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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA

Y ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

“PROPUESTA DE PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA

HIDRÁULICO DE UNA MÁQUINA DOBLADORA

DE TUBOS MEDIANTE PLC”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PRESENTAN

CONTLA VALENZUELA JONATHAN ELI

LOPEZ VILLEGAS EDUARDO ALEJANDRO

ASESORES

M. EN C. TORRES RODRÍGUEZ IVONE CECILIA

M. EN C. DE LUCIO RODRÍGUEZ ERIKA VIRGINIA

CIUDAD DE MÉXICO, SEPTIEMBRE DE 2016

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

AGRADECIMIENTOS

Primeramente agradezco a Dios, por darme la vida tanto espiritual como terrenal, así

como las facultades físicas e intelectuales para desarrollarme plenamente y cumplir

con mis metas a lo largo de mi vida espiritual, personal y secular.

A mi madre, por traerme a esta vida y enseñarme principios correctos que me han ido

formando para ser una persona de bien.

A mi padre, por enseñarme el principio de la disciplina y la obediencia a lo que es

justo.

A mis padres, por enseñarme a ser autosuficiente en el aspecto económico,

emocional, espiritual, de salud y de trabajo.

A mis hermanos, por verme siempre como un ejemplo de fortaleza y de alguien que

cumple lo que se propone en la vida; por el tiempo dedicado a reír, llorar, compartir,

aprender juntos y apoyarnos los unos a otros cuando lo hemos necesitado.

A mis tíos, que hicieron posible que yo continuará con mis estudios a nivel profesional

para lograr mi sueño de estudiar una carrera universitaria.

A mi alma mater, el Instituto Politécnico Nacional, que me vio formarme como técnico

e ingeniero, que despertó en mí el deseo de la mejora constante y el de compartir el

conocimiento con mis semejantes.

A mis compañeros durante este trayecto de formación vocacional y universitaria.

Porque no sólo fueron compañeros de estudio sino amigos y colegas que

compartieron conmigo conocimiento, experiencias y logros.

JONATHAN ELI CONTLA VALENZUELA


RESUMEN

El presente trabajo presenta la propuesta para las modificaciones del sistema

hidráulico de una máquina dobladora de tubos circulares a un ángulo de 180° por

medio del PLC MicroLogix 1100.

Se revisó el estado actual de la máquina, adquirida por una empresa dedicaba a

fabricar intercambiadores de calor, entre otros equipos, con el propósito de mejorar la

calidad del doblado de tubos que se lleva a cabo de manera manual; reduciendo

tiempos, pérdidas de material y la cantidad de operadores involucradas en el proceso

del doblado de tubos.

Con el fin de alcanzar el objetivo, se determinó la secuencia de los cilindros hidráulicos

por medio de un diagrama de espacio-fase, se hicieron cálculos para determinar qué

tipo de cilindros son necesarios, el caudal total requerido por el sistema y la fuerza

necesaria para el curvado del tubo a 180°.

El PLC (Controlador Lógico Programable), fue la herramienta utilizada para la

simulación de la secuencia de los cilindros para el doblado de tubos y que, junto con

el diagrama en escalera y el diagrama de simulación de E/S, permitieron desarrollar

la propuesta de automatización para la máquina dobladora.

En este proyecto de tesis se propone una mejora del doblado de tubos de manera

manual simulando la automatización del doblado por medio del PLC. También se

determinó que es posible aumentar la producción, reducir la cantidad de operadores,

mejorar tiempos de producción y la calidad de los tubos doblados.


ÍNDICE GENERAL

Glosario de términos y abreviaturas

Índice de tablas y figuras

Introducción……………………………………………………………………………...……I

Planteamiento del problema………………………………………………………………..II

Justificación del proyecto de tesis…………………………………………………………III

Objetivos…………………………………………………………………………………….IV

Capítulo 1 Marco Conceptual y Contextual

1.1 Marco conceptual………………………………………………………………………..2

1.1.1 Máquina dobladora de tubos…………………………………………………2

1.1.2 Métodos para el doblado de tubos…………………………………………...3

1.1.3 Sistema de potencia hidráulica……...……………………………………….5

1.1.4 Válvulas direccionales………………………………………………………10

1.1.5 Tubo de acero inoxidable AISI 304………………………………………..12

1.1.6 Ventajas y desventajas de las dobladoras de tubos hidráulicas……….12

1.1.7 Controlador Lógico Programable (PLC): Definición y operación……….13

1.1.8 Elementos internos del PLC………………………………………………..14

1.1.9 Lenguajes de programación..………………………………………………15

1.2 Marco contextual……………………………………………………………………….18

1.2.1 Antecedentes históricos de las dobladoras de tubos…………………….18

1.2.2 Trabajos similares realizados con anterioridad…………………………...20

1.2.3 Equipos que actualmente existen en el mercado…………………………21


1.3 Marco legal y normativo….……………………………………………………………24

Capítulo 2 Análisis y evaluación del sistema manual utilizado para el doblado

de tubos

2.1 Análisis del sistema manual…………………………………………………………..26

2.1.1 Descripción del proceso actual para el doblado de tubos manual……...26

2.1.2 Descripción de la máquina dobladora de tubos manual……….………..28

2.1.3 Planteamiento del problema………………………………………………..28

2.2 Análisis de la factibilidad técnica de la propuesta de solución…….……………….29

2.2.1 Evaluación de la propuesta de solución……………………………………31

2.3 Propuesta general de solución………………………………………………………..31

Capítulo 3 Marco Metodológico

3.1 Metodología de solución para la automatización de la máquina dobladora de

tubos…………………………….…………………………………………………………..33

3.1.1 Reconocimiento de la máquina dobladora de tubos………….…………..34

3.1.2 Elementos necesarios para la automatización del sistema hidráulico…34

3.1.3 Determinación de la secuencia de operación de los cilindros

hidráulicos…………………………………………………………………………..35

3.1.4 Diagramas de simulación de la secuencia del doblado del tubo………35

3.1.5 Cálculos para el doblez del tubo…………...….…………………………..36

3.1.6 Análisis y selección de los elementos requeridos para la automatización

del sistema hidráulico…….……..………………………………………………………...38

Capítulo 4 Caso Práctico

4.1 Propuesta específica de solución…………………………………………………….40

4.1.1 Diagrama de espacio-fase………………………………………………….40


4.1.2 Diagrama de simulación de los cilindros hidráulicos…………………….42

4.1.3 Diagrama en escalera………………………………………………………43

4.1.4 Diagrama de E/S del PLC…………………………………………………..44

4.1.5 Diagrama en escalera en el software del PLC…………………………...47

4.2 Cilindros hidráulicos y engranes mecánicos en Solidworks………………………48

4.3 Cálculos para el curvado del tubo…………………………………………………...49

4.3.1 Determinación de la fuerza en el curvado………………………………..50

4.3.2 Cálculo del momento plástico. …………………………………………….50

4.3.3 Cálculo de la fuerza de doblado. ………………………………………….52

4.3.4 Cálculo del torque…………………………………………………………...53

4.3.5 Cálculo del sistema hidráulico…………………………………………..…53

4.3.6 Cálculo del sistema eléctrico de la unidad de potencia hidráulica……..64

4.4 Costos de equipo, materiales y mano de obra……………………………………..65

Capítulo 5 Análisis y resultados de la producción de tubos doblados

5.1 Análisis de la propuesta generada dentro de la pirámide de la

automatización…………..…………………………………………………………………71

5.2 Resultados de producción obtenidos………………………………………………..72

Conclusiones

Conclusiones y Recomendaciones...……………………………………………….……74

Referencias y Bibliografía…………………………………………………………………76

Anexos………………………………………………………………………………………78


GLOSARIO DE TÉRMINOS Y SIGLAS

TÉRMINOS

Automatización. Se refiere a una amplia variedad de sistemas y procesos que

operan con mínima, o incluso sin intervención, del ser humano

Caldera. Se describe como un generador de vapor o como la combinación de equipos

para producir o recuperar calor, junto con aparatos para transferir el calor disponible

a un fluido.

Calefón. Un calentador de agua, o calentador de lava, calefón, caldera o boiler es un

dispositivo termodinámico que utiliza energía para elevar la temperatura del agua.

Comprimir. Reducir a menor volumen una cosa, especialmente aplicando presión

sobre ella.

Control CNC. Es un sistema que permite controlar en todo momento la posición de

un elemento físico, normalmente una herramienta que está montada en una máquina.

Deformación. La deformación es cuando un cuerpo cambia de tamaño y de forma a

través de un esfuerzo interno producido o a través de fuerzas efectuadas sobre él.

Destilería. Lugar donde se realiza el proceso de la destilación

Elongación. Alargamiento de una pieza sometida a tracción antes de romperse.

Flexionar. Es la deformación que experimenta un elemento estructural alargado en

dirección perpendicular a su eje longitudinal.

Gasoductos. Es una conducción que sirve para transportar gases combustibles a

gran escala.


Hidráulica. Es la tecnología que emplea un líquido, bien agua o aceite (normalmente

aceites especiales), como modo de transmisión de la energía necesaria para mover

y hacer funcionar mecanismos.

Horquilla. La horquilla es una pieza de la bicicleta o motocicleta formada por el tubo

de dirección y unos brazos que sujetan el buje de la rueda delantera.

Intercambiador de calor. Es cualquier dispositivo en el que se verifica un intercambio

de calor entre dos fluidos separados por una pared.

Materiales no ferrosos. Son todos los metales y aleaciones que no tienen en su

composición química Hierro. En general, son blandos y tienen poca resistencia

mecánica.

Oleoductos. Tubería para la conducción de petróleo desde el lugar de producción al

de embarque o desde el lugar de descarga al de refinado.

Radiador. Dispositivo que permite intercambiar calor entre dos medios, siendo uno

de ellos, el aire ambiente. Sirve para disipar calor de un objeto o aparato para evitar

su sobrecalentamiento o para aprovecharlo, calentando un espacio o un objeto.

Serpentín. Se denomina serpentín o serpentina a un tubo de forma frecuentemente

espiral, utilizado comúnmente para enfriar vapores provenientes de la destilación en

un calderín y así condensarlos en forma líquida.

Sistema hidráulico. Es un método de aplicación de fuerzas a través de la presión

que ejercen los fluidos.


SIGLAS

AISI. Instituto Americano del Hierro y el Acero (American Iron and Steel Institute)

ASME. Asociación Americana de Ingenieros Mecánicos

AW. Antidesgaste (Antiwear)

CNC. Control Numérico Computarizado

CPU. Unidad Central de Procesamiento

PLC. Controlador Lógico Programable

DC. Corriente Directa

E/S. Entradas y Salidas

ISO. Organización Internacional de Normalización (International Organization for

Standardization)

mA. Mili Amperes

MPa. Mega Pascales

NEMA. Asociación Nacional de Manufactura Eléctrica

PIC. Circuitos Integrados Programables

VCD. Volts de Corriente Directa

VG. Grado de viscosidad (Viscosity Grade)

https://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

https://es.wikipedia.org/wiki/Acero


ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 Propiedades mecánicas del acero inoxidable AISI 304……………………12

Tabla 1.2 Principales elementos para el diagrama escalera………………………….17

Tabla 1.3 Características de diferentes PLC´s de la familia Allen Bradley………….22

Tabla 2.1 Comparación de ventajas y desventajas con sistemas similares………...30

Tabla 4.1 Variables declaradas de las entradas y salidas…………………………….45

Tabla 4.2 Comparación de características entre PLC´s compactos……………...….46

Tabla 4.3 Datos técnicos de la bomba hidráulica………………………………………49

Tabla 4.4 Características técnicas del motor de inducción……………………………64

Tabla 4.5 Catálogo de conceptos del equipo hidráulico……………………………….65

Tabla 4.6 Catálogo de conceptos del equipo eléctrico para automatizar el sistema

hidráulico…………………………….…………………………….………………………..66

Tabla 4.7 Catálogo de conceptos del equipo eléctrico para el sistema de potencia

hidráulica…………………………….…………………………….………………………..67

Tabla 4.8 Catálogo de conceptos de herramientas…………………………………….67

Tabla 5.1 Comparación de producción del sistema actual con el sistema

automatizado………………………………….…………………………….……………...72


ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Doblado de tubo rotativo por compresión……………………………………4

Figura 1.2 Doblado de tubo por prensa…………………………………………………...4

Figura 1.3 Doblado por sistema de tres rodillos………………………………………….5

Figura 1.4 Componentes del sistema hidráulico…………………………………………6

Figura 1.5 Estructura de un cilindro de simple efecto…………………………………...7

Figura 1.6 Estructura de un cilindro de doble efecto…………………………………….8

Figura 1.7 Depósito hidráulico……………………………………………………………..9

Figura 1.8 Símbolo de válvula direccional 2/2………………………………………….10

Figura 1.9 Símbolo de válvula direccional 3/2……………………………………….…11

Figura 1.10 Símbolo de válvula direccional 4/2………………………………………...11

Figura 1.11 Símbolo de válvula direccional 4/3………………………………………...11

Figura 1.12 Diagrama de bloques del funcionamiento del ciclo de escaneo de un

PLC…………………………………………………………………………………………..13

Figura 1.13 Ejemplo de programación en diagrama escalera………………………...17

Figura 1.14 Dobladora de tubos manual………………………………………………...19

Figura 1.15 Curvadora de tubos MC400 NARGESA…………………………………..23

Figura 1.16 Máquina dobladora de tubos “Zeziola”…………………………………….24


Figura 2.1 Proceso de doblado de tubo de manera manual……………………….….27

Figura 3.1 Pasos para la solución de doblado de tubos manual……..……………....33

Figura 4.1 Diagrama de espacio-fase de la secuencia de los cilindros de la máquina

dobladora de tubos………………………………..……………………………………….41

Figura 4.2 Diagrama de simulación de los cilindros de la máquina dobladora de

tubos………………………………..………………………………..……………………...42

Figura 4.3 Diagrama en escalera de la secuencia de la máquina dobladora de

tubos………………………………..…………………………………………………...…..43

Figura 4.4 Diagrama de simulación de E/S del PLC…………………………………...44

Figura 4.5 Programa de la secuencia del doblado del tubo en RSLogix 500……….47

Figura 4.6 Cilindros hidráulicos y engranes mecánicos de la máquina dobladora de

tubos en Solidworks………………………………..………………………………………48

Figura 4.7 Máquina dobladora de tubos en Solidworks……………………………….49

Figura 4.8 Distribución de la dobladora al momento del doblado…………………….50

Figura 5.1 Niveles de la pirámide de la automatización……………………………….71


I

INTRODUCCIÓN

El doblado de tubos es un proceso que requiere experiencia, precisión y calidad,

puesto que un cálculo erróneo o exceso de fuerza puede arruinar el material tanto

mecánicamente como en estética. Las máquinas dobladoras de tubos, a diferencia

de las dobladoras manuales, son un buen aliado para una empresa que realiza estos

procesos, debido a que ofrecen un rendimiento mayor en la producción, mejor calidad

de las piezas dobladas, mayor precisión y mejores acabados.

Los procesos automatizados cobran especial importancia en actividades industriales

que demandan altos estándares de precisión, a fin de minimizar errores en el

procesamiento y elaboración de piezas con características específicas. La

automatización de estos procesos brinda la oportunidad a las industrias de abaratar

costos y reducir la cantidad de material desperdiciado por errores humanos,

mejorando así la producción. Asimismo, esto permite que los tiempos muertos sean

casi nulos mejorando el tiempo total del proceso.

Debido a que frecuentemente el proceso de doblado de tubos en empresas dedicadas

a la fabricación de intercambiadores de calor y otros equipos industriales es realizado

por personal humano y se lleva a cabo de forma manual, está sujeto a múltiples

variantes que reducen su calidad y precisión tales como: la apreciación de cada

trabajador en turno, la fuerza aplicada por el sujeto, el cansancio presente al final de

una jornada laboral, la destreza en la manipulación del material, entre otros.

Un doblado de tubos lento e impreciso reducirá la calidad de los productos finales y

ejercerá un fuerte impacto en la economía de las empresas.

En el presente trabajo se realiza una propuesta de automatización del sistema

hidráulico de una máquina dobladora de tubos circulares de acero inoxidable AISI 304

para un ángulo de doblez de 180°. Dicha propuesta se llevó a cabo partiendo de una

máquina dobladora de tubos que actualmente no se encuentra en uso por falta de

componentes del sistema hidráulico y eléctrico.


II

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El doblado de tubos se realiza de manera manual lo que provoca pérdidas de tiempo,

pérdidas económicas y pérdidas de producción del producto.

Aunado a que, el doblado de los tubos se lleva a cabo de manera manual, existen

riesgos de que al finalizar el curvado, estos no cumplan con los requisitos establecidos

por la norma ASME, lo que provoca que se deba realizar más de una vez el trabajo y

de esta manera existan pérdidas de material por la falta de precisión en la operación.

El doblado de tubos es un trabajo que implica retos especiales porque la pieza tiende

a romperse o deformarse en el proceso de flexión. Sin importar la técnica, el mayor

desafío al doblar tubos metálicos es que, por un lado, el material en el interior de la

curva se comprime; por el otro, en el exterior del eje se tensa. Esta combinación de

esfuerzos ocasiona adelgazamiento y elongación de la pared externa, y

engrosamiento y acortado en la pared interna, como consecuencia hay una tendencia

de aplanamiento del tubo en el doblez.


III

JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO DE TESIS

Para una empresa de intercambiadores de calor, el proceso de doblado de tubos es

una de las operaciones fundamentales para que sus productos cumplan con las

especificaciones que el cliente solicita, además de que estén regidos por los más altos

estándares de calidad que garanticen su correcto funcionamiento.

Con la propuesta de la puesta en marcha de la máquina dobladora de tubos, esta

operación de doblado que actualmente se realiza de manera manual y que suele

requerir incluso hasta de tres operadores, se reduciría a un sólo operador que

manipule el equipo alimentando la máquina con la materia prima y retirando el

producto final doblado completamente.

La operación de doblado manual implica desventajas a largo plazo para el operador

debido al esfuerzo físico que tiene que imprimir al material para lograr el doblez en el

tubo, esto se traduce en ausencia en el trabajo por fatiga o lesiones que pueden

afectar al operador.

La reducción del personal que se encarga de realizar la operación manual no sólo

trae beneficios económicos para la empresa, sino que cumple con las normas que

harán que la empresa sea una empresa de calidad debido a la automatización del

doblado de tubos minimizando los errores humanos considerablemente.

IV

OBJETIVOS

Objetivo General

Proponer la puesta en marcha del sistema hidráulico de una máquina dobladora de

tubos para el ángulo de doblez mediante un PLC.

Objetivos Específicos

-Hacer un reconocimiento del sistema actual para el doblado de tubos.

-Analizar y evaluar el sistema ideal de control hidráulico para una máquina dobladora

de tubos controlados mediante un PLC.

-Determinar la secuencia de los cilindros hidráulicos involucrados en el curvado de

tubos.

-Diseñar y simular los diagramas del sistema hidráulico mediante un PLC.

-Calcular la fuerza requerida de los cilindros hidráulicos que garanticen el curvado de

los tubos.

1

Capítulo 1

Marco Conceptual y

Contextual

En este capítulo se muestran los elementos conceptuales y contextuales básicos del

documento de tesis que brindarán información necesaria para comprender el

funcionamiento de una máquina dobladora de tubos.


2

1.1 MARCO CONCEPTUAL

En este apartado se desarrollan los conceptos técnicos esenciales relacionados con

la máquina dobladora de tubos. Dicho apartado tiene como finalidad explicar los

conceptos técnicos y teóricos con los cuales se trabajará para la realización de la

propuesta de puesta en marcha de la máquina mencionada anteriormente.

1.1.1 Máquina dobladora de tubos

Una máquina dobladora de tubos es un aparato integrado por un sistema mecánico e

hidráulico que permite llevar a cabo el proceso de doblado de tubos. Evitando la

deformación y el cambio de las propiedades mecánicas del metal, las máquinas

dobladoras de tubo son capaces de realizar dicha operación en un tiempo corto.

Actualmente existen máquinas dobladoras que varían en su tamaño, modo de

operación manual o a pedal, hasta sofisticada maquinaria industrial completamente

automatizada con control CNC.

Es importante mencionar que independientemente del grado de automatización de la

máquina, su funcionamiento está basado en tres partes fundamentales: una palanca,

un motor y un eje de rotación, que se definen a continuación [1]:

Palanca: La física plantea tres tipos de palanca que varían de acuerdo a la posición

de tres puntos: apoyo, resistencia y potencial. Para el caso de la dobladora de tubos,

la palanca funciona como un punto de apoyo que a su vez trabaja con un eje de

rotación (resistencia) conducido por un motor (potencia). El objetivo de dicha palanca

es determinar el giro y ángulo de rotación.

Eje de rotación: En la mayoría de los casos es un disco metálico que tiene como

función dar forma y ángulo del doblado del tubo, suele ser llamado también dado

formador, el tamaño de dicho disco depende de la pieza y el nivel del ángulo de

rotación del tubo.


3

Motor: En diversas ocasiones y dependiendo de la aplicación, para vencer la rigidez

que presenta el tubo no es suficiente con el eje de rotación, por esta razón se integra

un motor que es una máquina encargada de vencer la resistencia que ofrece dicho

material. Al igual que el eje de rotación, la fuerza del motor varía de acuerdo al tamaño

del eje de rotación y de las características del tubo.

1.1.2 Métodos para el doblado de tubos

Entre las diferentes técnicas utilizadas para el doblado de tubos, se encuentra el

doblado por estiramiento, doblado por tracción, doblado por compresión, doblado en

prensa, doblado por rodillos y extracción por rodillos [2].

En este apartado se describen tres métodos principales: doblado de tubo por

compresión, doblado por prensa y doblado por rodillos.

Doblado de tubo por compresión

Este método consiste en sujetar el tubo contra el eje de rotación mediante una

mordaza, la rotación de ambas herramientas alrededor del eje de doblado flexiona el

tubo al radio del dado de formación, Ver figura 1.1. El dispositivo de presión cumple

el propósito de recibir la tensión radial que se genera durante el proceso de formado

y sostiene el extremo del tubo recto desde el exterior.

Las aplicaciones de las máquinas de doblado rotativo comprenden el curvado de

materiales no ferrosos en radios pequeños y baja producción, codos de cobre,

intercambiadores de calor, serpentines para calefones, horquillas de cobre, circuitos

de radiadores y equipos de refrigeración.


4

Figura 1.1 Doblado de tubo rotativo por compresión [2]

Doblado por prensa

Este método consiste en crear una curva presionando un dado formador sobre el tubo

en un movimiento, el tubo es soportado por un par de dados separados, que se abren

a medida que el conformador se mueve hacia el centro empujando el tubo. Este

movimiento envuelve el tubo alrededor del conformador, permitiendo que los dados

de los extremos apoyen el tubo en cada lado. Ver figura 1.2.

Este proceso es muy rápido y excelente para altas producciones; sin embargo, se

deben cambiar los dados o la distribución de los mismos para generar diferentes

variedades de curvas.

El método es adecuado para tubos de paredes gruesas y solamente para radios de

gran curvatura. Las aplicaciones de las dobladoras por presión abarcan instalaciones

de obras, calderas, destilerías, gasoductos, oleoductos y la industria naval.

Figura 1.2 Doblado de tubo por prensa [2].


5

Doblado por sistema de tres rodillos

Esta técnica consiste en utilizar tres rodillos cilíndricos para formar la curvatura, este

estilo se utiliza típicamente para desarrollar curvas de grandes radios. La curva se

crea cuando el dado del centro superior de la curva se mueve ajustándose al tubo,

mientras que los dados izquierdo y derecho colocados por debajo de este rotan al

mismo tiempo en una dirección y posteriormente en dirección contraria. Ver figura 1.3.

Este sistema es útil para la construcción de buques y tuberías.

Figura 1.3 Doblado por sistema de tres rodillos [2].

1.1.3 Sistema de potencia hidráulica

Se define a la hidráulica como la ciencia que forma parte de la física y comprende la

transmisión y regulación de fuerzas y movimiento por medio de los líquidos, pero un

sistema hidráulico es una combinación de elementos que hacen posible el giro el

empuje del vástago a una presión y con fuerza suficiente que permita la deformación

permanente de las piezas a ser trabajadas, en la figura 1.4 se observan los elementos

indispensables en un sistema hidráulico.


6

Figura 1.4 Componentes del sistema hidráulico. pp. 405 [2]

Componentes del sistema hidráulico

A continuación se enlistan los principales componentes que conforman un sistema

hidráulico que incluye las bombas, actuadores, válvulas depósitos y filtros que están

conectados por tubos y mangueras [2].

Bombas

Las bombas hidráulicas son máquinas que convierten la energía mecánica transmitida

por un motor primario en energía hidráulica. Su funcionamiento consiste en tomar el

aceite de un depósito de almacenamiento y enviarlo como un flujo al sistema

hidráulico. En general actúa en dos etapas, aspiración e impulsión.

Aspiración: la bomba ejerce un vació con la finalidad que el líquido pueda

subir por la tubería de aspiración impulsada por la presión atmosférica.

Impulsión: la bomba ejerce la presión necesaria para que el líquido se traslade

a lo largo de la tubería.


7

Cilindros Hidráulicos

Los cilindros hidráulicos son los encargados de transformar la energía hidráulica en

energía mecánica lineal. La clasificación de los cilindros está dividida en dos grandes

grupos; simple y doble efecto, a partir de estas se dividen en otras subcategorías

dependiendo del método que utilicen para su retracción o características particulares,

entre ellos se encuentran cilindros con resorte trasero, con imán, con amortiguación,

con doble vástago y diversas combinaciones entre ellos [2].

Para el caso de los cilindros de simple efecto, como el que se observa en la figura

1.5, el fluido sometido a presión entra en la cámara del lado del émbolo, en el émbolo

se crea una presión por efecto de la contrafuerza, una vez superada esta fuerza el

cilindro avanza hasta el final de la carrera. Este tipo de cilindros tiene un resorte que

permite, durante el movimiento de retroceso se retraiga mediante el propio peso y por

la acción de dicho resorte.

Figura 1.5 Estructura de un cilindro de simple efecto. p.15 [3]

1) Cámara de aceite 2) Junta de estanqueidad

3) Resorte 4) Cámara de aire

5) Orificio de aire 6) Tapa

7) Orificio de aceite


8

Mientras que en los cilindros de doble efecto como el que se observa en la figura 1.6

ocurre el mismo proceso a diferencia de que el regreso del cilindro no se hace

mediante el resorte que contiene el cilindro sino por una acción de un fluido de igual

forma sometido a presión introducido en un orificio contrario al de accionamiento.

Figura 1.6 Estructura de un cilindro de doble efecto. p.15 [3]

1) Tapa posterior 2) Purgadores de aire

3) Tuerca de fijación 4) Junta dinámica

5) Pistón 6) Camisa o tubo

7) Vástago 8) Purgadores de aire

9) Junta hermética 10) Tapa

11) Junta dinámica de cierre 12) Anillo rascador

13) Cámara trasera 14) Orificio de aceite

15) Juntas herméticas 16) Cámara delantera

17) Orificio de aceite

Depósito Hidráulico

La principal función del tanque hidráulico figura 1.7 es almacenar el aceite, aunque

también está diseñado para eliminar el calor y separar el aire del aceite. Estos tanques

deben tener resistencia y capacidades adecuadas y deben impedir la entrada de la

suciedad externa, es decir, por lo regular dichos tanques son herméticos. Entre sus

principales componentes se enlistan los siguientes [2]:

Tapa de llenado: Mantiene las partículas contaminantes apartados de la abertura por

la cual se llena de aceite el tanque.


9

Mirilla: debido a que es un método de medición visual esta permite revisar el nivel de

aceite del tanque hidráulico

Tuberías de suministro y retorno: estas tuberías permiten que el aceite fluya del

tanque al sistema y viceversa.

Drenaje: Este orificio que siempre se localiza en la parte más baja del tanque permite

retirar el aceite en la operación de cambio de aceite, esté también permite retirar del

aceite contaminantes como el agua y diversos sedimentos.

Figura 1.7 Depósito hidráulico [2]

Filtro

El filtro es un elemento destinado para retener las impurezas y contaminantes que se

puedan presentar en el fluido, mediante el uso de un material poroso. Este elemento

es importante para que el equipo pueda trabajar en perfectas condiciones y se alargue

su tiempo vida. En muchos sistemas hidráulicos, el aceite es filtrado antes de que

entre a la válvula de control, para ello se requiere un filtro con dimensiones grandes

para que pueda soportar la presión total de la línea. El filtro mantiene el sistema libre

de impurezas que contiene el aceite, ejemplo de ellas son: agua y ácidos, partículas


10

metálicas, hilos y fibras, polvo, partículas de juntas y pintura. Existen distintos tipos

de filtros entre ellos se encuentran: filtros de superficie, filtros de aspiración y filtros

de presión.

Válvula de alivio

Las válvulas de alivio permiten la eliminación de cierta parte del caudal de fluido

cuando la presión supera un valor que se fija mediante un resorte a través de una

rosca. Existen dos tipos de válvulas, las limitadoras de acción directa y las limitadoras

de acción pilotada, la característica de limitación de está es neta y al aumentar el

caudal sube menos la presión gracias al efecto que le permite el pilotaje [2].

Electroválvulas

Una electroválvula también conocida como válvula solenoide de uso general es una

válvula que abre o cierra el paso de un líquido en un circuito. La apertura y cierre de

la válvula se efectúa a través de un campo magnético generado por una bobina en

una base fija que atrae el émbolo.

1.1.4 Válvulas direccionales

Las válvulas más empleadas son las de émbolo. Los símbolos muestran las

conexiones, la circulación y las posiciones del émbolo o vías. El número de

conexiones y el de vías determinan la denominación de la válvula. El primer número

indica las conexiones y el segundo las vías. Válvula direccional 3/2 significa: válvula

con tres conexiones y dos vías [4].

Válvula direccional 2/2: Las dos conexiones P (tubería de presión) y A (tubería de

trabajo) tienen circulación (están abiertas) en la posición a y no lo tienen en la posición

b. La figura 1.8 es un ejemplo de una válvula direccional 2/2.

Figura 1.8 Símbolo de válvula direccional 2/2 p.319 [4]


11

Válvula direccional 3/2: Tres conexiones con dos vías. La conexión B es otra tubería

de trabajo. En la posición a hay paso de P a B, en la posición b hay paso de P a A.

La figura 1.9 ejemplifica una válvula direccional de tres conexiones con dos vías.


Válvula direccional 4/2: La figura 1.10 muestra una válvula de cuatro conexiones y

dos vías. Por la conexión R retorna al depósito el reflujo del apartado de trabajo

(cilindro de doble efecto o motor hidráulico).


Válvula direccional 4/3: En la figura 1.11 se muestra una válvula de cuatro conexiones

y tres vías. La posición 0 bloquea las tuberías de trabajo y deja que el líquido de

presión retorne al depósito, mientras que las tuberías A y B están cerradas, de manera

que en estas tuberías no se efectúa ningún movimiento.



12

1.1.5 Tubo de acero inoxidable AISI 304

Este acero es de los más usados y más versátiles, se usa para aplicaciones de

doblado, además de que tiene buenas características para la soldadura, tiene una

excelente resistencia a la corrosión por lo que se usa para productos de petróleo

caliente o con vapores de combustión de gases.

La tabla 1.1 describe algunas propiedades mecánicas de este acero que hacen que

se vuelva uno de los más utilizados en la industria.

Tabla 1.1 Propiedades mecánicas del acero inoxidable AISI 304 [5]

ACERO INOXIDABLE 304

Resistencia a la fluencia 310 MPa

Resistencia máxima 620 MPa

Elongación 30 % (en 50mm)

Reducción de área 40 %

Módulo de elasticidad 200 GPa

Entre los usos de este acero, se destacan los equipos para procesamiento de

alimentos, enfriadores de leche, intercambiadores de calor, contenedores de

productos químicos, tanques de almacenamiento para diversos líquidos y partes de

extintores de fuego.

1.1.6 Ventajas y desventajas de las dobladoras de tubos hidráulicas

La ventaja de la utilización de la energía hidráulica radica en la posibilidad de

transmitir grandes fuerzas, empleando para ello pequeños, elementos y la facilidad

de poder realizar maniobras de mandos y reglaje. A pesar de estas ventajas hay

también ciertos inconvenientes debido al fluido empleado como medio para la

transmisión. Esto debido a las grandes presiones que se manejan en el sistema las

cuales posibilitan el peligro de accidentes, por esto es preciso cuidar que los

empalmes se encuentren perfectamente apretados.


13

1.1.7 Controlador Lógico Programable (PLC): Definición y Operación

De acuerdo con la Asociación Nacional de Manufactura Eléctrica por sus siglas en

inglés (NEMA) un controlador lógico programable es “Un aparato electrónico que

opera digitalmente, utilizando una memoria programable para el almacenamiento

interno de instrucciones para implementar funciones específicas, como lógica,

secuenciación, registro y control de tiempos, también realiza funciones de conteo, que

controlan varias máquinas o procesos mediante módulos de entradas y salidas,

analógicas (alto o bajo) o digitales (1 a 5 VCD, 4 a 20 mA) [6].

Para comprender la secuencia de operación del PLC en la figura 1.12 se muestran

los pasos que realiza un controlador lógico programable para el ciclo de escaneo.

Figura 1.12 Diagrama de bloques del funcionamiento del ciclo de escaneo de un PLC

INICIO

Se realiza un barrido de análisis queevalúa el estado activo de las entradas.

Una vez leído el estado de las entradas,almacena dicho estado en una zonadestinado para ello en su memoria.

Con base a las instrucciones introducidasal PCL, modifica una parte denominadatabla de imagen de salida.

El procesador actualiza el estado de lassalidas de mando hacia los módulos desalida el estado de la tabla de imágenes.

FIN


14

1.1.8 Elementos internos del PLC

Para que el PLC se programe, se auxilia de diversos componentes de entradas y de

salida, los componentes de entrada están conformados por contactos normalmente

abiertos y por contactos normalmente cerrados, mientras que entre los elementos de

salida se encuentran las bobinas, los temporizadores y contadores entre otros [6].

Contactos normalmente abiertos

Estos se cierran si el valor del bit que se leyó, almacenado el operador indicado es

“verdadero”. De esta manera la corriente fluye a través del contacto, el resultado

lógico es “verdadero”. En caso contrario sí el estado es “falso” el contacto está abierto

y no hay flujo de corriente y el resultado lógico es “falso”

Contactos normalmente cerrados

Estos en caso contrario a los contactos normalmente cerrados se abren si el valor del

bit, almacenado en el operador indicado es “falso”. De esta manera la corriente fluye

a través del contacto y el resultado lógico es “verdadero”. En caso contrario sí el

estado es “verdadero” el contacto está abierto y no existe flujo de corriente así el

resultado lógico de la operación es “falso”.

Bobina de relé

Debido a que es un elemento de salida, depende de las condiciones de los

contactores. Sí la corriente fluye hasta la bobina, el bit cambiará de estado a

“verdadero”, en caso contrario si no fluye será “falso”. Estas bobinas están conectadas

a las salidas del PLC e influyen directamente en los elementos de salida conocidos

como actuadores.


15

Temporizadores

Los temporizadores son utilizados para colocar retardos entre las fases de un

proceso, que de otra manera ocurrirían simultáneamente. Existen dos tipos de

temporizadores a la conexión y a la desconexión, para los primeros una vez que se

energizan retarda un tiempo t1 en reflejarse dicha señal a la salida, mientras que los

temporizadores a la desconexión retardan la desactivación hasta un tiempo t2

después de ser des energizados.

Contadores

En el PLC los contadores funcionan comparando un valor acumulado y un valor

preestablecido, estos contadores son utilizados para iniciar una operación cuando se

alcanza la cuenta o para esperar la realización de una acción hasta que se alcanza

dicha cuenta. Existen tres tipos de contadores, los incrementales quienes van

aumentando uno a uno hasta que llegan a un valor preestablecido, los decrementales

que van disminuyendo a partir de un valor preestablecido de uno en uno y aquellos

mixtos que realizan ambas funciones [6].

1.1.9 Lenguajes de programación

Los lenguajes de programación son las diferentes formas en las que se escribe el

programa del usuario en un código objeto para que sea ejecutado en la CPU del PLC

[7].

Existen tres tipos de tipos de lenguaje entre ellos se encuentran:

Mnemónico o Lista de Instrucciones

Esquema de contactos o diagramas escalera

Esquema funcional


16

Lista de instrucciones

Este tipo de programación está constituido por un conjunto de códigos simbólicos,

cada uno de los cuales corresponde a una instrucción. Es un tipo de lenguaje

ensamblador que además es una transcripción elemental e inmediata de las

instrucciones del lenguaje máquina. Se suele aplicar para pequeñas aplicaciones y

para optimizar partes de una aplicación. Es necesario decir que cada fabricante de

PLC tiene sus propios códigos y una nomenclatura distinta para nombrar las variables

del sistema.

El programa va leyendo cada una de las líneas de la lista de instrucciones y las va

ejecutando a la par. Existen tres aspectos importantes a considerar en la

programación de la lista de instrucciones.

Dirección: está indica la posición de la instrucción en la memoria de programa usuario.

Instrucción: especifica la operación que va a ejecutar.

Parámetro: son los datos asociados a la operación, en general son de formato “tipo”

y “valor”.

Diagrama en escalera

En la tabla 1.2 se muestran los principales elementos con los que se construyen

dichos programas.

Elementos de entrada: Los contactos que se colocan para referenciar a las entradas,

son de tipo normalmente abierto y normalmente cerrado. Encima de los contactos se

describe la variable a la cual se hace referencia, es importante mencionar que el valor

lógico del contacto depende directamente del valor lógico de su variable.

Elementos de salida: Al igual que para los elementos de entrada, se les escribe

encima la variable a la cual están referidos, el elemento principal determinado por el

PLC se le denomina bobina o asignación [7].


17

Tabla 1.2 Principales elementos para el diagrama escalera

Contactos Relevador Normalmente Abierto

Normalmente Cerrado

Bobinas Relevadores

Solenoides

Motor Armadura DC

Focos Piloto

Existen otros tipos de elementos de salida entre ellos se encuentran los

temporizadores y los contadores.

En la figura 1.13 se observa un ejemplo de programación en diagrama escalera, del

lado derecho se muestran las salidas y de lado izquierdo se colocan las entradas.

Figura 1.13 Ejemplo de programación en diagrama escalera


18

1.2 MARCO CONTEXTUAL

En esta parte del trabajo se mencionan: los antecedentes históricos sobre el doblado

de los tubos a través del tiempo hasta hoy en día, los trabajos de terceros que también

se llevan a cabo sobre las máquinas dobladoras de tubos, la gama de equipos que se

encuentran en el mercado para poder trabajar sobre el proyecto y las normas que la

empresa sigue para tener productos de calidad para el comprador.

1.2.1 Antecedentes históricos de las dobladoras de tubos

El doblado de tubos es un trabajo complejo e implica retos especiales porque la pieza

tiende a romperse o deformarse en el proceso de flexión. Sin importar la técnica, el

mayor desafío al doblar tubería metálica está dado por dos principios básicos que

ocurren simultáneamente: por un lado, el material en el interior de la curva se

comprime; por el otro, en el exterior del eje se tensa. Esta combinación de esfuerzos

causa adelgazamiento y elongación de la pared externa, y engrosamiento y acortado

de la pared interna, como consecuencia hay una tendencia de aplanamiento del tubo

en el doblez. En general, el objetivo de realizar un doblez de tubo, es evitar que ocurra

tanto la ruptura como el aplanamiento, y formar un doblez uniforme, lo cual no es

problema cuando el tubo tiene un grosor de pared ancho y se dobla en un radio

amplio, pero cuando la pieza es delgada y es necesario realizar una curva muy

cerrada, aumentan los riesgos de fractura y los defectos por el hundimiento interno.

Para evitar el hundimiento o aplanamiento de la zona interior de la curva, el radio

mínimo del doblez (R) al cual se dobla el tubo debe ser alrededor de 1.5 veces el

diámetro (D) cuando se usa un mandril, herramienta empleada para apoyar el interior

del tubo y así mejorar la calidad de la curva, y 3.0 veces D cuando no se usa el

mandril.

En algunos casos, las empresas que no realizan un gran número de dobleces y que

frecuentemente emplean procesos manuales, rellenan el tubo con resina o arena seca

para evitar que se produzcan defectos de calidad [8].


19

Las dobladoras de tubo manuales fueron utilizadas por mucho tiempo e incluso aún

se utilizan hoy en día, utilizando diversas medidas de moldes para poder trabajar

distintos diámetros. Este tipo de dobladoras implica cierto esfuerzo por parte del

operado, falta de ergonomía al realizar este trabajo así como la baja calidad en el

trabajo debido que en repetidas ocasiones se tiene que volver a trabajar el tubo o

desecharlo para que el trabajo esté bajo los estándares de calidad que son

solicitados.

La figura 1.14 muestra una dobladora de tubos manual donde observa que uno de los

soportes se queda fijo mientras que el otro es el que el operador manipula con su

fuerza física para realizar el doblez del tubo el cual es insertado horizontalmente sobre

la dobladora.

Figura 1.14 Dobladora de tubos manual [9].

Pese a que algunas operaciones de doblado de tubo se realiza de manera manual,

hoy en día se utilizan nuevas máquinas mecánicas con sistemas hidráulicos las

cuales poseen un motor que le brindan mayor facilidad de trabajo al operador.

A mediados del año 2014, por la carga de trabajo que demandó la empresa, la idea

de la puesta en marcha de la máquina dobladora de tubos se retomó. Por este motivo

se dio servicio a los componentes mecánicos principales de dicha dobladora,


20

comprobándose que el sistema mecánico está en condiciones aceptables de

operación.

Esta máquina tiene años fuera de servicio, por lo que no se tienen los manuales de

operación de los sistemas y pese a que la mayoría de las piezas mecánicas son

funcionales, el sistema hidráulico carece de diversos componentes, en consecuencia,

se hizo una propuesta con base en las características físicas de la máquina así como

de los requerimientos del proceso para el curvado.

La utilización de una dobladora de tubos hidráulica es mejor que una manual ya que

esta consta de los distintos moldes o matrices que se utilizan con múltiples fines en

comparación con los dobladores manuales. Este equipo tiene un costo elevado pero

traerá muchos beneficios a mediano y largo plazo.

1.2.2 Trabajos similares realizados con anterioridad

El objetivo de investigar otros trabajos realizados sobre máquinas dobladoras de

tubos es conocer qué proyectos se realizaron y los métodos que usaron.

Automatización de una curvadora de tubos

Este proyecto realizó la automatización de una curvadora de tubos convencional,

debido a la necesidad de mejorar los tiempos de procesamiento en estructuras de

asientos para carrocerías.

Inicialmente esta curvadora tenía un sistema manual de sujeción y doblado y lo que

se hizo fue reemplazar dicho sistema por uno mediante cilindros neumáticos; estos

cilindros trabajan controlados mediante un PLC TWIDO TWDLCAA24DRF, que

después de ser programado acciona electroválvulas para realizar una secuencia de

operación [10].


21

Diseño y construcción de una máquina dobladora de tubos hidráulica con

accionamiento automático

El objetivo principal de uno de los proyectos fue diseñar y construir una máquina

dobladora de tubos hidráulica con accionamiento automático para ya no hacer el

doblez de manera manual ya que este trabajo lo llevaban a cabo varios empleados y

esto causaba que, como el doblez era manual, existía falta de precisión ocasionando

que los tubos tuvieran errores como el que el ángulo no fuera el deseado [11].

Máquina dobladora de tubo redondo de acero controlada por un

microcontrolador

Otro proyecto sobre una máquina dobladora de tubos se basó en el diseño de una

dobladora de tubo redondo con costura automatizada. Se realizó por medio de un

circuito de control que permitió realizar los trabajos de forma automática, usando un

PIC 18F452, controlando sensores y actuadores conectados a un circuito de potencia.

La máquina fue capaz de doblar tubos de hasta 19 mm de diámetro y 1,5 mm de

espesor, con opción a aumentar su capacidad con tubos de mayor diámetro o a su

vez con tubos sin costura [12].

1.2.3 Equipos que actualmente existen en el mercado

Debido a que este proyecto consta de dos equipos principales, se mencionarán

algunos equipos de PLC´s y máquinas dobladoras de tubos que actualmente existen

en el mercado con el fin de conocer las características de estos y así seleccionar el

más adecuado para la propuesta.

Controladores Lógicos Programables

En la tabla 1.3 se muestran las características técnicas de diferentes PLC´s

compactos de la marca Allen-Bradley debido a que la empresa solicitó que el PLC

que se use para la máquina dobladora de tubos sea de dicha marca.


22

De igual forma, hay una gran variedad de PLC´s de la marca Allen Bradley, por lo que

se seleccionaron los Controladores Lógicos Programables con las características más

similares para poder tener un marco de comparación similar, ya sea por la cantidad

de entradas y salidas, los puertos de programación, tipo de lenguaje de programación,

entre otros.

Tabla 1.3 Características de diferentes PLC´s de la familia Allen Bradley [13]

MARCA ROCKWELL ROCKWELL ROCKWELL

MICROLOGIX 1100

MICROLOGIX 1200

MICROLOGIX 1000

Capacidad de E/S 64 136 32 Procesamiento de instrucciones básicas

2µs 2µs 3µs

Puertos de programación

RS-232,Ethernet 2 X RS-232 RS-232

Reloj de tiempo real

No Si Si

Lenguaje de programación

LADDER LADDER LADDER

Edición ON-LINE No Si No

Almacenamiento de comentarios en la CPU

No No No

Software Diferente para los micro

Diferente para los micro Diferente para los micro

Las principales ventajas de los PLC’s compactos son las siguientes:

Menor espacio por su construcción compacta.

Su programación es sencilla.

Más económicos dentro de su variedad.

Fácil instalación.

Soportan contingencias extremas de funcionamiento tales como: Bajas

temperaturas, vibraciones mecánicas, humedad, etc.


23

Máquinas dobladoras de tubo

Los siguientes equipos mencionados, son ejemplos de dobladoras de tubos que

llevan a cabo distintas funciones de acuerdo al propósito para el que fueron

diseñadas.

La curvadora de tubos MC400 NARGESA tiene un sistema de tres rodillos y la

dobladora de tubos “Zeziola” utiliza el sistema de doblado por compresión.

Curvadora de tubos MC400 NARGESA.

A diferencia de otras, la curvadora de tubos de la figura 1.15, no es de fundición. Es

ideal para fabricar bridas, invernaderos, barandas, mesas, sillas, puertas, ventanas,

realizando una infinidad de figuras circulares en todo tipo de perfiles. Su robustez,

diámetro de eje, la capacidad reductora y más propiedades la convierten en una de

las mejores curvadoras del mercado en la categoría de arrastre a tres rodillos,

condición indispensable para trabajar el tubo hueco con un perfecto acabado [14].

Figura 1.15 Curvadora de tubos MC400 NARGESA [14].


24

Máquina dobladora de tubos “Zeziola”.

Existe una gran variedad de dobladoras de tubos; no obstante, la máquina que

adquirió la empresa por lote y con la cual se trabajó es de la marca “Zeziola” modelo

DT1-M-38. Debido a que fue comprada por lote, algunas de las piezas fueron

fabricadas por la empresa para ajustarlas a dicha máquina. La imagen 1.16 muestra

la máquina dobladora de tubos nueva.

Figura 1.16 Máquina dobladora de tubos “Zeziola” [15]

1.3 MARCO LEGAL Y NORMATIVO

Las normas aseguran un criterio uniforme para diseñar, fabricar y probar una amplia

selección de herramientas y sistemas mecánicos, procurando la intercambiabilidad

de las piezas, lo que constituye la base de la producción en masa de las mercancías

utilizadas en todo el mundo. Las normas no sólo proporcionan pautas técnicas

comunes y universales que resultan esenciales, sino que reflejan el acuerdo general

de las muchas partes interesadas respecto de procesos de ingeniería más efectivos

para diseñar y probar equipos mecánicos.

El doblado de tubos se basa en normas que establecen la calidad, confiabilidad y

seguridad de los productos, respetando los códigos y estándares de la Sociedad

Americana de Ingenieros Mecánicos, ASME B31.3-2010 [16].

25

Capítulo 2

Análisis y evaluación del

sistema manual utilizado

para el doblado de tubos

Este capítulo describe el estado de la máquina dobladora de tubos manual, la

problemática y una descripción general de la propuesta de solución.

Capítulo 2 Análisis y evaluación del sistema manual

26

2.1 ANÁLISIS DEL SISTEMA MANUAL

El proceso de doblado de tubos que actualmente realiza la empresa se hace de

manera manual. Esto, algunas veces no permite que se cumplan con los objetivos

que requiere el cliente que solicita los tubos doblados debido a que, como el doblez

de cada tubo es manual y realizado por al menos dos personas tiene como

consecuencia: primero, un doblez irregular que no cumple con las normas de calidad;

y segundo, el doblez manual de cada tubo lleva más tiempo que si se realizara de

manera automática, haciendo que el tiempo dado para la entrega de estos a veces

no se cumpla. Estos dos puntos provocan una pérdida tanto de materiales como

pérdidas económicas.

Durante ciertos periodos del año, a la empresa se le requiere realizar tubos doblados

a 180° para intercambiadores de calor.

Existen tres objetivos fundamentales que otras empresas que requieren este tipo de

materiales les solicitan: Primero, deben cumplir con las normas ASME [16]; segundo,

requieren que el equipo se entregue en un tiempo y forma determinado; y por último,

la cantidad de tubos doblados a 180° que otras empresas solicitan algunas veces son

una demanda alta para el corto tiempo que a veces se tiene para la entrega.

A pesar de que ya se cuenta con la máquina dobladora de tubos, esta no está en

funcionamiento. El proceso de doblez de los tubos aún se realiza de manera manual,

lo que repercute en los objetivos anteriormente mencionados.

2.1.1 Descripción del proceso actual para el doblado de tubos manual

Para realizar el doblez de un tubo de manera manual, el operador debe colocar el

tubo en la máquina para llevar a cabo dicha tarea.

Una vez que se coloca de forma correcta el tubo, se debe sujetar con una mordaza

para evitar que se mueva al momento de doblarlo. A diferencia del doblado

automático, en un sistema manual, entre dos personas sujetan y giran la guía

dobladora para realizar el doblez del tubo.


27

Poco a poco se regresa la guía dobladora a su posición original y se retira la mordaza

para quitar el tubo doblado y así reiniciar el proceso para doblar la cantidad de tubos

que sean necesarios.

En el doblado de tubos manuales, la habilidad y destreza que tenga el operador, así

como la experiencia, es lo que en muchas ocasiones determina la calidad y cantidad

de producción obtenida.

En la figura 2.1 se describe de manera sencilla la forma en la cual se realiza

actualmente el doblado de tubos.

Figura 2.1 Proceso de doblado de tubo de manera manual

Se acomoda el tubo en la dobladora de tubos manual

Se sujeta el tubo con la mordaza para evitar que este se mueva

Dos o tres personas sujetan y giran la guía dobladora

Se regresa la guía dobladora a su posición inicial

Se retira la mordaza y luego el tubo doblado a 180°


28

2.1.2 Descripción de la máquina dobladora de tubos manual

La empresa compró por lote una máquina dobladora de tubos usada ya que comprar

una máquina nueva es mucho más caro y la empresa no cuenta con el capital

suficiente para la inversión. Le hacen falta algunas piezas mecánicas y también parte

del sistema hidráulico. Únicamente cuenta con una unidad de potencia hidráulica

(motor, bomba, manómetro, depósito, válvula de alivio) y un sistema mecánico

conformado por dos engranes

La empresa se dedica a la fabricación de otro tipo de piezas y maquinara, por lo que,

aquellas piezas mecánicas que no tiene la máquina serán fabricadas por la misma

empresa y también se le dará tanto mantenimiento a la doblara de tubos como a las

partes de esta que lo necesiten.

A pesar de que el doblado se realiza de manera manual, la empresa trata de cumplir

con la norma ASME [16]. Sin embargo, debido a la baja calidad que se tiene al doblar

los tubos a 180°, en ocasiones no se cumple con dicha norma.

2.1.3 Planteamiento del problema

El proceso de doblado de tubos manual genera que no sea tan exacto el doblez del

tubo. Esto muchas veces depende de la habilidad y experiencia del operador que

realiza el proceso. También se tienen pérdidas de tiempo y, en consecuencia, se

genera una menor producción de producto. Aunque se busca cumplir con normas de

calidad, esto no siempre es posible ya que los errores humanos provocan que no

todos los tubos doblados tengan la misma calidad.

Asimismo, al ser manual el proceso, el operador utiliza su fuerza física para estar

constantemente doblando los tubos. Provocando que, con el tiempo el operador sufra

alguna lesión física.


29

2.2 ANÁLISIS DE LA FACTIBILIDAD TÉCNICA DE LA PROPUESTA DE

SOLUCIÓN

Muchas veces se escoge el sistema que sea el más económico a corto plazo, pero

con el tiempo resulta ser el más costoso. Es por ello que cuando se implementa un

sistema, sea una mejora o un proyecto nuevo, se debe buscar que cumpla con los

requisitos de seguridad y que, a pesar de no ser el más económico al inicio o a corto

plazo, será el que a mediano y largo plazo pueda recuperarse la inversión y continuar

generando ganancias económicas porque el proceso se vuelve más óptimo.

Por ello, se llevó a cabo una comparación de ventajas y desventajas con la forma en

la que se doblan los tubos actualmente en la empresa, con otros sistemas realizados

anteriormente y con la propuesta planteada.

El propósito de realizar esta tabla fue para conocer la viabilidad del proyecto y saber

qué mejoras aporta en comparación con los otros sistemas. A pesar de que existe la

desventaja del costo total del proyecto, también existen ventajas a largo plazo.

En la tabla 2.1 se observa primeramente el sistema manual que se utiliza actualmente.

Las siguientes propuestas presentan otras formas de automatizar el proceso de

doblado de tubos con sus respectivas ventajas y desventajas. Por último, se menciona

el sistema propuesto

De los sistemas presentados en la tabla 2.1 se propuso el que es controlado por un

PLC ya que reduce la cantidad de operadores, es de manejo amigable para el

operador y ofrece una mayor calidad en el doblado de tubos. A pesar de que el PLC

es más costoso que un microcontrolador, el PLC es robusto y tiene mayor resistencia

a las vibraciones que se generan por los diferentes procesos que existen en la

empresa.


30

Tabla 2.1 Comparación de ventajas y desventajas con sistemas similares

Ventajas Desventajas

Sistema actual

Doblado de

tubos manual

-Bajo costo de fabricación

-Bajo costo de

mantenimiento

-Facilidad de construcción

-Se necesitan al menos tres

personas para doblar un solo

tubo

-Poca producción de tubos

doblados

-Poca precisión en el ángulo de

doblado del tubo

Dobladora de

tubos

electromecánica

-Precisión en el ángulo de

doblado

-Sólo se necesita de un

operador

-Mayor producción

comparado con una

dobladora manual

-Alto costo de mantenimiento

-Máquina grande, la cual ocupa

un mayor espacio

-Alto costo del motor y el sistema

mecánico

Dobladora de

tubos con un

microcontrolador

-Bajo costo del

microcontrolador

comparado con un PLC

-Sensible a las vibraciones, al

polvo, a la humedad, a altas

temperaturas, etc.

Sistema

propuesto

Dobladora de

tubos con un

PLC

-Sólo se necesita un

operador

-Mayor producción

comparado con una

dobladora manual

-Fácil manejo por parte de

un operador

-Precisión en el ángulo de

doblado

-El aceite es sensible a la

contaminación

-Necesita un buen

mantenimiento al sistema

hidráulico

-Un PLC es más costoso que un

microcontrolador


31

2.2.1 Evaluación de la propuesta de solución

Existen diferentes maneras de dar solución a una propuesta; sin embargo, siempre

se debe evaluar aquella que traerá mayores ventajas que desventajas tanto a corto,

mediano y largo plazo. En este caso, debido a que el proyecto se desea implementar

en un ámbito industrial donde se manejan líquidos corrosivos, no es factible utilizar

un microcontrolador ya que este podría dañarse a corto plazo y como consecuencia,

se tendría que estar cambiando constantemente. Es por ello que se seleccionó un

Controlador Lógico Programable.

Para automatizar la máquina dobladora de tubos es necesario conocer cómo funciona

el PLC, los pasos que se siguen para doblar un tubo, los elementos que accionarán

la máquina tales como bombas, aceite, pistones, sistema eléctrico, entre otros, y

conocer el sistema hidráulico. Con ello, se conocerán la cantidad de entradas y salidas

que se requieren. Los botones de arranque, paro y paro de emergencia también son

importantes para la automatización del proyecto.

2.3 PROPUESTA GENERAL DE SOLUCIÓN

Con esta propuesta, ya no serán necesarios tres operadores para dicho proceso sino

solamente un operador. La mejora que se pretende hacer a la máquina dobladora de

tubos es hacer el doblez de manera automática.

Por medio del sistema hidráulico, se propone implementar un PLC que accione las

electroválvulas de forma automática llevando a cabo la secuencia de los cilindros,

realizando así el doblez de los tubos.

El operador simplemente se encargará de colocar y ajustar el tubo en la máquina

dobladora, y después de esto presionar el botón que iniciará el proceso de doblez del

tubo.

32

.

Capítulo 3

Marco Metodológico

Se describen los pasos para dar solución a la propuesta de la automatización de la

máquina dobladora de tubos.


33

3.1 METODOLOGÍA DE SOLUCIÓN PARA LA AUTOMATIZACIÓN DE LA

MÁQUINA DOBLADORA DE TUBOS

Es importante conocer el equipo con el que se va a trabajar para plantear una

secuencia de pasos que permitirán dar una buena solución a la problemática que se

tiene, o en su caso, realizar una mejora del equipo.

En el caso particular de la máquina dobladora de tubos, se plantearon una serie de

pasos que permitieron proponer una mejora al sistema hidráulico automatizándolo a

través de un PLC para realizar de una manera más precisa el doblez del tubo a un

ángulo de 180°.

El diagrama de la figura 3.1 presenta los pasos para realizar la propuesta de solución,

que se describen con detalle más adelante.

Figura 3.1 Pasos para la solución de doblado de tubos manual

Reconocimiento de la máquina dobladora de tubos de la empresa

Elementos necesarios para la automatización del sistema

hidráulico

Determinación de la secuencia de operación de los cilindros

hidráulicos

Diagramas de simulación de la secuencia del doblado del tubo

Cálculos para el doblez del tubo

Análisis y selección de los elementos requeridos para la automatización del

sistema hidráulico


34

3.1.1 Reconocimiento de la máquina dobladora de tubos de la empresa

Se realizó un reconocimiento del estado actual en el que se encuentra el equipo para

saber qué es lo que se iba a realizar y cómo.

Es importante saber que la empresa decidió no comprar un equipo nuevo porque no

contaba con el presupuesto para este, por lo que optó comprar una máquina

dobladora de tubos por lote y adecuar una mejora que hará que su proceso de

doblados de tubo a 180° para intercambiadores del calor sea más preciso, evitando

así tanto pérdidas de material como pérdidas de tiempo.

Al conocer de qué manera se hace el doblado de tubos por medio de la máquina, se

pudo conocer los elementos que se necesitaron para el sistema hidráulico, a cuáles

se le dio mantenimiento, qué material se tuvo que adquirir y cómo debía trabajar para

llevar a cabo la propuesta de automatización de este por medio de un PLC.

3.1.2 Elementos necesarios para la automatización del sistema hidráulico

El hacer el reconocimiento del estado actual de la máquina para la automatización del

sistema hidráulico, permitió determinar los siguientes puntos:

Cuántos y qué tipo de cilindros hidráulicos se necesitaron para el doblez del tubo.

En este caso, se necesitó un cilindro de doble efecto y dos de simple efecto.

Cuántas y qué tipo de válvulas se necesitaron.

Para los cilindros, se utilizó una válvula 4/3 para el cilindro de doble efecto y

dos válvulas 3/2 para los cilindros de simple efecto.

Cuántos y qué sensores o finales de carrera se necesitaron.

Para esto, se necesitaron seis finales de carrera (dos para cada cilindro), un

interruptor de límite el cual indica que se realizó correctamente el doblez del

tubo a 180° y un sensor de posición.


35

La cantidad de E/S digitales que se utilizaron para la selección adecuada del PLC

que llevará la máquina dobladora de tubos.

Se utilizaron 10 entradas digitales y 6 salidas digitales.

3.1.3 Determinación de la secuencia de operación de los cilindros hidráulicos

Para determinar cuál fue la secuencia de los cilindros para el doblez del tubo, existe

un diagrama llamado “espacio-fase”. Este diagrama, permitió graficar las fases o

etapas secuenciales de los cilindros hidráulicos.

Con esto, se redujeron los errores al momento de realizarlo en simulación y se tuvo

un orden para no perderse en la secuencia de los cilindros que efectúan el doblado

del tubo.

3.1.4 Diagramas de simulación de la secuencia del doblado del tubo

Gracias a los avances tecnológicos se han desarrollado programas que permiten

simular casi cualquier tipo de proceso a nivel industrial. Estos programas tienen un

gran costo-beneficio ya que no es necesario efectuar compras de material ni realizar

pruebas físicas para poder conocer y determinar el comportamiento del proceso que

se quiere llevar a cabo.

Entre las grandes ventajas de hacer simulaciones en un programa para un proceso

se encuentran las siguientes:

La simulación es relativamente eficiente y flexible.

Se usa para analizar y sintetizar una compleja y extensa situación real, pero no es

empleada para solucionar un modelo de análisis cuantitativo convencional.


36

En algunos casos la simulación es el único método disponible.

Los modelos de simulación se estructuran y resuelven en general problemas

trascendentes.

La simulación no interfiere en sistemas del mundo real.

Permite estudiar los efectos interactivos de los componentes individuales o

variables para determinar las más importantes.

La simulación permite incluir complicaciones del mundo real.

Para el caso específico de la máquina dobladora de tubos para un ángulo de 180° se

determinó utilizar el programa de simulación Automation Studio 5.0, el cual permitió

realizar las siguientes simulaciones para el doblado del tubo:

Realizar el diagrama en escalera que hará la secuencia de los cilindros hidráulicos

Simular la secuencia de los cilindros

Simulación de las E/S del PLC

3.1.5 Cálculos para el doblez del tubo

Al realizar el doblez de un tubo suceden dos cosas con el material: Por un lado, el

material en el interior de la curva se comprime; y por el otro, en el exterior del eje se

tensa. Esto crea una combinación de esfuerzos que ocasiona adelgazamiento y

elongación de la pared externa, y engrosamiento y acortado en la pared interna, como

consecuencia hay una tendencia de aplanamiento del tubo en el doblez.


37

De ahí la importancia de calcular correctamente la fuerza requerida para hacer el

curvado del tubo. Si estos no se hacen de una manera adecuada, el tubo tiende a

romperse o deformarse en el proceso de curvado.

Por lo que se hicieron los cálculos necesarios para lograr un curvado preciso en el

tubo y así cumplir con las normas de calidad requeridas.

A continuación se mencionan qué cálculos se realizaron:

Cálculos de la fuerza requerida para el curvado del tubo

Cálculos del cilindro principal

Cálculos de los cilindros secundarios

Cálculos de la fuerza requerida para el curvado del tubo

De acuerdo a las propiedades del tubo de acero inoxidable AISI 304 se calculó la

fuerza necesaria para efectuar el curvado.

Cálculos del cilindro principal (doble efecto)

Estos cálculos permiten conocer las especificaciones técnicas requeridas del cilindro

principal para que de esa manera se eligiera el más adecuado para el proceso.

Entre los cálculos que se realizaron son: Cálculo del diámetro del émbolo y diámetro

del vástago, presión a la cual va a trabajar el cilindro, velocidad de salida del vástago,

caudal de salida y retracción del vástago, caudal resultante que debe suministrar la

bomba.

Cálculos de los cilindros secundarios (simple efecto)

De la misma manera que se hicieron los cálculos del cilindro principal, también se

calculó el diámetro del émbolo y el diámetro del vástago, presión a la cual va a trabajar

el cilindro, la velocidad de salida del vástago, el caudal de salida y el caudal resultante

que debe suministrar la bomba para ambos cilindros secundarios.


38

Cabe mencionar que estos cilindros secundarios, el cual uno tiene la función de

sujetar el tubo y el otro de realizar el curvado del tubo a 180º, tendrán un tiempo de

expulsión y retracción del vástago más rápido que el cilindro principal.

3.1.6 Análisis y selección de los elementos requeridos para la automatización

del sistema hidráulico

El haber hecho un reconocimiento de los elementos requeridos para la automatización

del sistema hidráulico, permitió conocer cuántos y qué tipo de elementos se

necesitaron para la propuesta de automatización.

Los cálculos, dieron información necesaria para la selección técnica de los cilindros.

Y con base en el tipo de cilindros y el diagrama de simulación, se seleccionó por

catálogo las electroválvulas requeridas para el correcto funcionamiento de los

cilindros.

Para la selección apropiada del PLC, se consideró la cantidad de E/S que se

necesitaron y las características requeridas por la empresa.

39

Capítulo 4

Caso Práctico

En este capítulo se describe la secuencia de los cilindros hidráulicos así como los

diagramas realizados en Automation Studio para la propuesta de automatización.

Asimismo, se realizan los cálculos para garantizar el correcto curvado del tubo.


40

4.1 PROPUESTA ESPECÍFICA DE SOLUCIÓN

La propuesta de automatización del sistema hidráulico por medio de un PLC se llevó a cabo

por medio de simulaciones dentro de una PC. Se utilizó el programa Automation Studio 5.0,

para el diagrama de simulación de los cilindros hidráulicos, el diagrama en escalera que

efectúa la secuencia de estos, y la simulación del diagrama del PLC.

Por otra parte, los cálculos para la fuerza del doblez del tubo son de suma importancia para

que el tubo que se pretende doblar no sufra deformaciones y pueda cumplir con las normas

de calidad requeridas.

4.1.1 Diagrama de espacio-fase

Para implementar el PLC al sistema hidráulico que permita hacer de una manera eficiente el

doblez de los tubos para intercambiadores de calor es necesario realizar de manera

descriptiva la secuencia que se quiere controlar.

La máquina dobladora de tubos que tiene la empresa, consta de tres cilindros que realizan

dicha operación. A continuación, se ver qué cilindro se ha nombrado como A, B y C, y se

describe la secuencia de los cilindros para este proceso.

Cilindro A-Cilindro Principal

Cilindro B-Sujetador de tubo

Cilindro C-Cilindro doblador

El operador debe colocar el tubo circular en la posición correcta sobre la máquina dobladora.

Se ha implementado un sensor y un led indicador que mostrarán si el tubo ha sido colocado

en la posición correcta. Este sensor, también servirá como seguro al no permitir iniciar la

secuencia del doblez del tubo si este no está en la posición correcta. No importa si se

presiona el botón de inicio por error, si el led indicador no está encendido, no se ejecutara la

secuencia de doblez.


41

Una vez que el tubo es colocado correctamente y el led indicador se ha encendido, el

operador presionara el botón de inicio para doblar el tubo automáticamente.

El cilindro que se activará primero es el cilindro doblador (C). Al llegar a tocar el tubo, se

activará el cilindro sujetador del tubo (B) y consecuentemente se activará el cilindro principal

(A), que está acoplado a un sistema mecánico de engranes que hacen girar los ejes que

efectúan el movimiento del cilindro secundario (C).

Al llegar este último cilindro a un sensor final, se activará un led, el cual indica que el doblez

del tubo circular se ha realizado correctamente a 180°.

Una vez que la máquina hace el doblez del tubo, el cilindro doblador (C), se retrae soltando

de esta manera al tubo por la parte doblada. Al retraerse completamente, el cilindro sujetador

(B) y el cilindro principal (A), se comienza a retraer al mismo tiempo.

La velocidad a la que se retrae el cilindro principal, es más lenta que la velocidad a la que se

retraen los otros dos cilindros.

En el diagrama de espacio-fase de la figura 4.1 se refleja la secuencia de los cilindros:

Figura 4.1 Diagrama de espacio-fase de la secuencia de los cilindros de la máquina dobladora de

tubos


42

4.1.2 Diagrama de simulación de los cilindros hidráulicos

Una vez que se describió el diagrama de estado-fase, este diagrama permitió realizar la

simulación de la secuencia que lleva a cabo cada cilindro. Para esto, se utilizó el programa

Automation Studio 5.0 para simular dicho proceso.

En la figura 4.2 se observa el diagrama de simulación para el que se utilizó un cilindro de

doble efecto (cilindro principal), dos cilindros de simple efecto (cilindro sujetador y cilindro

doblador), una válvula 4/3 para el cilindro principal, una válvula 3/2 para el cilindro de simple

efecto, una válvula 3/2 para el otro cilindro de simple efecto, cuatro solenoides (dos para la

válvula 4/3, una para la válvula 3/2 y otro para la válvula 3/2), finales de carrera y la

configuración de cada válvula.

Figura 4.2 Diagrama de simulación de los cilindros de la máquina dobladora de tubos


43

4.1.3 Diagrama en escalera

Asimismo, se realizó el diagrama en escalera en Automation Studio 5.0, el cual se vincula al

diagrama de simulación y al diagrama del PLC.

En la figura 4.3, se observa el diagrama en escalera para la secuencia de los cilindros de la

máquina dobladora de tubos:

Figura 4.3 Diagrama en escalera de la secuencia de la máquina dobladora de tubos


44

4.1.4 Diagrama de E/S del PLC

Este diagrama permitió realizar la simulación de un PLC y ayudó a saber cuántas E/S se

requirieron y de esta manera simular, junto con el diagrama en escalera y el diagrama de

simulación de los cilindros, la secuencia completa de cómo sería el doblez de los tubos

circulares.

En la figura 4.4 se observa el diagrama de simulación de E/S del PLC.

Figura 4.4 Diagrama de simulación de E/S del PLC


45

En la tabla 4.1 se tienen las variables declaradas de todos los elementos que se utilizaron

para vincular el diagrama en escalera, el diagrama de simulación y el diagrama de E/S del

PLC.

Tabla 4.1 Variables declaradas de las entradas y salidas.

ENTRADAS VARIABLE SALIDAS VARIABLE

Final de carrera 1 S1 Solenoide 1 SOL1




Final de carrera 5 S5 Lámpara indicadora de posición

LEDST

Final de carrera 6 S6 Lámpara indicadora doblez 180°

LEDIL

Botón de Inicio BI

Sensor del tubo ST

Sensor de doblez a 180°

IL

Botón de paro por emergencia

BP

Existe una gran variedad de marcas para escoger un Controlador Lógico Programable; sin

embargo, la empresa solicitó trabajar con la marca Allen Bradley.

En la tabla 4.2 solamente se ha hecho una comparación de tres PLC´s diferentes que tienen

características similares, seleccionando para esta propuesta el PLC MicroLogix 1100.


46

Tabla 4.2 Comparación de características entre PLC´s compactos [13]

Tipo MicroLogix 1000 MicroLogix 1100 MicroLogix 1200

E/S incorporadas 32 16 40

E/S máximas con módulo de expansión

______________

_

Hasta 80 Hasta 136

Programa de usuario / Espacio

de datos

1K 4K Configurable 10K Configurable

Registro de datos _______________

Hasta 128 kB Hasta 128 kB

Batería de respaldo No Si No

Funcionalidad Adicional

Analógica 5 Incorporadas 2 incorporadas, hasta 16 de expansión

Hasta 24 de expansión

Herramienta de acceso a datos

______________ Pantalla de cristal líquido incorporada

_______________

Software de programación

RSLogix 500 y RSLogix Micro

Si Si Si

Comunicaciones

Edición en línea _______________

Si _______________

Puerto RS-232 Mini Din de 8 pines

Mini Din de 8 pines (combinación con puerto RS-485)

Mini Din de 8 pines

Puerto RS-485 _______________

Mini Din de 8 pines (combinación con

puerto RS-232

_______________

Ethernet Con 1761-NET-ENI Incorporada y con 1761-NET-ENI

Con 1761-NET-ENI

DF1 Half-Duplex Maestro/esclavo, radio

módem

Esclavo solamente Si Si

Alimentación de funcionamiento

120/240 VCA /24 VCC

SI Si Si


47

4.1.5 Diagrama en escalera en el software del PLC

Automation Studio permitió simular la automatización del doblado del tubo; sin embargo, el

programa que se le debe cargar al PLC MicroLogix 1100, se realizó en el programa llamado

RsLogix 500, en el cual se realizó la secuencia del doblado del tubo en diagrama en escalera

para posteriormente cargarlo al PLC. La figura 4.5 muestra dicho programa en RsLogix 500.

Figura 4.5 Programa de la secuencia del doblado del tubo en RSLogix 500


48

4.2 CILINDROS HIDRÁULICOS Y ENGRANES MECÁNICOS EN SOLIDWORKS

Para ejemplificar de manera visual el funcionamiento de los cilindros hidráulicos junto con

los engranes mecánicos que realizan el doblado de los tubos circulares a 180°, se llevó a

cabo en el programa Solidworks un modelo en 3D de estos tal como se observa en la figura

4.6.

Figura 4.6 Cilindros hidráulicos y engranes mecánicos de la máquina dobladora de tubos en

Solidworks

El cilindro principal es el que está acoplado mecánicamente con los engranes (parte

izquierda de la figura 4.6). Este cilindro se expande de una manera lenta para realizar el

doblez del tubo. Cabe mencionar que la máquina dobladora de tubos ya contaba con los dos

engranes (el mayor de 70 dientes y el menor de 35 dientes), por lo que no fue necesario

calcular el número de dientes.

Uno de los cilindros secundarios (el cual es fijo) sujeta al tubo, mientras que el otro cilindro

secundario sujeta la parte del tubo que será doblada. Este último cilindro, tiene una base que

está acoplada a los engranes, la cual al momento de expandirse el cilindro principal, girará

doblando el tubo a 180°.


49

La figura 4.7 ejemplifica la vista en 3D de la máquina dobladora de tubos general junto con

el gabinete de control.

Figura 4.7 Máquina dobladora de tubos en Solidworks

4.3 CÁLCULOS PARA EL CURVADO DEL TUBO

Los cálculos para llevar a cabo de manera correcta el doblez del tubo a 180° son de vital

importancia porque si no se realizan de manera adecuada el tubo llega a romperse o

deformarse ocasionando pérdida de material como pérdida de tiempos.

En la tabla 4.3 se muestran los datos técnicos de la bomba hidráulica de desplazamiento

positivo de engranajes externos de la máquina dobladora de tubos. Con ellos se realizaron

los cálculos necesarios para el sistema hidráulico del equipo.

Tabla 4.3 Datos técnicos de la bomba hidráulica

Presión de Operación 20 MPa

Presión máxima 25 MPa

Cilindrada 12 ml/rev

Velocidad del motor que acopla a la bomba 1745 rpm


50

4.3.1 Determinación de la fuerza en el curvado

La distribución o forma en que están ubicados los apoyos y la guía es de suma importancia,

ya que de esta manera se obtendrá el doblado requerido; con la guía se ejerce una fuerza

en el tubo, la cual permite deformar plásticamente dicho material.

En la figura 4.8 se observa la distribución de la dobladora al momento del doblado:

Figura 4.8 Distribución de la dobladora al momento del doblado

4.3.2 Cálculo del momento plástico.

Este cálculo se realizó para conocer el límite de elasticidad del tubo de acero inoxidable

AISI 304 con el fin de que este no alcance una ruptura. A continuación se describe la

fórmula, las propiedades mecánicas del tubo y los cálculos.

Para hacer este cálculo se empleó la siguiente fórmula:

𝑀𝑝 = 3 ∗ 𝜎𝑦∗ 𝐼

2∗𝐶 (4.1)


51

Donde:

𝑀𝑝: Momento plástico

𝜎𝑦: Resistencia a la fluencia o límite de fluencia

𝐶: Distancia del eje neutro a la fibra en estudio más alejada

𝐼: Momento de inercia

Especificaciones del material:

Acero Inoxidable AISI 304

𝜎𝑦 = 310 MPa = 310 x 106 N/𝑚2

De = 50 mm = 0.05m

Di = 46mm = 0.046m

C = 25mm = 0.025m

𝐼 = 𝜋

64 (De4 - Di4)

Ahora sustituyendo valores en la fórmula 4.1 se tiene

𝑀𝑝 = 3 ∗ 𝜎𝑦∗ 𝐼

2∗𝐶

𝑀𝑝 = 3∗310 𝑥 106N/𝑚2 ∗(

𝜋

64 (0.054−0.0464))𝑚4

2∗0.025 𝑚

Mp = 1618.37 N-m


52

4.3.3 Cálculo de la fuerza de doblado.

Este cálculo se realizó para calcular la fuerza suficiente que necesitan los cilindros

secundarios para efectuar el curvado del tubo.

Para el cálculo de la fuerza se usó la siguiente fórmula:

F = 6 ∗ 𝜎𝑦 ∗ 𝐼

𝐶∗𝐿 (4.2)

Donde:

𝜎𝑦: Resistencia a la fluencia o límite de fluencia

𝐼: Momento de inercia

𝐶: Distancia del eje neutro a la fibra en estudio más alejada

𝐿: Radio matriz de doblado = 0.24m

Sustituyendo valores en la ecuación 4.2:

F = 6 ∗ 276 𝑥 106N/𝑚2 ∗(

𝜋

64 (0.054−0.0464))𝑚4

0.025 𝑚∗0.24𝑚

F=24012 N

Esta fuerza de doblado se usó para seleccionar los cilindros hidráulicos secundarios.


53

4.3.4 Cálculo del torque

Con la fuerza de los cilindros secundarios se calculó el torque que se necesita para hacer

girar los engranes y por consecuencia hacer girar el cilindro que efectúa el doblez.

Para el cálculo de la fuerza se usó la siguiente fórmula:

T = F * L (4.3)

Donde:

F= Fuerza de doblado = 24012 N

L = Radio matriz de doblado = 0.24m

Sustituyendo valores en la ecuación 4.3 se tiene:

T = 24012 N * 0.24m

T = 5762.88 N-m

4.3.5 Cálculo del sistema hidráulico

Para hacer estos cálculos fue necesario tomar en cuenta la unidad de potencia hidráulica

que actualmente tiene la empresa destinada para la máquina dobladora. Los parámetros de

operación son los siguientes:

Presión de trabajo del sistema: 20 MPa

Fuerza necesaria para el proceso de doblado: 108733.6 N

Fluido hidráulico: Aceite hidráulico Anti desgaste (AW) ISO VG 68


54

Además el sistema tiene una bomba de engranajes con las siguientes características:

Presión: 20 MPa

Cilindrada: 12cm3/rev

Velocidad del motor que acopla a la bomba: 1745 rpm.

Cálculo del cilindro hidráulico principal

Para efectuar los cálculos del cilindro principal, fue necesario realizar los cálculos de la fuerza

tangencial la cual actúa en dirección tangencial a la superficie de paso del engrane, y

perpendicular al eje que tiene el engrane. Esta fuerza es la que en realidad mueve el

engrane.

A continuación se muestra la fórmula y los cálculos para determinar la fuerza tangencial:

𝑇 = 𝐹𝑡 ∗𝑝

2 (4.4)

Despejando Ft tenemos:

Ft = 2∗𝑇

𝑝

Donde:

𝑝 = Diámetro primitivo del engrane

T = Torque

Ft = Fuerza tangencial

Sustituyendo valores:

Ft = 2∗5762.88 𝑁−𝑚

0.1056𝑚 Ft = 108733.6 N


55

Con los datos mencionados anteriormente, la presión a la que debe operar el cilindro es a

20 MPa y la fuerza necesaria que debe generar es de 108733.6 N; entonces, con estos datos

se encontró el área necesaria que debe tener el cilindro hidráulico, además de considerar

que debe de ser un cilindro de doble efecto.

Para determinar el área se empleó la siguiente fórmula:

F = P ∗ A (4.5)

Donde:

F = Fuerza requerida

P = Presión en el lado del émbolo

A = Superficie del cilindro

Despejando y sustituyendo de la fórmula 4.5 se tiene:

A = 𝐹

𝑃

A = 108733.6 N / 20 MPa

A = 5.44 x 10−3𝑚2

Para determinar el diámetro del émbolo del cilindro principal se empleó la fórmula del área:

𝐴 = 𝜋𝑟2 (4.6)


56

Despejando y sustituyendo de la fórmula 4.6 se tiene:

r =√𝐴

𝜋

r =√5.44 x 10−3𝑚2

𝜋

r = 0.0416 m

Ahora para el diámetro se tiene la fórmula 4.7:

D = 2 * r (4.7)

Sustituyendo valores de la ecuación 4.7:

D = 2 * 0.0416m

D = 0.08323 m = 83.22 mm

En las comercializadoras de productos hidráulicos existen cilindros hidráulicos de doble

efecto con diámetro del émbolo 100 mm y 50 mm de vástago y 250 mm de carrera.

Al seleccionar el cilindro hidráulico antes mencionado se calculó la presión en el lado del

émbolo de acuerdo a la siguiente fórmula:

F = P ∗ A (4.8)


57

Donde:

F = Fuerza [N]

P = Presión [MPa]

A = Área [mm2]

Datos:

F = 108722.6 N

A = 𝜋

4(100)2mm2

Despejando y sustituyendo de la fórmula 4.8 se obtiene como resultado:

P = 108733.6 𝑁 𝜋

4(100)2𝑚𝑚2

P = 13.84 MPa

Caudal del cilindro principal

Para determinar el caudal del cilindro principal se tomó en cuenta que el cilindro debe

cumplir al menos 2 ciclos por minuto.

Se calculó la velocidad en el desplazamiento del cilindro:

V = 𝐿

𝑡 (4.9)


58

Donde:

V = Velocidad de desplazamiento

L = Carrera del cilindro

t = Tiempo de desplazamiento

Datos:

L = 0.25m

t = 60 𝑠𝑒𝑔

2 = 30 seg

Sustituyendo valores de la ecuación 4.9 se tiene:

V = 0.25𝑚

30 𝑠𝑒𝑔

V = 0.00833 m/seg

Con la velocidad de desplazamiento del cilindro se calculó el caudal de aceite tanto en la

salida como en el retroceso.

Q = V ∗ A (4.10)

Donde:

Q = Caudal


A1= Área del embolo

A2 = Área del vástago


59

Datos:

V = 0.00833m/seg

A1 = 𝜋𝑟2 = 𝜋(0.1)2 = 0.0078 𝑚2

A2 = 𝜋𝑟2 = 𝜋(0.05)2 = 0.002 𝑚2

Utilizando la fórmula 4.10 para el caudal de salida se tiene:

𝑄1 = V ∗ 𝐴1

𝑄1 = 0.00833 m/s * 0.0078 𝑚2

𝑄1 = 6.5 X 10−5 𝑚3/seg

De la misma manera utilizando la fórmula 4.10 para el caudal de retroceso:

𝑄2 = V ∗ 𝐴2

𝑄2 = 0.00833 m/s * 0.002 𝑚2

𝑄2 = 1.66 X 10−5 𝑚3/seg

Por lo tanto, el caudal resultante será:

𝑄𝑅 = 𝑄1 + 𝑄2 (4.11)

Sustituyendo valores de la fórmula 4.11:

𝑄𝑅 = 6.5 X 10−5 𝑚3/seg + 1.66 X 10−5 𝑚3/seg


60

𝑄𝑅 = 8.166 x 10−5 𝑚3/seg

Cálculo de los cilindros secundarios

La fuerza que deben ejercer los cilindros secundarios se determinó anteriormente, y con

ello se encontró el diámetro necesario de los cilindros.

F = P ∗ A (4.12)

Datos:

F = 24012 N

P = 20 MPa

Despejando y sustituyendo de la ecuación 4.12 se tiene:

A = 𝐹

𝑃

A = 24012 𝑁

20 x 106 N/𝑚2

A = 1.2 x 10−3 𝑚2

Ahora para determinar el diámetro del émbolo del cilindro secundario se ocupó la siguiente

fórmula:

𝐴 = 𝜋𝑟2 (4.13)


61

Despejando y sustituyendo de la fórmula 4.13:

r =√𝐴

𝜋

r =√1.2 x 10−3𝑚2

𝜋

r = 0.01954 m

Ahora para el diámetro se tiene la siguiente fórmula:

D = 2 * r (4.14)


D = 2 * 0.01954m

D = 0.039 m = 39 mm

En distribuidores se encuentran cilindros hidráulicos de simple efecto con diámetro del

embolo 45mm y 25mm de vástago y 100mm de carrera

Con lo anterior se calculó la presión:

F = P * A

Despejando y sustituyendo:

P = 24012 𝑁

𝜋

4(45)2𝑚𝑚2

P = 15 MPa


62

Es importante resaltar que los cilindros secundarios se deben retraer en un tiempo de

aproximadamente 1.5 segundos

Con lo anterior se calculó la velocidad de desplazamiento del cilindro:

V = 𝐿

𝑡 (4.15)

Donde:


L = Carrera del cilindro

t = Tiempo de desplazamiento

Datos:

L = 0.10m

t = 1.5 seg

Sustituyendo valores de la ecuación 4.15 se tiene:

V = 0.10𝑚

1.5 𝑠𝑒𝑔

V = 0.067 m/seg

Con la velocidad de desplazamiento del cilindro se calculó el caudal de aceite

Q = V ∗ A (4.16)


63

Donde:

Q = Caudal


A= Área del embolo

Datos:

V = 0.067 m/seg

A= 0078 m2

Sustituyendo valores de la ecuación 4.16 para el caudal del aceite se tiene:

Q= V ∗ A

Q = 0.067 m/seg * 0.00159 𝑚2

Q = 1.066 X 10−4 𝑚3/seg

Como los dos cilindros secundarios son iguales se calculó el caudal resultante

𝑄𝑅 = 2 ∗ Q


𝑄𝑅1 = 2 x 1.066 X 10−4 𝑚3/seg

𝑄𝑅1 = 2.13 x 10−4 𝑚3/seg

Cálculo del caudal del sistema

Este caudal es la suma del caudal resultante del cilindro principal y el caudal resultante de

los cilindros secundarios.


64

Entonces se tiene:

𝑄𝑇 = 𝑄𝑅 + 𝑄𝑅1

Sustituyendo valores se tiene:

𝑄𝑇 = 8.166 x 10−5 𝑚3/seg+ 2.13 x 10−4 𝑚3/seg

𝑄𝑇 =2.94 x 10−4 𝑚3/seg = 17.64 lt/min

4.3.6 Cálculo del sistema eléctrico de la unidad de potencia hidráulica

Para el sistema eléctrico de la unidad de potencia hidráulica, se basó en que el sistema

hidráulico con el que cuenta la empresa tiene un motor trifásico de inducción con las

características descritas en la tabla 4.4:

Tabla 4.4 Características técnicas del motor de inducción

Potencia 10 HP

Corriente nominal (𝐼𝑛) 28.8 Amp.

Voltaje 220 V

Velocidad 1740 rpm

Para seleccionar el interruptor termomagnético trifásico, se calculó la corriente de protección

mediante la siguiente fórmula:

𝐼𝑝 = 1.25 * 𝐼𝑛


65

Donde:

𝐼𝑝 = Corriente de protección

𝐼𝑛 = Corriente nominal

Sustituyendo valores

𝐼𝑝 = 1.25 * 28.8 = 36 A

4.4 COSTOS DE EQUIPO, MATERIALES Y MANO DE OBRA

En la tabla 4.5 se establecen los costos del equipo hidráulico necesario de acuerdo a las

especificaciones técnicas que necesita la máquina dobladora de tubos.

Tabla 4.5 Catálogo de conceptos del equipo hidráulico

Catálogo de conceptos

Equipo hidráulico

N° Concepto Cantidad Unidad Precio de lista

Importe

1 Cilindro hidráulico de doble efecto con diámetro del émbolo de 100

mm, 50 mm de vástago y 250 mm de carrera. Presión de trabajo

13.84MPa

1 Pieza $13,240 $13,240

2 Cilindro hidráulico de simple efecto con diámetro del émbolo de 45

mm, 25 mm de vástago y 100 mm de carrera. Presión de trabajo 15

MPa.

2 Pieza $3,980 $7,960

3 Electroválvula 4/3

1 Pieza $2,580 $2,580

4 Electroválvula 3/2

2 Pieza $1,500 $3,000

5 Manguera hidráulica tipo R2 con doble capa de malla y con

diámetro interior de 12.7 mm

7 Mts. $73.14 $512

Subtotal 1 $27292


66

En la tabla 4.6 se consideran los elementos eléctricos necesarios para poder automatizar el

sistema hidráulico de la dobladora de tubos.

Tabla 4.6 Catálogo de conceptos del equipo eléctrico para automatizar el sistema hidráulico


Equipo eléctrico para automatizar el sistema hidráulico


Importe

1 Sistema de control Allen-Bradley MicroLogix 1100 24

VCC

1 Pieza $7,550 $7,550

2 Switching Power Supplies 53W 24V 2.2A AC-DC 115-

230VAC

1 Pieza $478.09 $478.10

3 Botonera doble con 1NA+1NC (XB4-BL845)

1 Pieza $815.46 $815.50

4 Interruptor de limite CWLD 6 Pieza $331.50 $1989.00

5 Clemas ABB

25 Pieza $8.96 $224.00

6 Interruptor Termomagnético 16A 1 polo

1

Pieza $266.50 $266.50

7 Canaleta ranurada gris de 40x40 mm marca abb

3 Pieza $97.32 $291.96

8 Riel DIN perforado ABB 3 Pieza $78.61 $235.83

9 Cable eléctrico 12 AWG 10 Metros $9 $90

10 Gabinete 1 Pieza $550 $550

Subtotal 2 $11940.90


67

En la tabla 4.7 se enlista el material y costo del equipo eléctrico para el arranque general de

la unidad de potencia hidráulica.

Tabla 4.7 Catálogo de conceptos del equipo eléctrico para el sistema de potencia hidráulica


Equipo eléctrico para el sistema de potencia hidráulica


Importe

1 Interruptor Termomagnético Allen-Bradley 40 Amp.

1 Pieza $990 $990

2 Contactor trifásico 1 Pieza $1600 $1600

3 Cable eléctrico 18 AWG

10 Metros $7 $70

Subtotal 3 $2660

En la tabla 4.8 se engloban herramientas extras tales como pinzas, desarmadores,

multímetro, cinta de aislar, entre otros materiales necesarios para la instalación.

Tabla 4.8 Catálogo de conceptos de herramientas


Otros

1 Herramientas $1500

Subtotal 4 $1500

Total de materiales y equipo: $43,942.90

Para hacer un aproximado del costo de mano de obra, se consideró que el costo por hora

es de $480.


68

Se analizó y se desarrolló el proyecto durante tres semanas, de lunes a viernes durante 7

horas por día. Por lo que:

Horas por día: 7hrs

7hrs=$3360

15 días x 7 hrs=105 hrs

105 hrs x $480= $50,400

Para la instalación del sistema hidráulico automatizado se consideraron 2 días. Por lo tanto:

2 días x 7 hrs= 14 hrs

14 hrs x $480= $6,720

Se consideró 1 día para realizar pruebas y capacitar al operador.

1 día = 7 hrs

7 hrs x $480= $3,360

Por lo tanto, el total del análisis, desarrollo del proyecto y mano de obra es:

Total = $60,480

A esto se le suma el costo de material y equipo:

Materiales y equipo: $43,942.90

Mano de obra: $60,480

Total de mano de obra y equipo: $104,422.90


69

También son importantes los gastos de transporte.

Haciendo la suma total de los días de trabajo en la empresa que fueron 2 semanas, se estimó

que se gastan $500 por semana, por lo tanto:

1 semana = $500

2 semanas = $1000

2 personas x $1000 = $2000

Entonces, el costo total del proyecto se estima en $106,422.90 aproximadamente.

Fue importante considerar también los tiempos muertos del proyecto. Tales como:

1 semana a 2 semanas de tiempo de entrega del pedido de equipo y materiales.

1 semana para la fabricación e instalación de piezas mecánicas así como mantenimiento

mecánico por parte de la empresa.

70

Capítulo 5

Análisis y resultados de la

producción de tubos doblados

Se describen los resultados obtenidos de acuerdo con la pirámide de la automatización y se

compara el sistema que la empresa utiliza con el sistema propuesto para mejorar la calidad

y cantidad de producción del doblado de tubos

Capítulo 5 Análisis y Resultados

71

5.1 ANÁLISIS DE LA PROPUESTA GENERADA DENTRO DE LA PIRÁMIDE DE LA

AUTOMATIZACIÓN

Para describir los resultados obtenidos se le asignó el lugar que le corresponde al sistema

de acuerdo a la pirámide de la automatización [17]. En la figura 5.1 se muestra los niveles

que comprende la pirámide de la automatización.

Figura 5.1 Niveles de la pirámide de la automatización

De acuerdo con la figura 5.1, la propuesta de solución para la máquina dobladora de tubos

permitió que se posicione en el nivel dos.

En el primer nivel, el proyecto de automatización del sistema hidráulico para la máquina

dobladora de tubos comprende elementos tales como los finales de carrera (sensores), los

cilindros hidráulicos (actuadores), las electroválvulas y el motor de la unidad de potencia

hidráulica.

Para el nivel dos, se tiene el PLC (MicroLogix 1100) con el programa que se realizó en el

software. Este interactúa con los elementos de la dobladora de tubos del primer nivel para

así ejecutar las acciones que llevan a cabo la secuencia del doblado de tubos.

Capítulo 5 Análisis y Resultados

72

5.2 RESULTADOS DE PRODUCCIÓN OBTENIDOS

Con los datos de la empresa respecto a la cantidad promedio de producción de tubos

doblados que obtienen, se hizo una tabla comparativa con la producción y con el sistema

automático propuesto. Estos resultados se muestran en la tabla 5.1.

Manualmente la empresa dobla 1 tubo por minuto.

La empresa solicitó que con la máquina dobladora de tubos se obtengan 2 tubos doblados

por minuto en promedio. Esto se consideró en los cálculos del capítulo anterior.

Tabla 5.1 Comparación de producción del sistema actual con el sistema automatizado

Producción del sistema actual

(Doblado de tubos manualmente)

Producción con el sistema automatizado

(Máquina dobladora de tubos)

Cantidad (N° tubos

doblados)

Tiempo (Hr.) Cantidad (N° tubos

doblados)

Tiempo (Hr.)

60 1 120 1

Se observa que, con la implementación del sistema hidráulico a la máquina dobladora de

tubos y la automatización de ésta por medio del PLC, la producción de tubos doblados a

180° se duplica.

Sin embargo, este no es el único resultado favorable con esta propuesta. También se debe

considerar el hecho de que, como ya no se doblan los tubos de manera manual, el usuario

ya no se detiene a descansar, logrando así que no haya tiempos muertos y como

consecuencia, pérdidas en la cantidad de producción de los tubos.

73

Conclusiones

74

CONCLUSIONES

La generación de una propuesta que permite automatizar el sistema hidráulico de una

máquina dobladora de tubos para mejorar el doblado de estos de manera manual, respondió

a la necesidad de una empresa para cumplir con estándares de calidad a nivel internacional,

produciendo asimismo una mayor cantidad de tubos doblados.

Las simulaciones llevadas a cabo con el software Automation Studio, permitieron determinar

la correcta secuencia de los cilindros hidráulicos. Junto con ello, los cálculos proporcionaron

la fuerza, el caudal y el tamaño de los cilindros necesarios para el adecuado curvado de

cada tubo.

El propósito de generar una solución a un problema determinado, siendo en este caso en

particular el lograr una mayor producción de tubos doblados, reducir tiempos muertos y lograr

una mayor calidad de los tubos doblados; siempre debe responder a las necesidades del

cliente y la empresa dando como resultado la optimización de los procesos, la calidad del

producto y la viabilidad y confiabilidad de la propuesta.

RECOMENDACIONES

En el ramo de la empresa se requiere de una mejora continua, por lo que se recomienda que

a futuro se pueda implementar un sistema que alimente la máquina dobladora de tubos,

descargue y almacene los tubos de manera automática.

Actualmente la empresa cuenta con otros equipos que permiten comunicarse entre sí, por lo

que, al contar el PLC MicroLogix 1100 con el protocolo de comunicación Ethernet para la

máquina dobladora de tubos, se pretende que a mediano plazo se pueda establecer un

sistema de comunicación entre los equipos involucrados en su línea de producción para que

de esta manera se pueda escalar en la pirámide de la automatización.

75

Referencias y

Bibliografía

76

REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA

[1] J. Wilches, “Curvadora de Tubos: Una Máquina Dedicada a la Forma”, Metal Actual, Núm. 7,

pp. 58-62, Febrero 2008

[2] L.E. Doyle, Materiales y procesos de manufactura para ingenieros. Editorial Prentice Hall,

México, 1999

[3] J.S. Delnero, “Oleohidráulica: Circuitos Hidráulicos”, IT, 2015. Recuperado de:

http://www.ing.unlp.edu.ar/aeron/laclyfa/Carpetas/Catedra/Archivos/Hidaulica%20A.pdf

[4] H. Appold, Tecnología de los metales para profesionales técnico-mecánicas, k. Feiler, A.

Reinhard, P. Schmidt. Editorial Reverte, España (2005).

[5] “Acero Inoxidable-AISI 304”, SUMITEC S.A., Costa Rica, 2011

[6] S. Kalpakjian, Manufactura, ingeniería y tecnología. Editorial Prentince Hall, México, 2002

[7] “PLC-Controladores Lógicos Programables”, SENA, Colombia, 2005

[8] “Doblado de Tubos: Noventa por ciento técnica, Diez por ciento fuerza”, Metal Actual, Núm.

29, pp. 34-39, Agosto 2013

[9] Dobladora manual de tubo TM-025, OTM Soluciones industriales, México, 2006

[10] C.R. Bustillos, Automatización de una curvadora de tubo marca Margua [online].Ecuador:

Universidad Politécnica del Ejército, 2012.

[11] G. P. Moreno, Diseño y construcción de una máquina dobladora de tubos hidráulica con

accionamiento automático [online]. Ecuador: Universidad Politécnica Salesiana, 2013.

http://www.ing.unlp.edu.ar/aeron/laclyfa/Carpetas/Catedra/Archivos/Hidaulica%20A.pdf

77

[12] J. G. Taramuel, Máquina dobladora de tubo redondo de acero con costura de hasta 19 mm

de diámetro y 1.5 mm de grosor controlada por un microcontrolador [online]. Ecuador:

Universidad Técnica del Norte, 2011.

[13] MicroLogix Brochure. Edición 1761-BR006E-ES-P, Allen-Bradley, México, julio 2008

[14] Curvadora de tubos y perfiles, PRADA NARGESA S.L., España, 2008.

[15] Curvadora de tubos hidráulica, Zeziola S.A., Argentina, DT1-M38, 2010.

[16] Código ASME para tuberías de presión, B31. ASME B31.1-2010 (Revisión de ASME B31.3-

2010).

[17] https://s3-us-west-

2.amazonaws.com/smciketek/COMPANIA/PiramideTecnologias_ES_PiramideAutom.jpg

78

Anexos

79

CWLD

Features

Double-circuit type of limit switch, is widely used

With strong aluminum cast outer shell

High mechanical strength

Water-proof, oil-proof construction

Structure preventing oil, water and pressure

Indicating plate with setting position is installed in it, so

it is easy to maintain

Various of actuators is taken convenience for using

Built-in contact stand has double-spring, so it has long

mechanical life

Contact Form

80

Ratings

Rated

Voltage

Noninductive Load (A)

Inductive Load (A)

Resistance Load Lamp Load Inductive Load Motor Load

NC NO NC NO NC NO NC NO

125VAC 250VAC

480VAC

600VAC

10

5

3

1

3 2

1.5

1

1.5 1

0.8

0.5

10

5

3

1.5

5 3

1.5

1

2.0 1.0

0.8

0.5 8VDC

14VDC

30VDC 125VDC 250VDC

10 10

6 0.8 0.4

6 6

4 0.2 0.1

3 3

3 0.2 0.1

10 10

6 0.8 0.4

6

6

4 0.2 0.1

NOTES:

1. Inductive load has a power factor of 0.4 min.(AC) and a time constant of 7 msec.max.(DC).

2. Lamp load has an inrush current of 10 times the steady-state current,while motor load has

an inrush current of 6 times the steady-state current.

Characteristics

Operation speed

1mm-2m/sec

Operating frequency Mechanical: 120 operations/minute, Electrical: 30 operations/minute

Contact resistance

15mΩ max. (initial value)

Insulation resistance 100mΩ min. (at 500VDC)

Dielectric strength

1000VAC, 50/60HZ for 1 minute between terminals of the same polarity

1500VAC, 50/60 HZ for 1 minute between current-carrying and non-current-carrying metal parts

1500VAC, 50/60 HZ for 1 minute between each terminal and ground

81

Characteristics

Vibration 10-55HZ,1.5mm double amplitude

Shock Mechanical durable: 1, 000m/Sec2 (about 100G'S) Malfunction: 300m/Sec2 (about 30G'S)

Ambient temperature

-10 to +80

Humidity

<95% RH

Life Mechanical: 15,000,000 operations above (under rated OT) Electrical: 500,000 operations above

Weight

About 275g

Degree of protection

IEC Specifications: IP66

Operating characteristics

Models

CWLCA2-2

CWLD2

CWLNJ

CWLNJ

-S2

CWLCA12-2-Q

CWL CL

CWLCA

32-41

CWLD

CWLNJ-

2

CWLN J-30

CWLD1

CWLD3

OF Max.

1360g

2720g

150g

29g

1360g

142

g

1200g

2720g

120g

80g

2720g

2720g

RF Min.

227g

910g

-

-

227g

28g

-

910g

-

-

910g

910g

PT Max.

20 º

1.7mm

28mm

28mm

20 º

20 º

55 º

1.7mm

28mm

28mm

1.7mm

1.7mm

OT Min.

30 º

5.6mm

-

-

30 º

30 º

35 º

6.4mm

-

-

5.6mm

5.6mm

MD Max.

12 º

1mm

-

-

12 º

12 º

-

1mm

-

-

1mm

1mm

TF Max.

2720g

-

-

-

2720g

200

g

-

-

-

-

2720g

2720g

TT Min.

50 º

6.5±0.

8mm

-

-

50 º

50 º

OP:90

±10 º

OP:34

±2.8m

m

-

-

6.5±0.

8mm

9±0.8

mm

82

CWLD

87

Model LS25 LS35 LS50 LS75 LS100 LS150

AC Input Voltage (300VAC for 5s) VAC 88 - 264VAC (See note (2) for LS100) 88-132/176-264VAC(1)

Input Frequency Hz 47 - 63Hz

DC Input Voltage VDC 125 - 373VDC* 248 - 273VDC*

Inrush Current (230VAC, cold start) A 30 40 40 40 60 40

Power Factor - Meets EN61000-3-2, -3

Input Current (115/230VAC) A 0.7 / 0.4 0.8 / 0.55 1.3 / 0.8 1.6 / 1.0 2.2 / 1.2 3.5 / 2

Temperature Coefficient - <0.02%/°C

Overcurrent Protection - > 110%

Overvoltage Protection V 3.3V: 3.8-4.45V, 5V: 5.75-6.75V, 12V: 13.8-16.2V, 15V: 17.25-20.25V,

24V: 27.6-32.4V, 36V: 41.4-48.6V, 48V: 55.2-64.8V

Hold Up Time (115 / 230V input) ms 14 / 80 12 / 80 14 / 60 14 / 60 25 / 150 20 / 28

Leakage Current (230VAC 60Hz) mA <1mA

Remote Sense - No

LED Indicator - Green LED = On

Operating Temperature °C -25 to +70°C. Derate linearly to 50% load from +50 to +70°C (2)

Storage Temperature °C -40 to +85°C

Operating Humidity - 20 - 90% RH (non condensing)

Storage Humidity - 10 - 95% RH (non condensing)

Cooling - Convection

Withstand Voltage - Input to Ground 1.5kVAC, Input to Output 3kVAC, Output to Ground 500VAC for 1 min.

Isolation Resistance - >100M at 25C & 70%RH, Output to Ground 500VDC

Vibration (non operating) - 10 - 55Hz: 19.6m/s2 constant sweep 1 min X, Y, Z for 1 hour

Shock - < 196.1 m/s2 (20G)

Immunity - IEC61000-4-2, -3, -4, -5, -6, -8, -11

Safety Agency Approvals - UL /CSA (cUL) /IEC 60950-1 (2nd Ed), CE Mark (Additionally evaluated to EN 60950-1)

Conducted & Radiated EMI - EN55011/EN55022-B, FCC-B

MTBF (MIL-HDBK-217F) hrs 906,997 706,464 712,890 648,786 545,375 505,393

Weight (Typ) g 170 270 350 410 600 700

Size (LxWxH) in 3.1 x 2.0 x 1.1 3.9 x 3.2 x 1.4 3.9 x 3.8 x 1.4 5.1 x 3.8 x 1.5 6.3 x 3.8 x 1.5 7.8 x 3.9 x 1.5

Warranty yrs Three Years

25-150W Single Output General Purpose Power Supplies

Features

Very low cost

25W to 150W

Small size

115VAC or 230VAC input

Withstands 300VAC surges (5s)

Three year warranty

Key Market Segments & Applications

Specifications

Notes: (1) Switch selectable for 115 or 230VAC

(2) LS25-3 Derate linearly to 60% load from +40 to +70°C.

LS50, LS75-3 & -5 Derate linearly to 70% load from +50 to +70°C.

LS25-5 to 48, LS75-12 to 48 Derate linearly to 60% load from +50 to +70°C.

*Safety certified for AC input only

LS100-3 & -5 Derate linearly to 60% load from +45 to +70°C. Derate linearly to 80% load from 115V to 88VAC input.

LS100-12, -15, -24, -36, -48 Derate linearly to 60% load from +50 to +70°C. Derate linearly to 80% load from 115V to 88VAC input.

LS150-3 & -5, Derate linearly to 50% load from +40 to +70°C.

LS150-12, -15, -24, -36, -48 Derate linearly to 70% load from +50 to +70°C.

fgdfg dgdf gfdg

88

Adjust Range Max Current Load Reg Line Reg Ripple Noise Efficiency

Model Voltage (V) (A) (mV) (mV) (mV) (typ) %

LS25-3.3 3.3V 2.85 - 3.6 6.0 40 20 80 75

LS25-5 5V 4.5 - 5.5 5.0 40 20 80 79

LS25-12 12V 10.8 - 13.2 2.1 96 48 120 83

LS25-15 15V 13.5 - 16.5 1.7 120 60 120 83

LS25-24 24V 22 - 27.6 1.1 192 96 120 84

LS25-36 36V 32 - 40 0.75 288 144 150 84

LS25-48 48V 42 - 54 0.57 384 192 200 85

LS35-3.3 3.3V 2.85 - 3.6 7.0 40 20 80 75

LS35-5 5V 4.5 - 5.5 7.0 40 20 80 78

LS35-12 12V 10.8 - 13.2 3.0 96 48 120 82

LS35-15 15V 13.5 - 16.5 2.4 120 60 120 83

LS35-24 24V 22 - 27.6 1.5 192 96 120 84

LS35-36 36V 32 - 40 1.0 288 144 150 84

LS35-48 48V 42 - 54 0.8 384 192 200 84

LS50-3.3 3.3V 3.0 - 3.6 10.0 40 20 80 75

LS50-5 5V 4.75 - 5.5 10.0 40 20 80 80

LS50-12 12V 10.8 - 13.2 4.2 96 48 120 84

LS50-15 15V 13.5 - 16.5 3.4 120 60 120 85

LS50-24 24V 22 - 27.2 2.2 192 96 120 86

LS50-36 36V 32 - 40 1.4 288 144 150 86

LS50-48 48V 42 - 54 1.1 384 192 200 86

LS75-3.3 3.3V 3.0 - 3.6 15.0 40 20 80 75

LS75-5 5V 4.75 - 5.5 12.0 40 20 80 79

LS75-12 12V 10.8 - 13.2 6.0 96 48 120 84

LS75-15 15V 13.5 - 16.5 5.0 120 60 120 85

LS75-24 24V 22 - 27.2 3.2 192 96 120 86

LS75-36 36V 32 - 40 2.1 288 144 150 86

LS75-48 48V 42 - 54 1.6 384 192 200 87

LS100-3.3 3.3V 3.0 - 3.6 20.0 40 20 80 75

LS100-5 5V 4.75 - 5.5 16.0 40 25 80 79

LS100-12 12V 10.8 - 13.2 8.5 96 48 120 82

LS100-15 15V 13.5 - 16.5 7.0 120 60 120 84

LS100-24 24V 22 - 27.2 4.5 192 96 120 86

LS100-36 36V 32 - 40 3.0 288 144 150 86

LS100-48 48V 42 - 54 2.3 384 192 200 86

LS150-3.3 3.3V 3.0 - 3.6 30.0 40 20 80 75

LS150-5 5V 4.75 - 5.5 26.0 40 20 80 79

LS150-12 12V 10.8 - 13.2 12.5 96 48 120 83

LS150-15 15V 13.5 - 16.5 10.0 120 60 120 85

LS150-24 24V 22 - 27.2 6.5 192 96 120 86

LS150-36 36V 32 - 40 4.3 288 144 150 87

LS150-48 48V 42 - 54 3.3 384 192 200 87

Output Ratings

For Additional Information, please visit us.tdk-lambda.com/lp/products/ls-series.htm

Revision B3: Apr 2015

fgdfg dgdf gfdg

89

MANGUERA HIDRÁULICA

Manguera hidráulica tipo 2T/R2 con doble capa de malla y con un diámetro interior de 12.7mm, para líneas de media presión cubierta de caucho sintético

USOS Temperatura continua de servicio:

-40 °F / +212°F -40°C / +100°C Manejo de fluidos tales como:

Aceite mineral Aceite vegetal y de colza

Aceites basados en glicoles y poliglicoles

Aceites con base en éster sintético

Aceites en emulsión acuosa Agua

Máxima temperatura de operación:

(Servicio intermitente) +250°F +121°C

fgdfg dgdf gfdg

90

fgdfg dgdf gfdg

91

fgdfg dgdf gfdg

92

fgdfg dgdf gfdg

93

instituto politÉcnico nacional final.pdfinstituto politécnico nacional escuela superior de...

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