología se ha ido encargando de que
esto desaparezca y no se convierta en un gran problema. Para los coopolímeros
41
las aplicaciones se dan en tubos, casco de barcos, asientos y piezas para el
automóvil, por ejemplo, cofres de baterías y parachoques aunque estos últimos
suelen ser fabricados con polipropilenos modificados con elastómeros.
También cabe destacar que en esta familia se encuentra el polipropileno
isotáctico, el cual posee semicristalinidad y se fabrica por polimerización, mientras
que el polipropileno atáctico, apenas tiende a ser cristalino dado que carece de
ordenamiento espacial.
En su estructura, al pasar del polietileno, al polipropileno, la sustitución de un
grupo de metilo cada dos átomos de carbono de la cadena polimérica principal,
restringe la rotación de las otras cadenas, produciendo así un material más duro y
menos flexible. Es blanco, semiopaco, elaborado en una amplia variedad de
calidades y modificaciones. Por pertenecer al grupo metilo, sus cadenas aumentan
la temperatura de transición vítrea, y por ello el polipropileno tiene temperaturas de
fusión y de deformación por calor, mayores a las del polietileno.
Por pertenecer, como se dijo anteriormente al grupo de los termoplásticos, el
polipropileno posee la capacidad de fundirse a una temperatura determinada,
además posee un comportamiento visco-elástico que proporciona ante los
ensayos de tracción, compresión, flexión y torsión, resultados satisfactorios. Es un
material desarrollado también, bajo el manejo de un excelente control de calidad,
brindando así una plena seguridad de uso en sus diferentes aplicaciones. Es un
polímero, además obtenido por la polimerización de propeno en presencia de
catalizadores y en determinadas condiciones de presión y temperatura.
Dentro del gran sin número de propiedades que maneja este material, deben
destacarse unas que en especial son de mucha importancia como son:
Propiedades físicas:
• La densidad del polipropileno, está comprendida entre 0.90 y 0.93 gr/cm3`
Por ser tan baja permite la fabricación de productos ligeros.
• Es un material más rígido que la mayoría de los termoplásticos. Una carga de
25.5 kg/cm2, aplicada durante 24 horas no produce deformación apreciable a
temperatura ambiente y resiste hasta los 70° C.
• Posee una gran capacidad de recuperación elástica.
• Tiene una excelente compatibilidad con el medio.
• Es un material fácil de reciclar.
• Posee alta resistencia al impacto.
42
Propiedades mecánicas:
Tabla 7. Propiedades mecánicas del polipropileno. [7]
Propiedad
Homopolímero de
polipropileno
(sin modificar)
Calidad de moldeado
Excelente
Densidad relativa
0.902-0.906
Resistencia en tracción, MPa
31-38
Resistencia en compresión, MPa
38-55
Resistencia en impacto, Izod J/mm
0.025-0.1
Dureza, Rockwell
R85-R110
Dilatación térmica, 10-4/°C
14.7-25.9
Resistencia al calor, °C
110-150
Resistencia dieléctrica, V/mm
20000-26000
Constante dieléctrica, (60 Hz)
2.2-2.6
Factor disipación (60Hz)
0.0005
Resistencia arco, s
138-185
Absorción de agua (24 h), %
0.01
Velocidad de combustión, mm/min
Lenta
Efecto luz solar
Se agrieta- debe
estabilizarse
Efecto de ácidos
Ácidos oxidantes
Efecto de álcalis
Efecto disolventes
Calidad mecanizado
Calidad óptica
Polipropileno
(Reforzado con
vidrio)
Excelente
1.05-1.24
42-62
38-48
0.5-0.25
R90
7.4-13.2
150-160
200000-25500
2.37
0.0022
74
0.01-0.05
Lenta -incombustible
Se agrieta- debe
estabilizarse
Atacado lentamente
por ácidos oxidantes
Resistente
Resistente
Resistente (por debajo Resistente (por debajo
de 80°C)
de 80°C)
Buena
Bastante
Transparente a opaco
Opaco
43
5. DISEÑO DE LA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS PARA
POLÍMEROS
Cálculos para las probetas
Teniendo en cuenta que los materiales más nombrados en la asignatura de
materiales sintéticos son el polietileno y el polipropileno; a continuación se hará
una análisis de las fuerzas máximas a las que pueden ser sometidos estos
materiales, a partir de estos resultados se planteará el diseño de la Máquina
Universal de Ensayos.
Figura 13. Probeta tipo I en polietileno y polipropileno
Sección A-A
b = 7 mm
h = 13 mm
A0 = 7 mm × 13 mm
44
A0 = 0.91 cm2
Polietileno
Polietileno de baja densidad
Su = # = 4 - 16 MPa = 0.41
(Resistencia a la tracción) (Ver Tabla
- 1.6315
6. Propiedades mecánicas del polietileno)
Modulo de Elasticidad= E = 0.010 × 105
típicas de algunos polímeros)
Para # = 0.41
P = 0.41
× 91 mm2
P = 37.31 kgf
Deformación
" = 2.337 mm
Para # = 1.6315
45
= 10
(Ver Tabla 2. Propiedades
× 91 mm2
P = 1.6315
P =148.4665 kgf
Deformación
" = 9 mm
Polietileno de media densidad
Su = # = 8.24 MPa = 0.84
(Resistencia a la tracción)
(Ver Tabla 6.
Propiedades mecánicas del polietileno)
Modulo de Elasticidad= E = 0.010 × 105
típicas de algunos polímeros)
P = 0.84
× 91 mm2
P = 76.5 kgf
46
= 10
(Ver Tabla 2. Propiedades
Deformación
" = 4.788 mm
Polietileno de alta densidad
Su = # = 20 – 38 MPa = 2.04
(Resistencia a la tracción) (Ver Tabla
– 3.87
6. Propiedades mecánicas del polietileno)
Modulo de Elasticidad= E = 0.010 × 105
típicas de algunos polímeros)
Para # = 2.04
P = 2.04
× 91 mm2
P = 185.6 kgf
Deformación
47
= 10
(Ver Tabla 2. Propiedades
" = 11.628 mm
Para # = 3.87
P = 3.87
× 91 mm2
P =352.62 kgf
Deformación
" = 22.059 mm
Con este resultado se concluye que el polietileno de baja densidad se rompe
entre un rango de fuerza de 37.31 kgf y 352.62 kgf y tiene un alargamiento entre
2.337 mm y 22.059 mm.
Polipropileno
Homopolímero de polipropileno (Sin modificar)
Su = # = 31 - 38 MPa = 3.16
(Resistencia a la tracción) (Ver Tabla
– 3.87
7. Propiedades mecánicas del polipropileno)
Modulo de Elasticidad= E = 0.163 × 105
= 163
típicas de algunos polímeros)
48
(Ver Tabla 2. Propiedades
Para # = 3.16
P = 3.16
× 91 mm2
P = 287.66 kgf
Deformación
" =1.11 mm
Para # = 3.87
P = 3.87
× 91 mm2
P =352.62 kgf
Deformación
" = 1.35 mm
49
Polipropileno (reforzado con fibra de vidrio)
Su = # = 42 - 62 MPa = 4.28
(Resistencia a la tracción) (Ver Tabla
– 6.32
7. Propiedades mecánicas del polipropileno)
Modulo de Elasticidad= E = 0.163 × 105
= 163
típicas de algunos polímeros)
Para # = 4.28
P = 4.28
× 91 mm2
P = 389.7 kgf
Deformación
" =1.5 mm
Para # = 6.32
P = 6.32
× 91 mm2
50
(Ver Tabla 2. Propiedades
P =575.32 kgf
Deformación
" = 2.2 mm
Con este resultado se concluye que el polietileno de baja densidad se rompe
entre un rango de fuerza de 287.66 kgf y 575.32 kgf y tiene un alargamiento entre
1.11 mm y 2.2 mm.
DISEÑO DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN LA MÁQUINA UNIVERSAL
DE ENSAYOS PARA POLÍMEROS
5.1 DISEÑO DEL TUBO (PLANO NO 5)
Figura 14. Dimensiones del tubo
Material: Acero 1020
Del Anexo 1. Se obtiene el límite último y el límite de fluencia
51
Su = 440… 540 MPa = 440000… 540000
Sy = 260 MPa = 260000
(Límite último)
(límite de fluencia)
Dext = 6 cm = 60 mm
Dint = 5 cm = 50 mm
L = 65 cm = 650 mm
El área que se utiliza es el área del espesor del tubo, como se muestra:
A = % (302 - 252)
A = 863.9379797 mm2
(4)
Despejando la Ecuación 4 tenemos
(4.1)
Para facilitar los cálculos se hace la conversión de KN7m2 a KN/mm2
260000
×
= 0.26
Remplazando en la Ecuación 4.1
P = 0.26
× 863.9379797 mm2
P = 224.6238747 KN
52
Como se necesita especificar la fuerza P en Kgf entonces convertimos KN en Kgf
así:
224.6238747 × 103 N ×
= 22905.26069 Kgf
Ahora se procede a hallar el Factor de seguridad permisible, este es un factor
necesario para asegurarse que no haya fallas en la pieza diseñada.
[N] = n1 ×n2 ×n3 (4.2)
Los valores n1, n2 y n3 se toman del Anexo 2.
n1 es un coeficiente que determina la exactitud del cálculo.
n2 coeficiente que tiene en cuenta la homogeneidad de las propiedades del
material.
n3 tiene en cuenta el grado de responsabilidad de la pieza.
n1 = 1.2 porque el calculo que nos arroja los esfuerzos son bajos.
n2 = 1.2 porque es una pieza de acero al carbono y aleada a elevadas
temperaturas de revenido.
n3 = 1.2 porque la ruptura de esta pieza ocasiona la parada de la máquina.
Reemplazando n1, n2 y n3 en la ecuación 4.2
[N] = 1.2 × 1.2 × 1.2
[N] = 1.728
Ahora se halla el factor de seguridad N teniendo en cuenta que:
N & [N] (El factor de seguridad no puede ser menor que el factor de seguridad
permisible)
El factor de seguridad para cargas estáticas se halla así:
(4.3) (Esta ecuación se utiliza para materiales ductiles)
53
# = 450
= 4.5
(Esfuerzo máximo aplicado en la prueba)
Sy = 260 MPa = 0.26 × 103
×
= 26.51262154
Reemplazando los valores de # y Sy en la ecuación 4.3 tenemos:
N = 5.891693675 & [N]
N & [N]
5.891693675 & 1.728
Con esto se concluye que el tubo no se fracturará
5.2 SOLDADURA
Para soldar unir el tubo a la mordaza se recomienda Xuper 680 CGS. (Ver Anexo
3.)
Usos:
Para soldaduras de alta calidad, rápidas y económicas, en dados, herramientas,
resortes, colchones o almohadillas para recubrimientos duros.
Para unir aceros disímiles; reconstrucciones maquinables y juntas a tope. Lo
mejor para combinaciones de aceros similares o disímiles y la unión de aceros de
diferentes espesores.
Procedimiento:
USE CA o CC, polaridad invertida (tiene excelente estabilidad en CA).
Limpie el área a soldar. Bisele las secciones pesadas. Solamente en algunos
casos aceros de alta aleación pueden requerir un ligero precalentamiento de
aproximadamente 245°C (400°F). Incline el electrodo entre 10 y 15° en dirección
del avance, mantenga un arco corto. El depósito es rápido y uniforme y permite un
avance rápido sin que se pegue o se desvíe.
54
Características:
Su revestimiento FrigidArcMR, más una matriz de alta aleación genera un arco
altamente ionizado para transferir el metal de soldadura en forma de rociado.
Posee una fuerza extraordinaria y una alta resistencia a la corrosión, aunadas a su
facilidad de manejo y uniformidad.
El NúcleO-CGS produce una estructura controlada del grano, obteniéndose alta
resistencia, alta elongación, tenacidad y ductilidad. Bajo amperaje – facilidad de
punteado y repunteado.
TAMAÑOS
Diámetro
mm.
in.
2.4
3/32
4.0
5/32
3.2
1/8
AMPERAJES RECOMENDADOS
Rango A
70 – 85
120 – 145
100 – 120
Rango B
45 – 60
85 – 110
70 – 90
RESISTENCIA A LA TENSIÓN: 8450 kg/cm2 (120000 psi).
IDENTIFICACIÓN: Punta dorada.
Cálculo de la garganta de soldadura
Figura 15. Dimensiones del área a aplicar la soldadura
55
P = fuerza máxima a la que se van a someter los materiales, en este caso el
material que se rompe con una mayor fuerza es el polipropileno con 575.32 kgf,
pero para mayor seguridad en el diseño se tomará una fuerza mayor a esta de
10KN que es aproximadamente 1019.7 kgf.
A = área de la garganta de soldadura
A = 1.141%hr (Ver Anexo 19)
A = 1.414 × % × h × 38.5 mm = 171.025 h mm
171.025 h mm =
h = 0.071 mm (Garganta de la soldadura)
Figura 16. Garganta de soldadura
56
5.3 DISEÑO DE TORNILLOS PARA LAS MORDAZAS
Figura 17. Posicionamiento del tornillo en las mordazas
Datos del tornillo
Acero ASTM-A709 Grado 50
Dnominal = 3/8 = Dp
Grado = 2 (Ver Anexo 6)
Tornillo bristol
Paso =16 hilos por pulgada = N
Dmenor = 0.2938 in = Dr (Ver Anexo 7)
Área de esfuerzo a tensión = At = 0.0775 in2 (área de la sección no roscada)
Para el caso de las roscas UNS (Unified National standard)
Dmayor = D
57
Dp = D –
D = Dp +
D = 0.375 +
D = 0.41559 in
Ahora se calcula el área de la sección no roscada, Ad
Ad = %
Ad = %
)2
)2
Ad = 0.110 in2
Longitud no roscada = Lt = 0.7874 in = 20 mm
Longitud roscada = Ld = 1.2126 in = 30.8 mm
Longitud total del tornillo = 2 in = 50.8 mm
El esfuerzo de tensión del tornillo es:
#t =
#t =
#t = 258.06
ktornillo =
58
Donde:
E: Mòdulo de elasticidad del material del tornillo
Eacero = 30000 kpsi (Acero ASTM-A709) (Ver Anexo 8)
ktornillo =
ktornillo = 1416.18 × 103
km = kmordaza
E = mòdulo de elasticidad de la mordaza
E = 30000 kpsi (Acero ASTM A36) (Ver Anexo 8)
Km =
Km =
Km = 11869.6 × 103
C=
C=
C = 0.1066
Càlculo de factor de seguridad para el tornillo
nb =
>1
Sp = 55 kpsi (Ver Anexo 9)
55 × 103
= 25000
59
At = 0.0755 in2
P = carga en cada tornillo
P=
Donde z es el número de tornillos
P=
P = 10 kgf
0.75Fp --- reutilizable
Fi =
0.9 Fp --- permanente
Fp = A t × S p
Fp = (0.0775 in2) (25000
)
Fp = 1937.5 kgf
Fi = 0.75Fp
Fi = (0.75) (1937.5 kgf)
Fi = 1453.125 kgf
>1
Reemplazando estos valores en nb =
nb =
>1
nb = 454.385 Este resultado nos asegura que el tornillo no se romperá.
Càlculo de factor de seguridad para las platinas
60
nm =
nm =
nm =162.65 > 1 no se separarán las platinas
Figura 18. Dimensiones del tornillo para las mordaza
5.4 GUÍAS DE LA MORDAZA
D = 5 mm
Ajuste H6/h5 (Ver Anexo 12)
Agujero 0… -0.005
Eje 0… +0.008
Es un ajuste sin juego perceptible, para centrado y ajuste de alta precisión.
Movimientos lentos.
Montaje deslizante. (Ver Anexo 10)
61
5.5 GUIA SUPERIOR (PLANO NO 7)
Para la construcción de la guìa se utilizará como material fundición grìs porque
este es un material con un alto contenido de carbono y no permitirá que las guias
se deformen.
Figura 19. Guía superior
Buje guia superior
Figura 20. Dimensiones buje guía superior
62
Dint = 60 mm
Dext = 70 mm
L = 45 mm
El material más recomendable para este buje es bronce, porque e l bronce es más
resistente y duro que cualquiera otra aleación común, excepto el acero, que le
supera en resistencia a la corrosión y facilidad de lubricación.
Tolerancia buje guía superior – guía superior
El ajuste del buje superior con la guía superior es U8/h8 (Ver Anexo 14)
Agujero -0.102… -0.148
Eje 0… -0.046
Ajuste para piezas que trabajan en caliente y para piezas fijadas en general que
no se separen durante el funcionamiento. (Ver Anexo 10)
Tolerancia buje guía superior - tubo
La tolerancia del buje de la guía superior con el tubo es H8/h9 (Ver Anexo 11)
Agujero 0… -0.046
Eje 0… +0.046
Ajuste deslizante para alojamientos largos.
Guías de acoplamiento con parte centrante y larga.
Montaje a mano. (Ver Anexo 10)
63
5.6 CÁLCULO DEL TORNILLO DE POTENCIA (PLANO NO 6)
Figura 21. Esquema de un tornillo Rosca Acme
Rosca trapezoidal Acme Americana (Ver Anexo 16)
Paso = Avance = 0.25 in = 6.35 mm
L = 40 cm = 400 mm
Do = 1 ¾ in = 44.45; ro = 22.225 mm
Hilos por pulgada = 4
Área de esfuerzo a tensión= 1.918 in2
Dm = 41.381 mm; rm = 20.6905 mm
Di = 39.958 mm; ri = 18.976 mm
Figura 22. Sección de una hélice del tornillo de potencia.
64
d = 0.5p + 0.01 in.
d = 0.5 (0.25) + 0.01 in.
d = 0.135 in. = 3.429 mm
b = 0.6296p + 0.0052 in.
b = 0.6296 (0.25) + 0.0052 in.
b = 0.1626 in. = 4.13004 mm
Ángulo de hélice
= 2.8 °
Figura 23. Ángulo de hélice
= 14.5°
Càlculo de momento de giro y la carga axial
(Momento descendiendo la carga)
65
(Momento en el elevando la carga)
Donde:
T: momento aplicado para girar el tornillo o la tuerca
W: carga paralela al eje del tornillo
rm = radio medio de la tuerca
rc = radio efectivo de la superficie de rozamiento contra la cual se apoya la carga,
llamado radio del collar
f = coeficiente de rozamiento entre las roscas del tornillo y la tuerca, por el
acabado de la pieza. (Ver Anexo Q)
fc = coeficiente y rozamiento en el collar
= ángulo de la hélice de la rosca en el radio medio
= ángulo entre la tangente al perfil del diente (sobre el lado cargado) y una
línea radial, medido en un plano normal a la hélice de la rosca en el radio medio.
W = 10 KN = 1019.72 Kgf
Rm = 20.6905 mm
Rc = 22.475 mm
f = 0.2
fc = 0.15
= 2.8°
= 14.5°
Càlculo de momento para bajar la carga
66
T = 10 KN (5.4098 mm + 3.37125 mm)
T = 87.8105 KN. mm (momento para bajar la carga)
Càlculo de momento para elevar la carga
T = 10 KN (3.23 mm + 3.37125 mm)
T = 66 KN mm (momento para elevar la carga)
Càlculo de esfuerzos de la rosca
Figura 24. Tipo de fuerza aplicada sobre el diente de la rosca
Sb =
Ss =
(esfuerzo de flexión)
(esfuerzo cortante)
n = número de vueltas de rosca sometidas a la carga
n=
n=
n = 7.087
67
Sb =
Sb = 6.54
= 6.54 MPa = 0.67
(esfuerzo de flexión)
Ss =
Ss =
Ss = 2.628
= 2.628 MPa = 0.27
(esfuerzo cortante)
Del Anexo 20 tenemos que St = 56 kgf/mm2 (Esfuerzo en tracción) con un
tratamiento térmico recodido subcrítico, por lo tanto el esfuerzo cortante (Ss) será:
Ss = 0.8×St
Ss = 0.8 × 56
Ss = 44.8
Comparando este esfuerzo con los datos calculados, esto nos asegura que el
material Acero 1045 templado en agua, aceite y revenido en aire es una buena
elección para el tornillo de potencia, pues con este no sufrirá fallas.
Cálculo de presión de contacto entre las superficies del tornillo
P=
P=
P = 3.16
= 3.16 MPa
El valor de la presión de contacto entre las superficies es bajo porque entre la raíz
y la cresta de las roscas interna y externa la carga no es soportada sobre la
68
profundidad total h, otra razón es que la carga no está distribuida uniformemente
sobre la longitud de la rosca.
Cálculo de esfuerzos en el núcleo del tornillo
Ss =
Sn =
(esfuerzo cortante torsional)
(esfuerzo directo, este puede ser de tracción o compresión)
Ss =
Ss =8.18
= 8.18 MPa (esfuerzo cortante torsional)
Sn =
Sn = 8.84
= 8.84 MPa (esfuerzo directo)
5.7 DISEÑO DE TUERCA PARA TORNILLO DE POTENCIA
Figura 25. Dimensiones de la tuerca
69
D1 = D + 0.5 mm. Donde D = Do; (ver Anexo 16)
D1 = 44.45 mm + 0.5 mm.
D1 = 44.95 mm.
F1 = F + 0.5 mm. Donde F = Di
F1 = 39.952 + 0.5 mm.
F1 = 40.452 mm.
L = 45 mm (Ver Anexo 18)
El material referenciado para este elemento será un acero 8620 porque Ofrece
muy
buena
dureza
superficial
y
buenas
propiedades
internas.
5.8 GUÍA MÓVIL (PLANO NO 8)
Para la construcción de la guia se utilizará como material fundición grís porque es
un material con un alto contenido de carbono y no permitirá que las guias se
deformen.
Figura 26. Guía móvil
70
Ajuste guía móvil – tuerca
U8/h8 (Ver Anexo 14)
Eje: 0… -0.046
Agujero: -0.102… -0.148
Ajuste para piezas que trabajan en caliente y para piezas fijadas que en general
no se separen durante el funcionamiento. (Ver Anexo 10)
5.9 GUÍA INFERIOR (PLANO NO 9)
Para la construcción de la guía se utilizará como material fundición grís debido a
que el alto contenido de carbono y no permite que las guias se deformen.
Figura 27. Guía inferior
71
Buje guía inferior
Figura 28. Dimensiones buje guía inferior
Dint = 39.952 mm
Dext = 70 mm
L = 45 mm
El material más recomendable para este buje es bronce, porque el bronce es más
resistente y duro que cualquiera otra aleación común, excepto el acero, que le
supera en resistencia a la corrosión y facilidad de lubricación.
Ajuste guía inferior y buje inferior
U8/h8 (ver Anexo 14)
Dinterior= 37.592mm
Dexterior = 70 mm
Eje: 0… -0.046
Agujero: -0.102… -0.148
Ajuste para piezas que trabajan en caliente y para piezas fijadas que en general
no se separen durante el funcionamiento. (Ver Anexo 10)
72
Ajuste buje guía inferior – tornillo de potencia
Dint = 18 mm
Dext = 70 mm
F8/h8 (ver Anexo 15)
Agujero: 0….-0.033
Eje: +0.020…..+0.053
Ajuste para piezas giratorias con juego medio y presiones poco elevadas.
Guías de acoplamientos con parte centrante de poca importancia y fácil montaje.
Montaje a mano. (Ver Anexo 10)
5.10 EJE PARA ALINEAR LAS GUÍAS
D = 20 mm
L = 420 mm
Este eje fabricará de Acero 1020 porque es un elemento que no está sometido a
grandes esfuerzos y solo se utilizará como guía para que la tuerca no gire.
Figura 29. Dimensiones del eje para alinear las guias
73
5.11 CARCASA (PLANO NO 14)
Figura 30 Dimensiones de la carcasa
L = 467 mm
El material más recomendado para la carcasa es aluminio laminar de 2 mm de
espesor, porque este material muestra una optima resistencia a la corrosión
mantendrá en buen estado los elementos que cubre.
5.12 MOTORREDUCTOR
Figura 31. Motoreductor
74
La carrera del recorrido en el tornillo tendrá un total de 355mm, para la prueba se
utilizarán longitudes muy cortas como las que se requieren para la ruptura de las
probetas.
Para una probeta de polietileno la deformación está entre 6.7 mm y
25.65 mm, para el polipropileno se estima una deformación de 1.1 m a 1.5 mm.
Esto demuestra que para observar el desarrollo de la prueba se deben tener en
cuenta variables tan importantes como las revoluciones por minuto (n).
Para el recorrido total del tornillo se requiere un tiempo estimado de 10 minutos
(600 segundos).
t = Tiempo que dura el recorrido
L = longitud del recorrido en el tornillo = 355 mm
Paso = avance = 6.35 mm
nv = numero de vueltas en la longitud total del tornillo
n = revoluciones por minuto (rpm)
w = velocidad angular
Pot = potencia del motor
nv =55.91
Este resultado indica que para realizar el recorrido total del tornillo se necesitan
94.488 vueltas o revoluciones.
n = 5.91 rev/min
75
Se necesitan 5.91 rev/min a la salida del reductor para realizar el recorrido de la
longitud del tornillo.
w = 0.58544
Pot = T × w
Donde:
T = torque del tornillo aproximadamente a 1000 kgf, el torque para subir de la
carga es 87.8105 Nm y el torque para bajar la carga es 66 Nm.
Potsubir = T × w
Potsubir = 87.8105 Nm × 0.58544
Potsubir = 0.05141 KW
Potsubir = 0.05141 KW ×
Potsubir = 0.0689 hp
Potbajar = 66 Nm × 0.58544
Potbajar = 0.03864 KW
Potsubir = 0.03864 KW ×
Potsubir = 0.0518 hp
Según estos resultados se requiere un motor con aproximadamente ¼ hp.
76
Selección del motorreductor
Los siguientes datos se obtuvieron del Anexo 23:
Horas de trabajo: 3 – 4
Carga uniforme: 0.8 – 1 (Se toma el valor más elevado, es decir 1)
Arranques horas: 5
Coeficiente: 1
Cv = 0.5 × Factor de carga
Cv = 0.5 × 1
Cv = 0.5
Relación: 70:1 (Ver Anexo 23)
Tamaño: 45
Torque: 36 N.m
Factor de servicio: 1.2
Para la máquina Universal de ensayos se seleccionó un motorreductor con las
siguientes características:
Motorreductor con ejes a 90°, tipo corona-sin fin, con motor siemens de 0.4HP,
220 a 440 V, relación 70:1, para velocidad de entrada 1750 rpm y velocidad de
salida 26 rpm, tipo RV. Marca Fama “Nacional”. Modelo MRV 45. (Ver Anexo 23)
5.13 CÁLCULO DE CHAVETA PARA ACOPLAR EL MOTOR
Del Anexo 23. Se obtienen los siguientes datos:
b = 6 mm
h = 6 mm
Chaflán máximo = 0.40 mm
77
Chaflán mínimo = 0.25 mm
Profundidad en el árbol = 3.5 mm
A=b×h
A = 6 mm × 6 mm
A = 36 mm2
Lp = 12 mm
[#ap] =
(esfuerzo de aplastamiento permisible)
Donde:
Sy = 440 MPa = 440
(Ver Anexo 1. Para acero 1045 templado en agua y
aceite y revenido en aire)
[N] : Factor de seguridad permisible
[N] = n1× n2× n3 (Ver Anexo 2)
n1 = 1.2
n2 = 1.2
n3 = 1.1
[N] = 1.2 × 1.2 × 1.1
[N] = 1.584
78
[#ap] =
[#ap] = 277.7
' [#ap]
#aplas =
T = torque del tornillo de potencia
d = Diámetro del árbol
#aplas =
#aplas = 271.31
#aplas ' [#ap]
271.31
' 277.7
Este resultado nos asegura que la chaveta no sufrirá ningún aplastamiento.
5.14 CELDA DE CARGA [12]
Ver Anexo 24
Una celda de carga es un dispositivo que da como salida una señal eléctrica
que es directamente proporcional a la fuerza que le ha sido aplicada. Las
celdas de carga son usadas ampliamente en aplicaciones de pesaje
electrónico.
Cada celda está basada en un elemento elástico, a los cuales se les adhiere
varias galgas de resistencia eléctrica. La forma geométrica y el modulo de
elasticidad del elemento determinan la magnitud del campo de deformación
producido por la acción de fuerza.
El material usado para el elemento elástico es usualmente, acero para
herramientas, acero inoxidable, aluminio o cobre en general materiales que
tengan la ayuda de tener una relación lineal entre esfuerzo y deformación.
También debe tener una larga vida de fatiga para asegurar un buen elemento
de medición. Para lograr estas características es usual que se someta el
material a tratamientos térmicos.
79
Para esta Máquina universal de ensayos la celda de carga a utilizar tiene una
capacidad de 2KLb - 3KLb.
Puesta en funcionamiento de la celda de carga
Figura 32. Alimentación de la celda de carga
Fuerza máxima = 1000 Kgf
Fuerza mínima = 1 Kgf
Voltaje de salida a escala completa
Donde:
Vexc : voltaje de excitación = 10 Vexc
@ 1000 Kgf
Vo para 1000 Kgf = Vo(1 Kgf) = 10000 mV
Vab = 30 mV
80
Ganancia: G =
G = 333.33
Para poder ajustar esta ganancia hay que encontrar una RG que es una resistencia
de ganancia.
Vo para 1 Kgf = Vo(1000 Kgf) = 10 mV
Vab = 0.03 mV
Ganancia: G =
G = 333.33
Donde:
S: Sensibilidad de la celda
F: fuerza
81
5.15 ESPÁRRAGO PARA UNIR LA CELDA DE CARGA CON LA MORDAZA
FIJA
Figura 33. Dimensiones del esparrago
Cálculo de esfuerzo para el espárrago
Donde:
F = 1000 Kgf
At = 84.27 mm2 (Área transversal del tornillo) (Ver Anexo 5)
D = 12 mm
p = 1.75
# = 11.86
= 116.3
=116.3 MPa
82
Del Anexo 1 se deduce que el material apropiado para este espárrago es Acero
1020.
La rosca del espárrago se selecciona de acuerdo a la rosca de la celda de carga,
que es una rosca métrica de paso 1.75 y un diámetro de 12 mm (M12 X 1.75).
5.16 VARIABLE SPEED DRIVE O VARIADOR DE VELOCIDAD
El Variador de Velocidad (VSD, Variable Speed Drive) es un dispositivo o
conjunto de dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos o electrónicos
empleados para controlar la velocidad giratoria de maquinaria, especialmente de
motores. También es conocido como Accionamiento de Velocidad Variable (ASD,
Adjustable-Speed Drive). De igual manera, en ocasiones es denominado mediante
el anglicismo Drive, costumbre que se considera inadecuada.
La máquinaria industrial generalmente es accionada a través de motores
eléctricos, a velocidades constantes o variables, pero con valores precisos. No
obstante, los motores eléctricos generalmente operan a velocidad constante o
cuasi-constante, y con valores que dependen de la alimentación y de las
características propias del motor, los cuales no se pueden modificar fácilmente.
Para lograr regular la velocidad de los motores, se emplea un controlador especial
que recibe el nombre de variador de velocidad. Los variadores de velocidad se
emplean en una amplia gama de aplicaciones industriales, como en ventiladores y
equipo de aire acondicionado, equipo de bombeo, bandas y transportadores
industriales, elevadores, llenadoras, tornos y fresadoras, etc.
Un variador de velocidad puede consistir en la combinación de un motor eléctrico y
el controlador que se emplea para regular la velocidad del mismo. La combinación
de un motor de velocidad constante y de un dispositivo mecánico que permita
cambiar la velocidad de forma continua (sin ser un motor paso a paso) también
puede ser designado como variador de velocidad.
Motivos para emplear variadores de velocidad
El control de procesos y el ahorro de la energía son las dos de las principales
razones para el empleo de variadores de velocidad. Históricamente, los variadores
de velocidad fueron desarrollados originalmente para el control de procesos, pero
el ahorro energético ha surgido como un objetivo tan importante como el primero.
83
El ajuste de la velocidad como una forma de controlar un proceso
Entre las diversas ventajas en el control del proceso proporcionadas por el empleo
de variadores de velocidad destacan:
Operaciones más suaves.
Control de la aceleración.
Distintas velocidades de operación para cada fase del proceso.
Compensación de variables en procesos variables.
Permitir operaciones lentas para fines de ajuste o prueba.
Ajuste de la tasa de producción.
Permitir el posicionamiento de alta precisión.
Control del Par motor (torque).
Teniendo en cuenta las especificaciones técnicas de diferentes componentes de
tipo comercial y analizando la naturaleza de los ensayos a realizar, se
seleccionará un variador de frecuencia con las siguientes especificaciones: (Ver
Anexo 25)
Tipo (ESMD371X2SFA)
Marca Lenze (alemán)
Capacidad de 0.37 KW (0.5 hp)
240 V (Voltios)
Variador de tres fases con potenciómetro.
84
5.17 CÁLCULO DE ESTRUCTURA
Figura 34. Estructura
Material: Acero estructural ASTM A-36
Resistencia de fluencia en tensión: 250 MPa = 36 Ksi
Resistencia de fluencia en cortante: 400 MPa = 58 Ksi
Figura 35. Dimensiones de la placa superior
85
V = Volumen
V = 30 mm x 200 mm x 200 mm
V = 1200000 mm3 = 0.0012 m3
W = peso de la viga superior
Donde:
( : densidad del material = 7860 Kg/m3
V: volumen
g: gravedad = 9.81m/s2
W = 92.582 N
Figura 36. Diagrama de cuerpo libre de la placa superior
86
Fc: fuerza ubicada sobre el centro de la placa superior
b: base de la placa superior = 200 mm
Fh: fuerza distribuida sobre la placa
Fh = 0.46264
Fc = 46.264 N
Figura 37. Posición de la fuerza total en el centroide de la placa
FCT = Fuerza total ubicada sobre el centro de la placa
87
FCT = 9852.9 N
Para el análisis estático podemos plantear un esquema como el que se muestra a
continuación:
Figura 38. Analisis estático para la placa
)Fy = 0
RA – 9852.9 N = 0
RA= 9852.9 N
MA = FCT x 100 mm
MA = 9852.9 N x 100 mm
MA = 985290 N mm
88
En esta estructura las posibles fallas pueden encontrarse en el punto A, por lo
tanto en este se analizarán los esfuerzos producidos por las fuerzas aplicadas
sobre la placa:
Donde:
#A : esfuerzo de flexión producido en el punto A
c : centroide, distancia que hay entre la fibra central y las fibras exteriores de la
placa
c = 15 mm
Figura 39. Ubicación del eje neutro
I : momento de inercia de la sección transversal en el punto A
I = 450000 mm4
Hallamos el esfuerzo de flexión en el punto A
89
#A = 32.843 MPa (esfuerzo de flexión en el punto A)
Ahora se calcula el esfuerzo cortante producido en el punto A:
Donde:
: esfuerzo cortante producido en el punto A
A : área transversal en el punto A de la placa
A = 200 mm x 30 mm
A = 6000 mm2
: Distancia entre el Punto A y el centroide de la placa
= 15 mm
Q = 6000 mm2 x 15 mm
Q = 90000 mm3
I : momento de inercia de la sección transversal en el punto A
I = 450000 mm4
b = base
b = 200 mm
Reemplazando los valores se obtiene:
90
(Esfuerzo cortante producido en el punto A)
Ahora se procede a hallar el Esfuerzo cortante máximo en el punto A para poder
calcular el factor de seguridad de la placa:
Donde:
N: factor de seguridad
: Esfuerzo de fluencia del material del cual se va a construir la placa. (ver Anexo
8)
= 21 Ksi = 145 MPa
91
N = 3.8
Este resultado indica que la placa no sufrirá fallas y que el material es el indicado.
Para mayor certeza se comprobará este factor de seguridad con esfuerzos
alternantes sobre la placa:
Donde:
: Esfuerzo a flexión medio
Sy = esfuerzo de fluencia en flexión
(Ver Anexo 8)
: esfuerzo a flexión alternante
Se : esfuerzo de fatiga en flexión
Se = (0.4…0.5) Su
Su : esfuerzo ultimo del material
Su = 58 Ksi = 400 MPa (Ver Anexo 8)
92
Se = 0.5 x Su
Se = 0.5 x 400 MPa
Se = 200 MPa
: Esfuerzo cortante máximo medio
=
.
=
= 9.575MPa
Ssy : esfuerzo de fluencia cortante
Ssy = (0.55…0.62) Sy
Sy : esfuerzo de fluencia (Ver Anexo 8)
Sy = 250 MPa
Ssy = 0.62 x Sy
Ssy = 0.62 x 250 MPa
Ssy = 89.9 MPa
Sse : esfuerzo de fatiga cortante
Sse = (0.22…0.25) Su
Su : esfuerzo ultimo del material
Su = 58 Ksi = 400 MPa (Ver Anexo 8)
Sse = 0.25 x Su
93
Sse = 0.25 x 400 MPa
Sse = 100 MPa
Ahora se calcula el factor de seguridad reemplazando todos los valores en la
siguiente fórmula:
N = 3.99
Con este resultado se comprueba que el material elegido es conveniente para esta
pieza, y que estos esfuerzos no afectan la placa.
94
Pernos placa superior de la estructura
Figura 40. Ubicación de los pernos sobre la placa superior
C = centroide del grupo de pernos
Al trasladar la fuerza (F) al grupo de pernos, esta genera un momento (Mc) con
respecto al centroide de la siguiente manera:
Mc = F x d
Mc = 9852.9 N x 125 mm
Mc = 1231612.5 N mm
Cálculo de cargas cortantes en cada perno
Donde:
F´: fuerza cortante primaria
95
F : fuerza aplicada sobre la placa
N : número de pernos
Donde:
F´´: fuerza cortante secundaria en cada perno
Mc: momento generado sobre el centroide del grupo de pernos
r: distancia entre el centroide y cada perno
96
Se calcula la fuerza total sobre cada uno de los pernos:
Figura 41. Análisis de fuerzas cortantes
Perno B
Perno C
Perno E
Los resultados de las fuerzas totales nos indican que los pernos B y E son críticos
porque ellos llevan la carga de corte máxima. El perno tenderá a cortarse por su
diámetro mayor, por consiguiente el área del esfuerzo cortante (Ap) es:
97
Donde:
D: diámetro del perno= 3/16 in. = 7.9375 mm
De modo que el esfuerzo de corte
para cada perno es:
Del Anexo 6 se concluye que estos pernos si resisten pues el esfuerzo que estos
soportan es aproximadamente 65Ksi = 433 MPa, por lo tanto 433 MPa es mayor
que 257.46 MPa que es el esfuerzo al cual están sometidos estos pernos, con
esto se deduce que el perno no tendrá fallas.
El esfuerzo de aplastamiento se debe a la presión del perno contra la parte
sujetada. El área de aplastamiento (Aaplas) es:
Donde:
t: espesor de la placa = 30 mm
D: diámetro del perno = 7.9375 mm
98
El esfuerzo de aplastamiento
será:
Se supone que el esfuerzo crítico por flexión de la placa superior ocurre en la
sección paralela al eje y a través de los pernos B, C y E por lo tanto el esfuerzo
crítico es
:
Donde:
: Momento con respecto al centroide
c: distancia entre la fibra del centroide y la fibra inferior = 100 mm
I: momento de inercia a través de la sección y se obtiene por medio de la fórmula
del teorema de ejes paralelos
99
Reemplazando se obtiene:
Entonces:
Figura 42. Translacion de fuerzas y momentos
100
Cálculo de esfuerzos en los puntos E y G
Donde:
F: fuerza aplicada
A: área transversal de de la sección EG
Mc: momento con respecto al centroide
c: centroide
I: momento de inercia
b: base de la sección transversal EG
h: altura sección transversal EG
(El resultado negativo indica que el
punto E se encuentra a compresión.)
101
(El resultado positivo indica que el punto G
se encuentra a tensión.)
Pernos de la placa inferior
Figura 43. Ubicación de los pernos sobre la placa inferior de anclaje
C = centroide del grupo de pernos
Al trasladar la fuerza (F) al grupo de pernos, esta genera un momento (M) con
respecto al centroide de la siguiente manera:
M =Mc - F x d
M = 12136125.5 N mm- 9852.9 N x 105 mm
M = 197058 N mm
102
Cálculo de cargas cortantes en cada perno
Donde:
F´: fuerza cortante primaria
F: fuerza aplicada sobre la placa
N: número de pernos
Donde:
F´´: fuerza cortante secundaria en cada perno
Mc: momento generado sobre el centroide del grupo de pernos
rn: distancia entre el centroide y cada perno
Cálculo de radio para cada perno
rA = rD = rH = rJ
103
rB = rI = 155 mm
rE = r G
rF = 55 mm
Cálculo de fuerza cortante secundaria para cada perno
104
Se calcula la fuerza total sobre cada uno de los pernos:
Pernos A, D, H, J
Pernos B, I
Pernos E, G
Perno F
105
Los resultados de las fuerzas totales nos indican que los pernos A, D, H y J son
críticos porque ellos llevan la carga de corte máxima. El perno tenderá a cortarse
por su diámetro mayor, por consiguiente el área del esfuerzo cortante (Ap) es:
Donde:
D: diámetro del perno= 1/2 in. = 12.7 mm
De modo que el esfuerzo de corte
para cada perno es:
Del Anexo 6 se concluye que estos pernos si resisten pues el esfuerzo que estos
soportan es aproximadamente 65Ksi = 433 MPa, por lo tanto 433 MPa es mayor
que 8.77 MPa que es el esfuerzo cortante al cual están sometidos estos pernos,
con esto se deduce que el perno no tendrá fallas.
106
6. COSTOS DE MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA
MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS PARA POLÍMEROS.
Los costos que se presentan a continuación son un pequeño adelanto al costo
verdadero que puede tener la máquina a la hora de ser construida, estos costos
fueron proporcionados por diversas empresas de la región, los materiales
nombrados son los más asequibles en el mercado por lo tanto no habrá problema
a la hora de obtenerlos por lo que da una ventaja para el siguiente paso de este
proyecto.
Tabla 8. Posibles costos de los materiales
DESCRIPCIÓN
NOMBRE DE LA PIEZA CANTIDAD
Acero 1020
Tubo
Acero 1045
Tornillo de potencia
Bronce
Buje guía
Acero 8620
Tuerca
Acero 1020
esparrago
Fundición gris
Guías
Acero 1020
Eje para alinear guías
Acero
mordazas
inoxidable
Lámina
Carcasa
Aluminio 2mm
de espesor
Acero grado 5
Tornillo 3/8 in.
Acero grado 5
Tornillo 5/16 in.
Acero grado 5
Tornillo 1/2 in.
motorreductor
motorreductor
Variador de
Variador de
frecuencia
frecuencia
Celda de carga
Celda de carga
COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
115000
44000
62500
23000
1000
45000
7500
143000
115000
44000
125000
23000
2000
135000
7500
286000
180000
180000
12
3
9
1
1
1700
1400
3000
975639
619795
20400
4200
27000
975639
619795
1
290000
290000
1
1
2
1
2
3
1
2
1
TOTAL
107
2.854.534
GASTOS DEL PROCESO DE DISEÑO
Todos los gastos que se presentan en el siguiente cuadro es un presupuesto que
fue subsanado por los ejecutores del proyecto.
Tabla 9. Gastos de proceso de diseño.
ACTIVIDAD
CANTIDAD
UNIDAD
COSTO
UNITARIO ($)
COSTO
TOTAL ($)
400
Pasaje bus
urbano
1100
440000
PAPELERIA
4
Resmas
10000
40000
TINTA
2
Recarga de
cartuchos
12000
24000
INTERNET
40
Horas
1500
60000
FOTOCOPIAS
900
Copia
60
54000
TRANSPORTE
IMPREVISTOS
MANO DE OBRA
100000
320
horas
5200
1664000
TOTAL
AJUSTE DE LOS EJECUTORES DEL PROYECTO
108
2.382.000
$ 2.382.000
7. CONCLUSIONES
Los posibles costos de los materiales para la construcción de la Máquina
Universal de Ensayos para polímeros propuesta en este proyecto
comparados con los costos de una máquina en el mercado son
relativamente viables pues los procesos siguientes hasta la construcción
de la máquina son sencillos y estos se podrían realizar dentro del campus
universitario.
El diseño arrojó factores de seguridad altos, lo cual indica que el diseño
la máquina es confiable y es una máquina que se podría construir para
laboratorio mas no para una producción en serie porque estos factores
seguridad indican que se estarían utilizando sobre dimensiones
materiales de mucha más resistencia mecánica que la necesaria.
de
un
de
o
Cuando se investigó todos los tipos de Máquinas Universales de Ensayos
para polímeros se adoptó el diseño de una máquina que
tuviera
características especiales de tamaño, forma y posición, este proyecto ha
respetado estas características para que la Máquina sea incluida al
proyecto del laboratorio de materiales sintéticos.
La selección de los materiales en el diseño tuvo en cuenta aspectos como
las propiedades mecánicas, el servicio que prestará el elemento, la
resistencia del material a la corrosión, deformación y que su servicio sea
eficiente.
El cálculo de la resistencia mecánica para los elementos tuvo como objetivo
prevenir fallas por las fuerzas a las que están expuestos.
La máquina está compuesta por elementos de mucha precisión como lo
son: celda de carga, motorreductor con variador de frecuencia lo que da
apoyo a que la máquina preste un optimo servicio en el momento de las
pruebas.
La maquina universal de ensayos no estará limitada a ciertos materiales
como el polipropileno, polietileno. En esta maquina se podrán hacer
pruebas con los otros materiales poliméricos.
109
Si llegase a requerir fuerzas de mayor dimensión que las especificadas se
no se requiere modificar el diseño sino que se recomienda que se haga una
selección del accionamiento (motoreductor) de mayor potencia.
110
8. RECOMENDACIONES
Para evitar los esfuerzos en las secciones muy pronunciadas se sugiere
realizar cordones de soldaduras lo cual disminuye estos concentradores de
esfuerzos esto ayuda a que la máquina no produzca fallas a futuro.
las tolerancias están ligadas a las condiciones que dependen de factores
como el ensamble con otras piezas, como lo son los elementos roscados y
elementos que presentan deslizamiento sobre otros.
Si la adquisición del motorreductor se hace en la empresa que asesoró con
la selección de este, se recomienda que la instalación sea efectuada por el
proveedor.
111
9. BIBLIOGRAFIA
[1] SINGER, Ferdinand L. Resistencia de materiales, 2 ed. México, Buenos Aires, Bogotá,
Sao Paulo: Harper & Row Latinoamericana, Editorial Harla, S.A. De C.V. , 46 p.
[2] ASKELAND, Donald R. La Ciencia e Ingeniería de los materiales, 4 ed. Mexico: Grupo
Editorial Iberoamericana, 173p
[3] ASTM D638. Standard test method for tensile properties of plastics. United States:
ASTM International, 2002, p. 1-15.
[4] LOPEZ OCAMPO, Jackeline, MONTOYA VALLEJO, Miguel Fernando,
Conceptualización y desarrollo de la metodología inversa de una máquina universal de
ensayos de 40 KN con objeto de diseñar una de 100 KN. Tesis (Ingeniero mecánico).
Pereira: Universidad Tecnológica de Pereira, Facultad de Ingenierías, 2003. 29p
[5] "Plásticos." Microsoft® Encarta® 2007 [DVD]. Microsoft Corporation, 2006.
[6] AFTER ODIAN, George. Principles of polymerization, 3 ed. New York: J Wiley,
1991, 34 p.
[7] Disponible en Internet:
http://materiales.eia.edu.co/ciencia%20de%20los%20materiales/articuloel%20polipropileno.htm
[8] SHIGLEY, Joseph Edward, MITCHELL, Larry D. Diseño de Máquinas. 3 ed. Bogotá: MacGraw-Hill, 1990, 420p, 440p.
[9] CASILLAS A. L.. Máquinas Cálculos de Taller, 23 ed. Madrid: Gráficas reunidas
S: A., 1958,277 p, 289 p.
[10] SIDERURGICA DEL PACIFICO S. A.. Tabla de aceros especiales SIDELPA.
[11] Industrias FAMA, Fábrica de accesorios y mecanismos auxiliares. Manizales:
Editores S.A., 2005, 6 p, hoja técnica 1182.
[12] Disponible en Internet:
http://www.prometalicos.com
112
Disponible en Internet:
http://www.monografias.com/trabajos14/polimeros/polimeros.shtml#propied
Disponible en Internet:
http://www.mailxmail.com/curso/excelencia/cienciamateriales/capitulo4.htm
Disponible en Internet:
http://www.sidelpa.com
HALL, A.. S, HOLOWENCO, A.. R, LAUGHLIN, H. G, Diseño de máquinas,
México: MacGraw-Hill, 1971, pp 145-147.
113
ANEXOS
114
Anexo 1
Propiedades de algunos aceros
MARCA
DEL
ACERO
1008
1010
1015
1020
1030
1035
1040
1040
Su
Sy
Tratamiento térmico (°C) y
medio de enfriamiento
MPa
MPa
Temple
Revenido
340…420
210
360…450
220
400…490
240
440…540
260
520…620
300
560…660
320
600…720
340
680…800
420
830-850,
530-620,
Agua,
Aire
aceite
1045
640…760
360
1045
700…850
440
830-850
530-620
Agua,
Aire
aceite
5160 (DIN
1170
1040
850, aceite
550,
60Cr4)
aceite
3415,
1230
950
Temple de la capa
Supercementada 898 - 926 °C,
Impacto
enfriar en aceite
(DIN
directamente después de
14NiCr10)
cementar. Revenido a 200
°C.
8620 (DIN
800…1050
600
820-850
150-200,
20CrNiMo2)
Aceite
Aire
4140 (DIN
900…1100
780
850, aceite
600, aire,
42CrMo4)
aceite
4340 (DIN 1000…1200
850
850, aceite
600, aire,
40CrMo4)
agua
9840 (DIN 1200…1400 110…1200 840, aceite
400-450
36CrNiMo4)
115
Anexo 2
Cómo determinar el factor de seguridad permisible [8]
[N] = n1 × n2 × n3
Donde:
n1 es un coeficiente que considera la exactitud del cálculo
Si el cálculo origina esfuerzos de cálculo elevados difíciles de valorar en su
exactitud: n1= 1
Si el cálculo arroja esfuerzos de cálculo bajos valorados de antemano: n1 =
1,2… 1,3
n2 es un coeficiente que tiene en cuenta la homogeneidad de las propiedades del
material
Para
piezas fabricadas de aceros al carbono y aleados a elevadas
temperaturas de revenido n2 = 1,2… 1.3
piezas hechas de aceros de baja ductilidad (con baja temperatura de
revenido) y fundiciones de elevada resistencia n2 = 1,3… 1,5
Para piezas fundidas de acero n2 = 1,5… 2,0
Para piezas de fundición de hierro n2 = 2,0… 2,5
Para piezas de materiales no ferrosos (forjados y laminados) n2 = 1,5… 2.0
n3 tiene en cuenta el grado de responsabilidad de la pieza
Si una rotura de la pieza no provoca la parada de la máquina n3 = 1
Si la rotura de la pieza ocasiona la parada de la máquina n3 = 1,1… 1,2
Si la rotura de la pieza produce una avería n3 = 1,2… 1,3.
116
Anexo 3
Aleaciones en alambre continúo para proceso flux cored y metal cored
500
Depósito austenítico de
gran
resistencia
a
impacto,
corrosión
y
fricción. Para unión de
aceros
a
aceros
inoxidables , o como
colchón
para
revestimientos.
ACEROS ALEADOS
646 XDH
Para unión construcción y
como capa base sobre
aceros al manganeso,
aceros aleados y aceros
endurecibles.
HB = (Depósito) = 170
HB = (Trabajo) = 415
D = 1/8 in, 5/32 in.
Rtensil = 80000 psi
D = 1/8 in, 5/32in.
680 CGS
Posee el revolucionario
Núcleo CGS (Estructura
de grano controlada) que
ofrece
la
mayor
confiabilidad en la unión
de aceros desconocidos y
de difícil soldabilidad.
Aplica a mejor amperaje y
su transferencia spray da
un arco más estable.
3026 N
XHD 2222
Rtensil = 120000 psi
HB = 280
D = 3/32 in,1/8 in, 3/16 in.
HXD 6868
Electrodo para unión de
diferentes aceros. Buena
resistencia
mecánica,
fácil de aplicar en toda
posición.
Deposito
de
acero
inoxidable.
Electrodo de base Níquel
para
unir
secciones
gruesas
de
alta
resistencia
y
aceros
difíciles
de
soldar.
Excelente resistencia a
ciclos térmicos.
Electrodo de alta rata de
deposición, para unión,
como capa base
y
reparación de la mayoría
de los aceros.
Excelente soldabilidad y
fácil remoción de escoria.
Rtensil = 110000 psi
D = 1/8 in,5/32 in, 3/16 in.
Rtensil = 90000 psi
HB = 280
D =3/32 in, 1/8 in, 5/32 in.
Rtensil = 115000 psi
D = 1/16 in, 1/8 in.
117
Anexo 4
Dimensiones principales de las roscas de tornillo unified national standard
Tamaño
Diámetro
Mayor
Roscas bastas - UNC
0
1
2
3
4
5
6
8
10
12
¼
5/16
3/8
7/16
½
9/16
5/8
¾
7/8
1
1 1/8
1 1/4
1 3/8
1 1/2
1 3/4
2
2 1/4
2 1/2
2 3/4
3
3 1/4
3 1/2
3 3/4
4
0.0600
0.0730
0.0860
0.0990
0.1120
0.1250
0.1380
0.1640
0.1900
0.2160
0.2500
0.3125
0.3750
0.4375
0.5000
0.5625
0.6250
0.7500
0.8750
1.0000
1.1250
1.2500
1.3750
1.5000
1.7500
2.0000
2.2500
2.5000
2.7500
3.0000
3.2500
3.5000
3.7500
4.0000
Hilos
por
pulgada
Diámetro
menor
(in)
Area de
esfuerzo
a tensión
(in2.)
(in)
Area de
esfuerzo
a tensión
(in2.)
xxx
0.0527
0.0628
0.0719
0.0795
0.0925
0.0974
0.1234
0.1359
0.1619
0.1850
0.2403
0.2938
0.3447
0.4001
0.4542
0.5069
0.6201
0.7307
0.8376
0.9394
1.0644
1.1585
1.2835
1.4902
1.7113
1.9613
2.1752
2.4252
2.6752
2.9252
3.1752
3.4252
3.6752
xxx
0.0026
0.037
0.049
0.0060
0.0080
0.0091
0.0140
0.0175
0.0242
0.0318
0.0524
0.0775
0.1063
0.1419
0.1819
0.2260
0.3345
0.4617
0.6057
0.7633
0.9691
1.1549
1.4053
1.8995
2.4982
3.2477
3.9988
4.9340
5.9674
7.0989
8.3286
9.6565
11.0826
80
72
64
56
48
44
40
36
32
28
28
24
24
20
20
18
18
16
14
12
12
12
12
12
0.0438
0.0550
0.0657
0.0758
0.0849
0.0955
0.1055
0.1279
0.1494
0.1696
0.2036
0.2584
0.3209
0.3725
0.4350
0.4903
0.5528
0.6688
0.7822
0.8917
1.0167
1.1417
1.2667
1.3917
0.0018
0.0028
0.0039
0.052
0.0066
0.0083
0.0101
0.0147
0.0200
0.0258
0.0364
0.0581
0.0878
0.1187
0.1600
0.2030
0.2560
0.3730
0.5095
0.6630
0.8557
1.0729
1.3147
1.5810
Hilos por
pulgada
Diámetro
menor
xxx
64
56
48
40
40
32
32
24
24
20
18
16
14
13
12
11
10
9
8
7
7
6
6
5
4.5
4.5
4
4
4
4
4
4
4
(in.)
Roscas finas - UNF
118
Anexo 5
Dimensiones principales de las roscas para tornillo métrico estándar ISO
Diámetro
mayor (mm)
3.0
3.5
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
20.0
22.0
24.0
27.0
30.0
33.0
36.0
39.0
Roscas bastas
Roscas finas
(mm)
(mm)
Área de
esfuerzo a
tensión
(mm2)
0.50
0.60
0.70
0.80
1.00
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
2.00
2.50
2.50
2.50
3.00
3.00
3.50
3.50
4.00
4.00
2.39
2.76
3.14
4.02
4.77
5.77
6.47
8.16
9.85
11.55
13.55
14.93
16.93
18.93
20.32
23.32
25.71
28.71
31.09
34.09
5.03
6.78
8.78
14.18
20.12
28.86
36.61
57.99
84.27
114.44
156.67
192.47
244.79
303.40
352.50
459.41
560.59
693.55
816.72
975.75
Paso
Diámetro
menor
119
Paso
Diámetro
menor
(mm)
(mm)
Área de
esfuerzo a
tensión
(mm2)
1.00
1.25
1.25
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
2.00
2.00
2.00
2.00
3.00
3.00
6.77
8.47
10.47
12.16
14.16
16.16
18.16
20.16
21.55
24.55
27.55
30.55
32.32
35.32
39.17
61.20
92.07
124.55
167.25
216.23
271.50
333.06
384.42
495.74
621.20
760.80
864.94
1028.39
Anexo 6
Grados SAE para sujetadores
Resistencia a
la
deformación
(KSI)
36
Resistencia
al esfuerzo
(in)
0.25-1.5
Resistenc
ia a la
tensión
(KSI)
60
0.25-0.75
74
57
55
>0.75-1.5
60
36
33
4
0.25-1.5
115
100
65
5
0.25-1
120
92
85
>1-1.5
105
81
74
5.2
0.25-1.5
-
-
-
7
0.25-1.5
133
115
105
8
0.25-1.5
150
130
120
8.2
0.25-1.5
-
-
-
Grado
SAE
Tamaño
de perno
1
2
120
(KSI)
33
Material
Acero con contenido de carbono
bajo o mediano.
Acero con contenido de carbono
bajo o mediano
Acero con contenido de carbono
bajo o mediano
Acero con contenido de carbono
bajo o mediano
Acero con contenido de carbono
medio, templado y revenido.
Acero martensita con contenido
bajo de carbono templado y
revenido.
Aleación de acero con contenido
medio de carbono, templada y
revenida rosca rolada después
de un tratamiento térmico.
Aleación de acero con contenido
medio de carbono, templada y
revenida.
Acero martensita con contenido
bajo de carbono, templado y
revenido.
Anexo 7
Tamaños y dimensiones de roscas
Tamaño
nominal
in.
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
8
8
10
10
12
12
¼
¼
5/16
5/16
3/8
3/8
7/16
7/16
½
½
9/16
9/16
5/8
5/8
¾
¾
7/8
7/8
1
1
-
mm
M1.4
M1.6
M.2
M2.5
M3
M4
M5
M6
M8
M10
M12
M14
M16
M18
M20
M22
M24
M27
Diámetro
Mayor
in.
mm
0.055
1.397
0.060
1.524
0.063
1.600
0.073
1.854
0.073
1.854
0.079
2.006
0.086
2.184
0.086
2.184
0.098
2.489
0.099
2.515
2.515
0.099
2.845
0.112
2.845
0.112
2.997
0.118
3.175
0.125
3.175
0.125
3.505
0.138
3.505
0.138
3.988
0.157
4.166
0.164
4.166
0.164
4.826
0.190
4.826
0.190
4.978
0.196
5.486
0.216
5.486
0.216
5.994
0.236
6.350
0.250
6.350
0.250
7.938
0.312
7.938
0.312
8.001
0.315
9.525
0.375
9.525
0.375
9.982
0.393
0.437 11.113
0.437 11.113
0.471 11.963
0.500 12.700
0.500 12.700
0.551 13.995
0.562 14.288
0.562 14.288
0.625 15.875
0.625 15.875
0.630 16.002
0.709 18.008
0.750 19.050
0.750 19.050
0.787 19.990
0.866 21.996
0.875 22.225
0.875 22.225
0.945 24.003
1.000 25.400
1.000 25.400
1.063 27.000
Menor
in.
mm
0.0438 1.092
0.0527 1.320
0.0550 1.397
0.0628 1.587
0.0657 1.651
0.0719 1.828
0.0758 1.905
0.0795 2.006
0.0849 2.134
0.0925 2.336
0.0955 2.413
0.0975 2.464
0.1055 2.667
0.1234 3.124
0.1279 3.225
0.1359 3.429
0.1494 3.785
0.1619 4.089
0.1696 4.293
0.1850 4.699
0.2036 5.156
0.2403 6.096
0.2584 6.553
0.2938 7.442
0.3209 8.153
0.3447 8.738
0.3726 9.448
0.4001 10.162
0.435 11.049
0.4542 11.531
0.4903 12.446
0.5069 12.852
0.5528 14.020
0.6201 15.748
0.6688 16.967
0.7307 18.542
0.7822 19.863
0.8376 21.2598
0.8917 22.632
-
Taladro para macho (para 75% de
rosca)
Broca
3/64
53
53
50
50
47
46
43
42
38
37
36
33
29
29
26
21
16
15
7
3
F
I
5/16
Q
U
25/64
27/64
29/64
31/64
33/64
17/32
37/64
21/32
11/16
49/64
13/16
7/8
59/64
-
in.
0.0469
0.0595
0.0595
0.0700
0.0700
0.0785
0.0810
0.0890
0.0935
0.1015
0.1040
0.1065
0.1130
0.1360
0.1360
0.1470
0.1590
0.1770
0.1800
0.2010
0.2130
0.2570
0.2720
0.3125
0.3320
0.3680
0.3906
0.4219
0.4531
0.4844
0.5156
0.5312
0.5781
0.6562
0.6875
0.7656
0.8125
0.8750
0.9219
-
121
mm
1.168
1.25
1.1499
1.499
1.6
1.778
1.778
2.05
1.981
2.057
2.261
2.380
2.5
2.565
2.641
2.692
2.870
3.3
3.454
3.454
3.733
4.038
4.2
4.496
4.572
5.0
5.105
5.410
6.527
6.908
6.8
7.937
4.432
8.5
9.347
9.921
10.30
10.715
11.509
12.00
12.3031
13.096
13.493
14.684
14.00
15.50
16.668
17.462
17.50
19.50
19.446
20.637
21.00
22.225
23.415
24.00
Roscas por
pulgada
UNC
64
56
48
40
40
32
32
24
24
20
18
16
14
13
12
11
10
9
8
-
UNF
80
72
64
58
48
44
40
36
32
28
28
24
24
20
20
18
18
16
14
12
-
Paso
(mm)
Gru
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.7
0.8
1.0
1.25
1.5
1.75
2
2
2.5
2.5
2.5
3
3
Fin
0.2
0.2
0.25
0.35
0.35
0.35
0.5
0.75
1.0
1.25
1.25
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
2
2
Roscas por
pulgada
(Aprox.)
Grue
Fina
85
127
74
127
64
101
56
74
74
51
51
36
51
32
34
25
25
20
20
17
20
14.5
17
12.5
17
12.5
17
10
17
10
17
10
12.5
8.5
12.5
8.5
Anexo 8
Propiedades típicas de materiales seleccionados usados en ingeniería
Material
Acero
Estructural (ASTM-A36)
Alta resistencia-baja aleación
ASTM-A709 Grado 50
ASTM-A913 Grado 65
ASTM-A992 Grado 50 Templado
ASTM-A709 Grado 100
Inoxidable AISI 302
Laminado en frio
Recocido
Acero de refuerzo
Resistencia media
Alta resistencia
Fundición:
Fundición gris 4.5% C, ASTM A-48
Hierro fundido 2% C, 1% Si, ASTM A-47
Modulo Modulo Coeficient Ductilidad
Peso
Resistencia ultima
fluencia
de
espec Tensión Compre Cortante Tensión Cortante
de
e de
porcentaj
ifico
elasticid rigidez expansión
e de
sión
ad
elongació
2
5
5
-6
10 psi 10 psi 10 °F n en 2 in.
Lb/in
ksi
ksi
ksi
ksi
ksi
29
11.2
6.5
21
29
29
29
29
11.2
11.2
11.2
11.2
6.5
6.5
6.5
6.5
21
17
21
18
28
28
10.8
10.8
9.6
9.6
12
50
40
60
29
29
11
11
6.5
6.5
33
10
24
4.1
9.3
6.7
6.7
0.284
58
36
0.284
0.284
0.284
0.284
65
80
65
110
50
65
50
100
0.286
0.286
125
95
75
38
0.283
0.283
70
90
0.260
0.264
25
50
95
90
35
48
122
21
22
0.5
10
Anexo 9
Fuerzas para aceros de diferentes grados
Grado SAE
1
2
4
5
7
8
Grado métrico
4.6
4.8
5.8
8.8
9.8
10.9
12.9
Diámetro de
cresta
¼-1½
¼-¾
¾-1½
¼-1½
¼-1
1–1½
¼-1½
¼-1½
Diámetro de
cresta
(mm)
M5-M36
M1.6-M16
M5-M24
M17-M36
M1.6-M16
M6-M36
M1.6-M36
Esfuerzo
ultimo, Sut
(ksi)
60
74
60
115
120
105
133
150
Esfuerzo de
fluencia Sy
(ksi)
36
57
36
100
92
81
115
120
Proof
Strength, Sp
(ksi)
33
55
33
65
85
74
105
120
Limite ultimo
Limite de
fluencia (MPa)
Proof strength
Sp
(MPa)
225
310
380
600
650
830
970
(MPa)
400
420
520
830
900
1040
1220
123
240
340ª
415ª
660
720ª
940
1100
Anexo 10
Información técnica sobre las características de algunos ajustes ISA
AJUSTES ISA
Calidad extra precisión (de empleo excepcional)
Estos ajustes se utilizan solamente cuando es necesario observar de una forma
rigurosa la garantía de un determinado ajuste.
Agujero
Ajuste forzado o
Eje
H6/s5
prensado
S6/h5
Este ajuste se utiliza para piezas de acero
sobre acero fuertemente fijados. No es
desmontable, y no precisa chavetas que lo
aseguren contra la rotación.
Montaje en caliente o a prensa.
Las partes acopladas tendrán un espesor
menor de 0.15 veces el diámetro nominal del
ajuste.
Agujero
Ajuste forzado o
Eje
H6/p5
prensado medio
P6/h5
Este ajuste prensado es menos duro que el
anterior, se utiliza para piezas que deban
quedar sólidamente acopladas en cualquier
caso, precisa el empleo de chavetas que lo
aseguren contra la rotación.
Montaje en caliente o a prensa.
Las partes acopladas tendrán un espesor
mayor de 0.15 veces el diámetro nominal del
ajuste.
Agujero
Ajuste fijo duro
Eje
H6/n5
N6/h5
Este ajuste no es desmontable a mano sino
fácilmente con extractor,
se utiliza para
acoplamientos que no necesitan fijación axial,
precisa el empleo de chavetas que lo aseguren
contra la rotación.
Montaje en caliente con mazo de madera o en
frío a prensa.
Agujero
Ajuste fijo prieto
Eje
H6/m5
M6/h5
Este ajuste se emplea para acoplamiento de
piezas
que deban ser montadas y
desmontadas sin fuertes presiones.
Precisa asegurado contra la rotación y el
desplazamiento axial.
Montaje en caliente con martillo de plomo o en
frío a prensa
Agujero
Ajuste fijo medio
Eje
H6/k5
K6/h5
Ajuste para montaje y desmontaje a mano
utilizando un martillo de plomo.
Precisa fijación para asegurarlo contra la
rotación y el desplazamiento axial.
Agujero
Ajuste fijo ligero
Eje
H6/j5
J6/h5
Ajuste para centrado de precisión en piezas
con acoplamientos cortos.
Montaje y desmontaje a mano utilizando un
mazo de madera.
Precisa fijación contra la rotación y el
deslizamiento axial.
Agujero
Ajuste de
Eje
H6/h5
deslizamiento
H6/h5
Ajuste sin juego perceptible, para centrado y
ajuste de alta precisión. Movimiento lento.
Alojamientos cortos.
Montaje deslizante a mano.
Agujero
Ajuste con juego libre
Eje
H6/g5
mínimo
G6/h5
Ajuste giratorio de alta precisión, para ejes
rectificados y superafinados.
Montaje a mano.
124
AJUSTES ISA
Calidad precisión
Estos ajustes se utilizan cuando se necesita garantizar las características de un
determinado ajuste.
Agujero
Ajuste prensado duro
Eje
H7/u6
U7/h6
Este ajuste se utiliza para los casos en que
después de desmontados sea necesario la
sustitución de una de las piezas.
Especial para piezas montadas en aleaciones
ligeras sujetas a elevadas temperaturas o a
fuertes cargas y vibraciones.
Montaje a prensa o en caliente.
Agujero
Ajuste prensado duro
Eje
H7/s6
S7/h6
Este ajuste se utiliza para piezas de acero
sobre acero fuertemente fijadas, no es
desmontable, y no precisa chavetas que lo
aseguren contra la rotación.
Montaje en caliente o a presión.
Las partes acopladas tendrán un espesor
menor de 0.15 veces el diámetro nominal del
ajuste.
Agujero
Ajuste prensado
Eje
H7/p6
P7/h6
Este ajuste prensado es menos duro que el
anterior, se utiliza para piezas que deban
quedar sólidamente acopladas en cualquier
caso, precisa el empleo de chavetas que lo
aseguren contra la rotación.
Montaje en caliente o a prensa.
Las partes acopladas tendrán un espesor
mayor de 0.15 veces el diámetro nominal del
ajuste.
Agujero
Ajuste fijo duro
Eje
H7/n6
N7/h6
Este ajuste no es desmontable a mano sino
fácilmente con extractor, se utiliza para
acoplamientos que no necesiten fijación axial,
precisa el empleo de chavetas que lo aseguren
contra la rotación.
Montaje en caliente con mazo de madera o en
frio a prensa.
Agujero
Ajuste fijo
Eje
H7/k6
medio
K7/h6
Este ajuste no debe estar sometido a
frecuentes desmontajes, precisa ser asegurado
contra el giro y el deslizamiento.
Montaje con mazo de madera o con torniquete,
sin necesitar gran esfuerzo.
Agujero
Ajuste ligero
Eje
H7/j6
J7/h6
Ajuste para centrado de precisión media en
piezas con acoplamientos de longitud media.
Precisa fijación para asegurarlo contra el giro y
el deslizamiento (sustituible por el H7/h6).
Montaje y desmontaje a mano o con mazo de
madera.
Agujero
Ajuste de
Eje
H7/h6
deslizamiento
H7/h6
Ajuste para centrado de precisión, sin que sea
sometido a cargas importantes, admite
frecuentes desmontajes. Movimiento lento,
alojamientos medios, para alojamientos largos
utilícese el ajuste H7/h7.
Montaje deslizante a mano.
Agujero
Ajuste con juego
Eje
H7/g6
mínimo
G7/h6
Este ajuste es giratorio o móvil, para velocidad
periférica media (hasta 4m/seg).
Montaje a mano.
Agujero
Ajuste con juego
H7/f7
normal
Para ajustes giratorios muy
centrados incluso imperfectos.
Montaje a mano.
Agujero
Ajuste con
H7/e8
juego amplio
Ajustes giratorios en general.
Montaje a mano.
125
Eje
F7/h6
rápidos, y
Eje
E8/h6
AJUSTES ISA
Calidad media.
Para ajustes que no necesitan gran precisión, pero si un ajuste bien definido.
Agujero
Ajuste prensado
Eje
H8/u7
U8/h8
Ajuste para piezas que trabajan en caliente, y
para piezas fijadas, en general, que no deban
separarse durante el funcionamiento.
Montaje en caliente o a prensa.
Agujero
Ajuste medio fijo
Eje
H8/k7
K8/h7
Ajuste muy indicado para alojamientos de
cojinetes cortos. Guías de acoplamiento con
parte centrante corta.
Montaje a mano o con mazo de madera.
Agujero
Ajuste prensado
Eje
H7/p6
P7/h6
Ajuste deslizante para alojamientos largos.
Guías de acoplamiento con parte centrante
larga.
Montaje a mano.
Agujero
Ajuste con juego
Eje
H8/f8
normal
F8/h8
Ajustes para piezas giratorias con juego medio
y presiones poco elevadas.
Guías de acoplamiento con parte centrante de
poca importancia y fácil montaje.
Montaje a mano.
Agujero
Ajuste con juego
Eje
H8/e9
amplio
E9/h8
Ajuste para piezas giratorias sin engrase a
presión y para velocidades lentas.
Montaje a mano.
Agujero
Ajuste con juego
H7/g6
mínimo
Ajustes ordinarios en general.
Montaje a mano.
126
Eje
G7/h6
Anexo 11
Ajustes ISA empleados para las construcciones mecánicas, y nomenclatura
por la cual son conocidos.
CALIDAD
AGUJERO
EJE UNICO
ÚNICO
Precisión
Agujero Eje
Agujero Eje
Ajuste forzado.
H6
n5
N6
h5
Ajuste de arrastre.
H6
m5
M6
h5
Ajuste de adherencia.
H6
k5
K6
h5
Ajuste de entrada suave.
H6
j5
J6
h5
Ajuste de deslizamiento.
H6
h5
H6*
h5
Ajuste de juego libre.
H6
g5
G6
h5
Fina
Agujero Eje
Agujero Eje
Ajuste a presión.
H7
s6**
S7***
h6
Ajuste forzado.
H7
n6
N7
h6
Ajuste de arrastre.
H7
m6
M7
h6
Ajuste de adherencia.
H7
k6
K7
h6
Ajuste de entrada suave.
H7
j6
J7
h6
Ajuste de deslizamiento.
H7
h6
H7
h6
Ajuste de juego libre justo
H7
g6
G7
h6
Ajuste de juego libre.
H7
f7
F7
h6
Ajuste de juego ligero.
H7
e8
E8
h6
Ajuste de juego fuerte.
H7
d9
D9
h6
Corriente
Agujero Eje
Agujero Eje
Ajuste con deslizamiento.
H8
h8
H8
h8
Ajuste con deslizamiento.
H8
h9
H8
h9
Ajuste con juego libre.
H8
f8
F8
h8
Ajuste con juego libre.
H8
e9
E9
h9
Ajuste con gran juego libre.
H8
d10
D10
h8
Corriente
Agujero Eje
Agujero Eje
Ajuste con deslizamiento basto.
H11
h11
H11
h11
Ajuste basto.
H11
d11
D11
h11
Ajuste basto.
H11
c11
C11
h11
Ajuste basto.
H11
b11
B11
h11
Ajuste basto.
H11
a11
A11
h11
*Para ajustes de deslizamiento más flojos se debe emplear agujero
G6
** Para ajustes a presión más suave se debe emplear eje r6
*** Para ajustes a presión más suaves se debe emplear agujero R7
127
Anexo 12
Sistema de tolerancias ISA para agujeros universales h6
Límite de tolerancia inferior y superior respecto a la dimensión nominal. µ = 1/1000
mm.
Dimensión
Nominal en
mm.
1–3
3–6
6 – 10
10 – 14
14 – 18
18 – 24
24 – 30
Ejes
H6
+7
0
+8
0
+9
0
+11
0
+13
0
u5
+23
+18
+28
+23
+34
+28
+41
+33
+50
+41
---
30 – 40
40 – 50
---------
r5
p5
n5
+20
+15
+24
+19
+29
+23
+36
+28
+17
+12
+20
+15
+25
+19
+31
+23
+14
+9
+17
+12
+24
+15
+26
+18
+11
+6
+13
+8
+16
+10
+20
+12
+7
+2
+9
+4
+12
+6
+15
+7
---
---
---
---
+7
+1
+9
+1
+50
+41
+59
+48
+65
+54
+79
+66
---
+44
+35
+37
+28
+31
+22
+24
+15
+17
+8
+54
+43
+45
+34
+37
+26
+28
+17
+66
+53
+72
+59
+86
+71
---
+54
+41
+56
+43
+66
+51
+69
+54
+81
+63
+83
+65
+85
+65
+97
+77
+100
+80
+104
+84
+117
+96
+121
+98
+133
+108
+139
+114
+153
+126
+159
+132
+45
+32
---
+19
0
---
+22
0
---
---
+25
0
---
---
---
+29
0
---
---
---
+32
0
---
---
---
+36
0
---
---
---
+40
0
---
---
---
120 – 140
140 – 160
160 - 180
180 – 200
200 – 225
225 – 250
250 – 280
280 – 315
315 – 355
355 – 400
400 – 450
450 – 500
m5
k5
k6
j5
j6
h5
g6
+10
+1
+12
+1
+1
-1
+4
-1
+4
-2
+5
-3
+6
-1
+7
-1
+7
-2
+8
-3
0
-5
0
-5
0
-6
0
-8
-3
-8
-4
-9
-5
-11
-6
-14
+11
+2
+15
+2
+5
-4
+9
-4
0
-9
-7
-16
+20
+9
+13
+2
+18
+2
+6
-5
+11
-5
0
-11
-9
-20
+33
+20
+24
+11
+15
+2
+21
+2
+6
-7
+12
-7
0
-13
-10
-23
+52
+37
+38
+23
+28
+13
+18
+3
+21
+3
+6
-9
+13
-9
0
-15
-12
-27
+61
+43
+45
+27
+33
+15
+21
+3
+28
+3
+7
-11
+14
-11
0
-18
-14
-32
+70
+50
+51
+31
+37
+17
+24
+4
+33
+4
+7
-13
+16
-13
0
-20
-15
-35
+79
+56
+57
+34
+43
+20
+27
+4
+36
+4
+7
-16
+16
-16
0
-23
-17
-40
+87
+62
+62
+37
+46
+27
+29
+4
+40
+4
+7
-18
+18
-18
0
-25
18
-43
+95
+68
+67
+40
+50
+23
+32
+5
+45
+5
+7
-20
+20
-20
0
-27
-20
-47
---
80 – 100
100 – 120
s5
+16
0
50 – 65
65 – 80
t5
128
Anexo 13
Sistema de tolerancias ISA para agujeros universales h8
Límite de tolerancia inferior y superior respecto a la dimensión nominal. µ = 1/1000
mm.
Dimensión
H8
Nominal
en mm.
1–3
3–6
6 – 10
zb8
+64
+50
+87
+69
+119
+97
+157
+130
+177
+150
+221
+188
+251
+216
---
+54
+40
+71
+53
+92
+70
+117
+90
+135
+106
+169
+136
+193
+160
+239
+200
+281
+242
+346
+300
---
+54
0
---
---
+63
0
---
---
---
+72
0
---
---
---
---
---
---
+81
0
---
---
+89
0
---
---
---
---
+97
0
---
---
---
---
+14
0
+18
0
+22
0
10 – 14
14 – 18
+27
0
18 – 24
24 – 30
Ejes
zc8
+33
0
30 – 40
40 – 50
+39
0
50 – 65
65 – 80
-----
+46
0
80 – 100
100 – 120
za8
----+24
+52
+91
+64
+104
+77
+131
+98
+131
+188
+187
+146
+219
+180
+272
+226
+320
+274
+389
+335
---
120 – 140
140 – 160
160 - 180
z8
x8
+42
+28
+53
+35
+64
+72
+77
+50
+87
+60
+106
+73
+121
+88
+151
+112
+175
+136
+218
+172
+256
+210
+312
+258
+364
+310
+428
+365
+478
+415
---
+36
+22
+46
+28
+56
+34
+67
+40
+72
+45
+87
+54
+97
+64
+119
+80
+136
+97
+168
+122
+192
+146
+232
+178
+264
+210
+311
+248
+343
+280
+373
+310
+422
+350
+457
+385
+497
+425
+556
+475
+606
+325
+679
+590
---
180 – 200
200 – 225
225 – 250
250 – 280
280 – 315
315 – 355
355 – 400
400 – 450
450 – 500
--
u8
t8
---
---
---
---
---
---
---
s8
h8
h9
f7
f8
e8
d9
c9
b9
+29
+15
+37
+19
+45
+23
0
-14
0
-18
0
-22
0
-25
0
-30
0
-36
-7
-16
-10
-22
-13
-28
-7
-21
-10
-28
-13
-35
-14
-28
-20
-38
-25
-47
-20
-45
-30
-60
-40
-76
-60
-85
-70
-100
-80
-116
-140
-165
-140
-170
-150
-186
---
+55
+28
0
+27
0
-43
-16
+34
-16
-43
-35
-39
-50
-93
-95
-138
-150
-193
---
+66
+35
0
-33
0
-52
-20
-41
-20
-53
-40
-73
-65
-117
-110
-162
-160
-212
---
+82
+43
0
-39
0
-62
-25
-50
-25
-64
-50
-89
-80
-142
---
+99
+53
+103
+59
+125
+71
+133
+79
+155
+92
+163
+100
+171
+108
+194
+122
+202
+130
+212
+140
+239
+158
+251
+170
+279
+190
+297
+208
+329
+232
+349
+232
0
-46
0
-74
-30
-60
-30
-76
-60
-106
-100
-174
0
+56
0
+87
-36
-71
-36
-90
-72
-126
-120
-207
0
-63
0
-100
-43
-83
-43
-106
-85
-148
-145
-245
0
-72
0
-115
-50
-96
-50
-122
-100
-172
-170
-285
0
-81
0
-130
-56
-108
-56
-137
-110
-191
-190
-320
0
-89
0
-140
-62
-119
-62
-151
-125
-214
-210
-350
0
-97
0
-135
-68
-131
-68
-165
-135
-232
-230
-365
-120
-182
-130
-192
-140
-214
-150
-224
-170
-257
-180
-267
-200
-300
-210
-310
-230
-330
-240
-355
-260
-375
-280
-395
-300
-430
-330
-460
-360
-500
-400
-390
-440
-393
-480
-635
-170
-232
-180
-242
-200
-264
-200
-274
-220
-307
-240
-327
-260
-360
-280
-380
-310
-410
-340
-455
-380
-495
-420
-335
-480
-610
-540
-670
-600
-740
-680
-820
-760
-915
-840
-995
--+81
+48
+99
+60
+109
+70
+109
+70
+133
+87
+178
+124
+198
+144
+233
+170
+253
+190
+273
+210
+308
+236
+330
+258
+356
+284
+396
+315
+431
+350
+479
+390
+524
+435
+587
+490
+637
+540
129
----+158
+104
+185
+122
+197
+134
+209
+146
+238
+166
+252
+180
+268
+196
+299
+218
+321
+240
+367
+268
+383
+294
+427
+330
+457
+360
ANEXO 14
Sistema de tolerancias ISA para ejes universales h8
Límite de tolerancia inferior y superior respecto a la dimensión nominal. µ = 1/1000
mm.
Dimensión
Nominal en
mm.
1–3
3–6
6 – 10
Agujeros
h8
0
-14
0
-18
0
-22
10 – 14
14 – 18
0
-27
18 – 24
24 – 30
0
-33
ZC8
AB8
-50
-64
-69
-87
-97
-119
-130
-157
-150
-177
-188
-221
-218
-251
-40
-54
-53
-71
-70
-92
-90
-117
-108
-135
-136
-169
-160
-193
-200
-239
-242
-281
-300
-346
---
30 – 40
40 – 50
---52
-74
-64
-91
-77
-104
-98
-131
-118
-151
-158
-187
-180
-219
-226
-272
-274
-320
-335
-389
---
-28
-42
-35
-53
-42
-64
-50
-77
-60
-87
-73
-106
-88
-121
-112
-151
-136
-175
-172
-218
-210
-256
-258
-312
-310
-364
-365
-428
-415
-478
---
-22
-36
-28
-46
-34
-56
-40
-67
-45
-72
-34
-87
-64
-97
-80
-119
-97
-136
-122
-168
-146
-192
-178
-232
-210
-264
-248
-311
-280
-343
-310
-373
-350
-422
-385
-457
-425
-497
-475
-356
-525
-606
-590
-679
---
0
-46
---
0
-54
---
0
-63
---
---
---
0
-72
---
---
---
---
0
-81
---
---
---
---
0
-89
---
---
---
---
0
-97
---
---
---
---
---
120 – 140
140 – 160
X8
---
80 – 100
100 – 120
---
Z8
0
-39
50 – 65
65 – 80
ZA8
160 - 180
180 – 200
200 – 225
225 – 250
250 – 280
280 – 315
315 – 355
355 – 400
400 – 450
450 – 500
---
U8
T8
S8
H8
H9
F7
F8
E8
D9
C9
B9
-15
-29
-19
-37
-23
-45
+14
0
+18
0
+22
0
+25
0
+30
0
+36
0
+16
+7
+22
+10
+28
+13
+21
+7
+28
+10
+55
+13
+28
+14
+38
+20
+47
+25
+45
+20
+60
+30
+76
+40
+85
+60
+100
+70
+116
+80
+165
+140
+170
+140
+186
-150
---
---
---
---
---
---
---
---
-28
-55
+27
0
+43
0
+34
+16
+43
+16
+59
+32
+93
+50
+138
+95
+193
+150
---
-35+
-68
+33
0
+52
0
+41
+20
+53
+20
+73
+40
+117
+65
+162
+110
+212
+160
---
-43
-82
+39
0
+62
0
+50
+25
+64
+25
+89
+50
+142
+80
---
-53
-99
-59
-105
-71
-125
-79
-133
-92
-155
-100
-163
-108
-171
-122
-194
-130
-202
-140
-212
-158
-239
-170
-251
-190
-279
-208
-297
-232
-329
-252
-349
+46
0
+74
0
+60
+30
+76
+30
+106
+60
+174
+100
+54
0
+87
0
+71
+36
+90
+36
+126
+72
+207
+120
+63
0
+100
0
+83
+43
+106
+43
+148
+85
+245
+145
+72
0
+115
0
+96
+50
+122
+50
+172
+100
+285
+170
+81
0
+130
0
+108
+56
+137
+56
+191
+110
+320
+190
+89
0
+140
0
+119
+62
+151
+62
+214
+125
+350
+210
+97
0
+155
0
+131
0
+165
+68
+232
+135
+385
+230
+182
+120
+192
+130
+214
+140
+224
+150
+257
+170
+267
+180
+300
+200
+310
+210
+330
+230
+355
+240
+375
+260
+395
+280
+430
+300
+460
+330
+500
+360
+540
+400
+595
+440
+635
+480
+232
+170
+242
+180
+264
+190
+274
+200
+307
+220
+327
+240
+360
+260
+380
+280
+410
+310
+455
+340
+495
+380
+535
+420
+610
+480
+670
+540
+740
+600
+740
+680
+915
+760
+995
+840
---48
-81
-60
-99
-70
-109
-87
-133
-102
-148
-124
-178
-144
-198
-170
-233
-190
-253
-210
-273
-236
-308
-258
-330
-284
-356
-315
-396
-350
-431
-390
-479
-435
-524
-490
-587
-540
-637
-----104
-158
-122
-185
-134
-197
-146
-209
-166
-238
-180
-252
-196
-268
-218
-299
-240
-321
-268
-357
-294
-383
-330
-427
-360
-457
130
Anexo 15
Sistema de tolerancias ISA para ejes universales h8 y h9
Límite de tolerancia inferior y superior respecto a la dimensión nominal. µ = 1/1000
mm.
Dimensiones
nominales en
mm.
1-3
3-6
6 - 10
10 - 18
18 - 30
30 - 40
40 - 50
50 - 65
65 - 80
80 - 100
100 - 120
120 - 140
140 - 160
160 - 180
180 - 200
200 - 225
225 - 250
250 - 260
260 - 280
280 - 315
315 - 355
355 - 360
360 - 400
400 - 450
450 - 500
Ejes
Agujeros
h8
h9
H8
F8
E9
D10
0
-14
0
-18
0
-22
0
-27
0
-33
0
-39
0
-46
0
-54
0
-63
0
-25
0
-30
0
-36
0
-43
0
-52
0
-62
0
-74
0
-87
0
-100
+14
0
+18
0
+22
0
+27
0
+33
0
+39
0
+46
0
+54
0
+63
0
+21
+7
+28
+10
+35
+13
+43
+16
+55
+20
+64
+25
+76
+30
+90
+36
+106
+43
+39
+14
+50
+20
+61
+25
+75
+32
+92
+40
+112
+50
+134
+60
+159
+72
+185
+85
+60
+20
+78
+30
+98
+40
+120
+50
+149
+65
+180
+80
+220
+100
+260
+120
+305
+145
0
-72
0
-115
+72
0
+122 +215 +355
+50 +100 +170
0
-81
0
-130
+81
0
+137 +240 +400
+56 +110 +190
0
-89
0
-140
+89
0
+151 +265 +440
+62 +125 +210
0
-97
0
-155
+97
0
+165 +290 +480
+68 +135 +230
131
Anexo 16
Rosca ACME (Americana) [9]
PARA TORNILLOS
d = 0.5 × P + 0.25 mm.
c = 0.3707 × P – 0.13 mm.
f = 0.3707 × P, P = Paso
PARA MACHOS DE ROSCAR
d = 0.5 × p + 0.5.
f y c = 0.3707 × P – 0.13 mm.
132
Tornillos:
D = Do = Diámetro exterior
Di = Diámetro Fondo de la rosca.
Tuerca:
D1 = D + 0.5 mm.
F1 = F + 0.5 mm.
133
Anexo 17
Rugosidad para diferentes clases de acabado
CLASE
Espejo
Pulido
Ground
Terso
Fino
Semifino
Medio
Semirrugoso
Rugoso
limpio
RUGOSIDAD µm
0.10
0.20
0.40
0.80
1.60
3.2
6.3
12.5
25
50
134
Anexo 18 [9]
(mm)
Contra
Tuerca
(mm)
Entre
Caras
(mm)
Entre
Aristas
(mm)
Tuerca
redonda
(mm)
6.604
8.128
9.906
11.430
12.954
16.256
19.304
22.606
25.65
29.21
32.26
35.56
38.61
41.91
44.96
48.26
51.31
57.65
64.01
70.36
6
7
8
10
11
13
15
17
19
22
24
26
29
32
34
37
39
44
50
55
13.3
15.2
18
20.8
23.3
27.9
33
37.5
42.4
47.2
52
56.3
61.2
65.5
70
76.5
80
90
98.8
106
15.944
17.526
20.222
24.130
26.92
32.26
38.10
43.43
49.02
54.61
60.20
65.02
70.61
75.69
81.02
88.91
92.45
104.14
114.04
122.68
13.3
15.2
18
20.8
23.3
27.9
33
37.5
42.4
47.2
52
56.3
61.2
65.5
70
76.5
80
90
98.8
106
Cabeza
del tornillo
(mm)
Tuerca
5.842
7.112
8.636
9.906
11.430
41.224
17.018
19.812
22.606
25.40
28.19
30.99
33.78
36.58
39.37
42.42
44.96
50.55
56.13
61.72
Diámetro
Del tornillo
(in.)
¼
5/16
3/8
7/16
½
5/8
¾
7/8
1
1-1/8
1-1/4
1-3/8
1-1/2
1-5/8
1-3/4
1-7/8
2
2-1/4
2-1/2
3-3/4
135
Arandelas
Ø Espes
(mm) or
(mm)
20
21
25
29
32
35
44
50
55
58
65
70
78
84
88
93
98
110
121
134
1.5
1.5
2
2
3
3.5
4
4
4
4
5
5
6
6
7
7
8
9
9
10
ANEXO 19
Áreas de soldadura [9]
FORMA DE UNION
ÁREA DE GARGANTA
A = 0.707hd
A = 1.414hd
A = 0.707hb
A = 0.707h(2b + d)
A = 0.707h(b + 2d)
A = 1.414h(b + d)
A = 0.707h(b + 2d)
A = 1.414h(b + d)
A = 1.414 hr
136
Anexo 20
Acero 1045 [10]
Aplicaciones
Es ampliamente utilizado en la industria automotriz (Productos forjados y
estampados). Se usa en partes de máquinas que requieran dureza y tenacidad
como: Manivelas, chavetas, pernos, bulones, engranajes, acoplamientos, árboles,
bielas, cigüeñales, ejes de maquinaria de resistencia media, piezas de armas,
cañones de fusiles, espárragos, barras de conexión, tornillería grado 5, pernos de
anclaje, semi-ejes.
También se utiliza para la fabricación de herramientas agrícolas, mecánicas y de
mano forjadas, de todo tipo, como: hachas, azadones, rastrillos, picas, martillos,
porras, palas barretones, llaves, etc.
Características mecánicas
Estado del material
Laminado en caliente
Normalizado
Recocido
Calibrado
Templado y revenido a 450°
Resis. a la
Tracción
2
Kg/mm
Min.
60
58
56
62
75/90
Límite
Elástico
2
Kg/mm
Min
35
34
32
52
50
Alarga
miento
%
Reducción
de Área
%
Dreza
Brinell
Aprox.
18
14
25
10
16
40
40
55
35
40
240
230
220
260
220/265
Características de mecanizado
Maquinabilidad (Tomando como base B1112 = 100%)
Laminado en caliente = 56%
Estirado en frío (calibrado) = 60%
Temperaturas de tratamientos térmicos
Tratamiento
Forja
Normalizado
Recocido subcrítico
Temperatura
(850 - 1100)°C
(850 - 880)°C
(670 - 710)°C
Temple
Revenido
(840 - 860)°C
(530 - 620)°C
137
Enfriamiento
Cenizas – arena seca
Aire
20°c/hora hasta 560°C
Luego al aire
Agua – Aceite
Aire
Anexo 21 [11]
138
Anexo 22 [11]
139
140
Anexo 23
Dimensiones de chavetas prismáticas estandarizadas
Diámetro
Del árbol, d
mm
5a8
8 a 10
10 a 12
12 a 17
17 a 22
22 a 30
22 a 30
30 a 38
38 a 44
44 a 50
50 a 58
58 a 65
65 a 75
75 a 85
85 a 95
95 a 110
110 a 130
130 a 150
150 a 170
170 a 200
200 a 230
Medida nominal mm
Chaflán S
b×h
Máx.
Mín.
2×2
3×3
0.25
0.16
4×4
5×5
6×6
0.40
0.25
7×7
8×7
10×8
12×8
14×9
0.60
0.40
16×10
18×11
20×12
22×14
25×14
0.80
0.50
28×15
32×18
36×20
40×22
1.2
1.0
45×25
50×26
141
Medida nominal del chavetero
Profundidad
Radio r
En árbol t En cubo t
Máx.
Mín.
1.2
1.0
1.8
1.4
0.16
0.08
2.5
1.8
3.0
2.3
3.5
2.8
0.25
0.16
4.0
3.3
4.0
3.3
5.0
3.3
5.0
3.3
5.6
3.8
0.40
0.25
6.0
4.3
7.0
4.4
7.5
4.9
9.0
5.4
9.0
5.4
0.60
0.40
10.0
6.4
11.0
7.4
12.0
8.4
13.0
9.4
1.0
0.7
15.0
10.4
17.0
11.4
Anexo 24
Celda de carga tipo S [12]
142
Anexo 25
Variador de frecuencia
Tipo
ESMD251X2SFA
ESMD371X2SFA
ESMD551X2SFA
ESMD751X2SFA
ESMD152X2SFA
ESMD222X2SFA
ESMD371X2TXA
ESMD751X2TXA
ESMD112X2TXA
ESMD152X2TXA
ESMD222X2TXA
ESMD302X2TXA
ESMD402X2TXA
a (mm)
93
a1 (mm)
84
b (mm)
146
b1 (mm)
128
b2 (mm)
17
c (mm)
83
m (kg)
0.5
93
84
146
128
17
92
0.6
114
114
93
93
93
105
105
84
84
84
146
146
146
146
146
128
128
128
128
128
17
17
17
17
17
124
140
83
92
141
1.2
1.4
0.5
0.6
1.2
114
114
114
105
105
105
146
146
146
128
128
100
17
17
17
140
171
171
1.4
1.9
1.7
143