Montaje e instalación en planta de máquinas industriales.

MONTAJE E INSTALACIÓN EN PLANTA DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Procesos, instrumentos y técnicas básicas de construcción y organización del trabajo

CONTENIDOS BASADOS EN EL REAL DECRETO 941/1997 Certificado de profesionalidad de la ocupación de instalador de máquinas y equipos industriales EDITORIAL

Montaje e instalación en planta de máquinas industriales

Montaje e instalación en planta de máquinas industriales Procesos, instrumentos y técnicas básicas de construcción y organización del trabajo

Autor Pablo Comesaña Costas es Ingeniero Técnico Industrial por la rama de Electricidad, con la especialidad de Automatización, por la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Vigo. Posee el título de especialista universitario en Calidad Industrial expedido por la Fundación Universidad-Empresa. En diferentes etapas de su vida ha trabajado como ingeniero de calidad y como adjunto al director técnico. Actualmente desarrolla su carrera profesional en una importante empresa de automoción. Ha desempeñado gran parte de su vida profesional en el dominio de la Calidad Industrial. Esta experiencia y su amplia formación le han llevado a la publicación del presente material didáctico con Ideaspropias Editorial.

Ficha de catalogación bibliográfica Montaje e instalación en planta de máquinas industriales. Procesos, instrumentos y técnicas básicas de construcción y organización del trabajo 1.ª edición Ideaspropias Editorial, Vigo, 2005 ISBN: 978-84-96585-37-9 Formato: 17 x 24 cm • Páginas: 128

Montaje e instalación en planta de máquinas industriales. Procesos, instrumentos y técnicas básicas de construcción y organización del trabajo. No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento informático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright. DERECHOS RESERVADOS 2005, respecto a la primera edición en español, por © Ideaspropias Editorial. ISBN: 978-84-96585-37-9 Depósito legal: VG 207-2011 Autor: Pablo Comesaña Costas Impreso en España - Printed in Spain

Ideaspropias Editorial ha incorporado en la elaboración de este material didáctico citas y referencias de obras divulgadas y ha cumplido todos los requisitos establecidos por la Ley de Propiedad Intelectual. Por los posibles errores y omisiones, se excusa previamente y está dispuesta a introducir las correcciones pertinentes en próximas ediciones y reimpresiones.

ÍNDICE

1. Técnicas básicas de construcción de máquinas industriales ........................ 1.1. Introducción ...................................................................................... 1.2. Mecánica industrial básica ................................................................. 1.2.1. Materiales y tratamientos ........................................................ 1.2.2. Tolerancias y ajustes ................................................................ 1.2.3. Mecanismos más importantes .................................................. 1.2.4. Elementos estándar .................................................................. 1.2.5. Montaje de elementos mecánicos ........................................... 1.2.6. Realización de diferentes operaciones mecánicas ................... 1.3. Neumática .......................................................................................... 1.3.1. Características del aire comprimido ........................................ 1.3.2. Suministro del aire comprimido .............................................. 1.3.3. Elementos neumáticos ............................................................. 1.3.4. Elementos de conexión neumática .......................................... 1.3.5. Montaje de elementos y circuitos neumáticos ........................ 1.4. Hidráulica .......................................................................................... 1.4.1. Características del fluido ......................................................... 1.4.2. Suministro de fluido comprimido ............................................ 1.4.3. Elementos hidráulicos .............................................................. 1.4.4. Elementos de conexión hidráulica .......................................... 1.4.5. Montaje de elementos y circuitos hidráulicos ......................... 1.5. Electricidad básica ............................................................................. 1.5.1. Clases de corriente eléctrica .................................................... 1.5.2. Circuitos eléctricos fundamentales .......................................... 1.5.3. Dispositivos eléctricos ............................................................. 1.5.4. Montaje de elementos y circuitos eléctricos ............................ 1.5.5. Circuitos con tecnologías combinadas .................................... 1.6. Resumen de contenidos ..................................................................... AUTOEVALUACIÓN ............................................................................ SOLUCIONES .........................................................................................

1 1 2 3 6 10 12 14 15 16 17 18 22 24 24 25 26 28 29 31 32 33 34 36 39 43 44 45 49 51

2. Técnicas de organización del trabajo ............................................................ 53 2.1. Introducción ...................................................................................... 53 2.2. Técnicas de organización del proceso: análisis de un proceso ........... 53

2.2.1. Diagrama de Gant ................................................................... 54 2.2.2. Diagrama de Pert ..................................................................... 55 2.2.3. Diagrama de proceso o proceso de fabricación ....................... 56 2.2.4. Diagrama de flujo .................................................................... 57 2.3. Análisis de un proyecto ..................................................................... 60 2.3.1. Memoria .................................................................................... 60 2.3.2. Planos ...................................................................................... 60 2.3.3. Presupuesto .............................................................................. 61 2.3.4. Pliego de condiciones .............................................................. 61 2.4. Dosier ................................................................................................. 62 2.5. Interpretación de planos .................................................................... 63 2.6. Metrología elemental ......................................................................... 64 2.6.1. Especificación de una medida ................................................. 65 2.6.2. Errores de medida .................................................................... 66 2.6.3. Incertidumbre de medida ........................................................ 67 2.6.4. Calibración de los instrumentos de medida ............................ 69 2.6.5. Técnicas de medición .............................................................. 70 2.6.6. Instrumentos de medida .......................................................... 71 2.7. Resumen de contenidos ..................................................................... 75 AUTOEVALUACIÓN ............................................................................ 77 SOLUCIONES ......................................................................................... 79 3. Organización y recepción de máquinas y equipos ........................................ 3.1. Introducción ...................................................................................... 3.2. Recepción de máquinas y equipos: proceso de recepción y criterios de aceptación .................................................................... 3.3. Almacenamiento de máquinas y equipos en función de sus características ......................................................................... 3.4. Instalación en línea ............................................................................ 3.4.1. Establecer la infraestructura para la ubicación de la máquina o de los equipos ................................................ 3.4.2. Marcar, trazar, fijar y nivelar .................................................... 3.4.3. Instalar las máquinas en su ubicación ..................................... 3.4.4. Montar las máquinas convencionales y especiales ..................

81 81 81 83 85 86 86 89 91

3.4.5. Comprobar el funcionamiento de los elementos auxiliares ..... 93 3.4.6. Comprobar el funcionamiento de los elementos mecánicos, neumáticos, hidráulicos y eléctricos ..................... 94 3.5. Resumen de contenidos ..................................................................... 97 AUTOEVALUACIÓN ............................................................................ 99 SOLUCIONES ......................................................................................... 101 RESUMEN ........................................................................................................ 103 EXAMEN .......................................................................................................... 107 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 113

Este manual se corresponde con el módulo de Montaje e instalación en planta de máquinas industriales del certificado de profesionalidad de la ocupación de Instalador de Máquinas y Equipos Industriales, según el Real decreto 941/1997. Los contenidos que en él se recogen se corresponden con una duración de 150 horas. El objetivo de este manual consiste en llevar a cabo el montaje en planta de maquinaria, elementos y equipos industriales, organizando su recepción y almacenamiento, así como su ubicación, de acuerdo con la documentación técnica, consultando planos y documentación técnica para conseguir el funcionamiento adecuado.

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1  Técnicas básicas de construcción de máquinas industriales

1.1. Introducción Debido a la diversidad de aplicaciones para las cuáles se utilizan las máquinas industriales, en su construcción se utilizan normalmente combinaciones de técnicas constructivas. A la hora de realizar una intervención sobre una máquina industrial, ya sea modificación, ya sea mantenimiento o montaje e instalación de la misma, es indispensable el conocimiento de todas ellas. A la hora de realizar el montaje e instalación de una máquina industrial, el instalador se ha de enfrentar, en la mayoría de las ocasiones a un trabajo multidisciplinar que requerirá destreza y dominio de las técnicas que en cada caso son requeridas. Las técnicas más utilizadas hoy en día en la fabricación de máquinas industriales son la mecánica, la neumática, la hidráulica y la electricidad. En cuanto a la electrónica, se desestima su explicación, pues no constituye en sí objeto de trabajo de un instalador de máquinas industriales, ya que su puesta a punto se realiza normalmente por los usuarios de las mismas. En cuanto a la conexión o puesta en servicio del conjunto de aparatos electrónicos, no implica la manipulación previa a la puesta en marcha de la máquina industrial. De la misma forma, la interrelación entre estas técnicas debe ser estudiada de igual manera, debido a la aparición de otra serie de técnicas derivadas como pueden ser la electro-óleo-hidráulica y la electro-neumática.

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1.2.  Mecánica industrial básica Con el objetivo de definir de forma clara las aplicaciones de la mecánica industrial en cuanto a la construcción de máquinas, se definen una serie de conceptos previos. Una máquina es un conjunto de mecanismos que interrelacionados entre sí tienen la facultad de generar una función concreta, con el objetivo de poder desarrollarla repetitivamente según las necesidades de diseños. Se puede definir como máquina desde un simple sistema de apriete hasta un dispositivo de fabricación complejo. Un mecanismo es un sistema creado y destinado a transformar el movimiento de uno de sus elementos para imprimírselo a otro componente del mecanismo o a otros cuerpos. Para que se constituya en mecanismo, el sistema de elementos debe reunir las siguientes características: - Los miembros consecutivos deben estar en contacto unos con otros de forma que se permita el movimiento entre ellos. - Debe existir movimiento relativo entre los miembros. Las diferentes posibilidades vienen determinadas por los distintos tipos de cierres, es decir, por las posibilidades de facilitar el movimiento en función de la clase de contacto entre elementos. Se puede hablar de cierre de forma cuando se asegura el contacto mediante la forma de las superficies adyacentes. En este caso el movimiento del émbolo lo permite la forma del cilindro. Con el cierre de fuerza un determinado tipo de fuerza asegura el contacto de las superficies, de forma que el contacto del seguidor con la leva se asegura mediante el muelle. Con el cierre de enlace no se pueden separar las superficies ya que se van enlazando entre sí de forma continua. En este caso la unión del engranaje se asegura por la unión continua de los dientes.

Cierre de forma

Cierre de fuerza

- Uno de los miembros ha de estar en reposo.

Cierre de enlace

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1.2.1.  Materiales y tratamientos Con el objetivo de poder dar una idea clara de la relación de los materiales y tratamientos térmicos con la mecánica, se debe definir el concepto de dureza, el cual afecta de forma directa tanto al comportamiento de los materiales como al objetivo de los tratamientos. Técnicamente, la dureza es la resistencia que presenta un cuerpo al ser penetrado por otro cuerpo duro. El valor que define la dureza no puede ser dado de forma independiente, sino que el mismo depende en todos los casos del procedimiento de prueba usado. De todas formas, por medio de aproximaciones, se pueden relacionar las distintas medidas de dureza entre sí para lograr equivalencias. Los procedimientos de prueba de dureza más importantes son: - Prueba de dureza Brinell: en la que se mide la marca que hace una bola presionada sobre el cuerpo que va a ser objeto de medición tras haber sobrepasado el límite de elasticidad. - Prueba de dureza con carga preliminar de Rocwell: los materiales blandos se miden con bola de acero de 2,5 mm, y los duros con cono de diamante a 120o con una carga preliminar de normalmente 10 kg. La dureza en unidades Rocwell (HRC-HRB) es la más difundida. - Prueba de dureza según Vickers: se emplea como cuerpo de prueba una pirámide de diamante. Se usa para durezas muy altas. Mediante el uso de tablas es posible encontrar equivalentes entre estas durezas y las unidades ISO kg/mm2. Desde el punto de vista técnico, la dureza proporciona la información de la capacidad de desgaste y la posibilidad de trabajo sobre el material. En la actualidad existen gran cantidad de tratamientos térmicos y superficiales diseñados para todo tipo de aplicaciones. De hecho, continuamente surgen nuevos procesos que mejoran, mediante su aplicación sobre los diferentes materiales, la vida útil de los elementos fabricados y de las máquinas industriales.

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Con el objetivo de proporcionar una visión de los tratamientos térmicos y superficiales más usados a continuación se presentan aquellos que se usan de forma más usual en la construcción de medios, como son los siguientes: • El temple + revenido: este tratamiento térmico dota al material de una dureza en todo su volumen, superior a la que presenta en estado natural. Según el tiempo de tratamiento y la aplicación se puede adquirir un valor determinado de dureza. • El cementado: este tratamiento en el elemento realiza un aporte de carbono sobre la superficie de materiales bajos con el objetivo de poder aumentar la dureza en la capa exterior sin que aumente la del núcleo. • El nitrurado: mediante el aporte de Nitruros se consigue una altísima dureza en capas de décimas de milímetro, conservando la dureza en estado natural del material en el resto del elemento tratado. • El pavonado: es un tratamiento superficial que mediante la oxidación de la capa exterior protege al material contra oxidaciones. Este tratamiento se caracteriza por dotar de un color negro al material. • El cincado: mediante el aporte electrolítico de Zinc, este tratamiento dota de una protección la oxidación. En la práctica mecánica, se utilizan de forma profusa distintos tipos de materiales férricos en función de la aplicación a la que se destine el elemento fabricado. El conocimiento de los distintos materiales es indispensable desde el punto de vista del montador. Esto se debe a que analizando el comportamiento y aplicación de los mismos se puede determinar tanto su bondad para el objetivo a desarrollar, como las acciones que se pueden tomar sobre el mismo en cuanto al desarrollo de una intervención concreta. Aunque la variedad de materiales es vastísima, los de uso común se suelen repetir en la mayoría de las aplicaciones, ya que en muchas ocasiones prima la homogeneidad de composición a fin de optimizar los procesos de fabricación. Por otra parte, no se pueden desligar en ningún momento los materiales de los tratamientos térmicos debido a que son éstos últimos los que definen las características finales del elemento fabricado. De hecho, los materiales utilizados, lo son en función de la posibilidad del mismo para poder responder de forma positiva a un determinado tratamiento térmico.

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Definimos a continuación las distintas combinaciones Material-Tratamiento Térmico que son más usadas en la industria para la fabricación de máquinas industriales e instalaciones.

DIN

AFNOR

Aplicaciones

XC-15

Piezas para máquinas con resistencias bajas que exijan buena ductilidad y tenacidad. Su composición le permite admitir muy bien la soldadura y la embutición y plegado.

XC-45

Piezas de maquinaria con resistencia media. Con este material se construyen ejes, manguitos, tornillos, etc. En aplicaciones con problemas de desgaste se recomienda su utilización con temple superficial.

X

35CD4

Piezas sometidas a grandes esfuerzos de fatiga. Generalmente los espesores de las piezas fabricados con este material no son muy elevados. Admite temple por inducción y soldadura. Utilizado profusamente en automoción y aeronáutica con un temple a 80-100 kgs/ mm2. Con este material se construyen cigüeñales, transmisiones, cilindros y bielas.

X

F-1262 32NiCrMo12 30NCD12

Piezas de elevada resistencia y buena tenacidad, cigüeñales, bielas, ejes, etc. Se utiliza generalmente a una resistencia de 95-120 kgs/ mm2.Se utiliza en armamento pesado debido a que soporta temperaturas de hasta 350º C.

X

F-155

F-1550 18CrMo4

18CD4

Se utiliza para piezas que requieren una elevada resistencia en la capa exterior y baja resistencia en el núcleo. Debido a que admite el proceso de Cementación + Temple se puede definir el tamaño de la capa exterior, que debe tener una dureza para desgaste. Después de cementado y templado, este material se usa para piezas de responsabilidad como piñones, bulones para cadenas, árboles de leva, etc.

X

F-143

F-1430 50CrV4

50CV4

Piezas y elementos sometidos a esfuerzos de torsión y de choque debido a su gran elasticidad. Se fabrican muelles, llaves fijas, cinceles, etc.

X

F-174

F-1740 41CrAlMo4

Material adecuado para procesos de nitrurado que dotan al material de una dureza superfi40CAD6-12 cial muy elevada. Encontramos construidas con este material pilotos de centraje, calibres, guías, etc.

X

F-522

F-5220 100MnCrW4 90MCWV4

Este material consigue una elevadísima dureza tras el temple que le da en contrapartida una gran fragilidad. Se utiliza en herramientas de corte, moldes y matrices de embutición.

X

F-3140

Conocido como AISI-304 o como Acero Inoxidable, se utiliza en aplicaciones que requieren resistencia a la oxidación. Es muy utilizado para instalaciones que requieren buenas condiciones higiénicas, como las alimentarias.

F-111

F-114

F-125

F-127

F-314

F-1110 CK15

F-1140 CK45

F-1250 34CrMo4

Z6CN1810

Nitrurado

UNE

Cementado

Simbología S/Normas I.H.A.

Temple

Tratamiento térmico

X

X

X

X

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Para aplicaciones concretas se utilizan otra serie de materiales no férricos que debido a sus características ofrecen soluciones inviables con el uso de aceros. Aunque existen infinidad de aleaciones es posible definir a los grupos de materiales según su aplicación. • Bronces: se utilizan para elementos que sufren rozamientos debido a su característica de antifricción. Se construyen patines, deslizaderas de prensas, etc. • Latones: debido a su capacidad de antioxidación, se utilizan para elementos de transmisión de fluidos y piezas que estén sometidas a condiciones extremas de corrosión. • Cobres: su capacidad de transmisión de la electricidad y del calor, además de su ductilidad, son las características que definen el uso de este tipo de materiales. Las piezas construidas con cobre son usadas, sobre todo, como conductores eléctricos. • Aluminio: este material es utilizado en piezas estructurales que requieran un peso menor que el que tendrían si estuviesen fabricadas en acero. Además de ello, su condición de inoxidable también es utilizada para la elección de este material en la fabricación de piezas. • Plásticos: nylon, Polipropileno, etc. Existen infinidad de materiales sintéticos que se destinan de forma directa para aplicaciones concretas de fabricación.

1.2.2.  Tolerancias y ajustes Para optimizar el proceso de construcción, se requiere en la medida de lo posible la supresión de los trabajos supletorios para los ajustes de las piezas que tienen que ir acopladas, ya sea en el proceso de fabricación o en los destinos de los elementos suministrados. Para esta intercambiabilidad es necesario: - El establecimiento de un sistema de ajustes que determine el establecimiento de los valores límite, dentro de los cuales se obtendrá el ajuste deseado. - La introducción de un sistema de medición que permita la conformidad y mantenimiento de los límites prescritos.

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- Una limitación de la variedad de diámetros utilizados. A este objeto es conveniente seguir la “serie de diámetros normales” según Normas DIN. - Una temperatura de referencia uniforme (normalmente 20o C) para la cual todas las mediciones sean iguales, independientemente de los medios utilizados. Mediante estas convenciones se logra que diferentes sistemas de medida obtengan el mismo resultado, independientemente del lugar donde se esté realizando la fabricación. Pero, debido a la imposibilidad, desde el punto de vista de la fabricación, para poder asegurar medidas exactas al nominal, será necesario manejar un concepto que asegure la intercambiabilidad teniendo en cuenta este factor. Ese concepto es conocido como tolerancia. La tolerancia, desde el punto de vista técnico, se define como el margen de variación de las medidas de una pieza para que esta sea apta para su funcionamiento. Los valores de tolerancia dependen directamente de la cota nominal del elemento construido y, sobre todo, de la aplicación del mismo. Con la finalidad de aunar conceptos de calidad y coste, se ha de elegir la tolerancia adecuada a fin de que cumpla de manera suficiente las características solicitadas en su campo de aplicación. Se establece, a fin de definir las tolerancias, una clasificación de calidades (normalmente se definen calidades: 01, 1, 2,..., 16) que mediante una tabla muestra, para determinados rangos de medidas nominales, los diferentes valores máximos y mínimos en función de la calidad seleccionada. Para seleccionar el grado de calidad se usan criterios de servicio como los mostrados a continuación: Calidades

01 0 1 2 3 4

Campo de aplicación

Calidades y piezas de gran precisión. Elementos de control para procesos de fabricación.

5 6 7 8 9 10 11

12 13 14 15 16

Tolerancias de acabado Piezas mecanizadas y para piezas no ajustadas. ajustadas para construcPiezas en bruto, laminación y máquinas indusdas, estiradas, forjadas o triales. fundidas.

Además de los valores de calidad, para los agujeros y para los ejes se establecen posiciones relativas en cuanto a los valores nominales de los mismos. Mediante el símbolo de una letra latina mayúscula para agujeros y minúscula para ejes, se define lo alejados del nominal que se encuentran los intervalos de tolerancia.

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Para agujeros: - Las posiciones A, B, C, CD, D, E, F, EF, FG, G proporcionan un diámetro mayor que el nominal. - La posición H tiene su medida menor en el valor nominal. - Las posiciones P, R, S, T, U, V, X, Y, Z, ZA, ZB, ZC proporcionan un diámetro menor que el nominal. Para ejes: - Las posiciones a, b, c, cd, d, e, f, ef, fg, g proporcionan un diámetro menor que el nominal. - La posición h tiene su medida menor en el valor nominal. - Las posiciones p, r, s, t, u, v, x, y, z, za, zb, zc proporcionan un diámetro mayor que el nominal. A fin de poder asegurar la intercambiabilidad y la aplicación de las piezas fabricadas según su tolerancia, se define por lo tanto el ajuste como el grado de acoplamiento entre dos elementos, es, por tanto, la aplicación de las tolerancias para piezas que van a ir acopladas entre sí. Para definir un ajuste se proporciona una combinación de la posición que ocupa la tolerancia respecto a la cota nominal y a la calidad la misma. Para cada uno de estos valores existe un valor tabulado que define, según el nominal, unos valores determinados. Ejemplo: Un ajuste 60 H7/g6 lo que indica es que la cota nominal es de 60. El agujero tiene un ajuste de H7 con lo cual sus tolerancias serán: 60H7 → 60 0/0,025 → Cota Min.= 60; Cota Máx.= 60,025 El eje tiene un ajuste de g6 con lo cual sus tolerancias serán: 60g6 → 60 -0,010/-0,029 → Cota Min.= 59,971; Cota Máx.= 59,990

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Es posible comprobar que además de las cotas, mediante el gráfico que se muestra a continuación, que se realizará un ajuste de juego libre justo, en la que se define el eje como árbol.

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1.2.3.  Mecanismos más importantes Aunque en la actualidad, y sobre todo debido a la evolución técnica, existen gran variedad de mecanismos empleados en la fabricación de máquinas industriales. Teniendo en cuenta las características básicas de un mecanismo se puede definir dos de ellos como los más importantes, las levas y los engranajes. Mediante la combinación de distintos tipos de elementos se puede conseguir prácticamente todas las aplicaciones mecánicas necesarias para el desarrollo de una máquina industrial. La leva es un elemento de máquina diseñado para transmitir un movimiento determinado a un seguidor por medio del contacto directo. La ley de la leva o aplicación de la misma se define en su superficie y se transmite al seguidor. Es posible enumerar como ventajas principales: - Son fáciles de diseñar y de comportamiento predecible. - Producen un movimiento con una velocidad y aceleración controladas. En cuanto a los inconvenientes hay que señalar: - El desgaste por rozamiento del seguidor que produce en la superficie de la leva. - Hay una gran dificultad constructiva en el caso de perfiles de levas complejos. De todas formas, hoy en día se pueden minimizar los inconvenientes teniendo en cuenta una selección adecuada de materiales y tratamientos térmicos y los nuevos sistemas de fabricación por control numérico. Según el tipo, existen diferentes tipos de levas, que combinadas a su vez con diversas clases de seguidores, generan una gran variedad de elementos para máquinas.

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Aunque existen gran cantidad de aplicaciones para levas, las más usadas son las que han sido generadas por levas cilíndricas, cuya función es transformar un movimiento de giro en otro rectilíneo o de giro con posiciones, velocidades y aceleraciones controladas.

Leva cilíndrica con seguidores de rodillos.

El engranaje es el conjunto dentado de dos cuerpos de contorno curvo que giran en contacto permanente, permite transmitir un movimiento y una fuerza sin resbalamiento entre dos árboles. Esta característica implica la posibilidad de uso en todas las máquinas industriales en las que exista un movimiento de giro o rectilíneo transformado.

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Según la configuración del dentado y de su estructura de uso se definen tres tipos principales de engranajes: rectos, cónicos y helicoidales. Los engranajes rectos se denominan así por la forma de sus dientes. Sirven para transmitir movimientos rotatorios entre ejes paralelos. Al más pequeño de la pareja de engranajes se le denomina piñón y al mayor se le denomina engrane. Normalmente el piñón es el elemento motriz y el engrane el impulsado. Los engranajes cónicos se emplean cuando deben conectarse para transmitir un movimiento rotatorio entre dos ejes que se cortan y se realiza el contacto entre dos conos dentados que tienen una generatriz común. Estos conos giran sin resbalar y los vértices de ambos deben ser coincidentes. Finalmente los engranajes helicoidales se emplean para transmitir un movimiento rotatorio entre dos ejes que no son paralelos. Debido a que en estas circunstancias se entrega poca potencia por diente, en este tipo de engranajes están en contacto muchos dientes por lo que la carga se transfiere a los mismos gradual y uniformemente. Debido a la forma de los dientes se pueden definir engranajes helicoidales con hélice a mano derecha y a mano izquierda según el ángulo de la pendiente de la hélice. La construcción de los tornillos sin fin se realiza utilizando este tipo de dentado. Con el objetivo de suplir las carencias en cuanto a la relación de transformación, esto es, número de vueltas de salida en función del número de vueltas de entrada, surge el concepto de tren de engranajes. El tren de engranajes es un conjunto de ruedas dentadas en diversos ejes que engranan entre sí para conseguir una relación de transmisión determinada.

1.2.4.  Elementos estándar Los elementos estándar son todos aquellos elementos que han sido diseñados y construidos para responder a necesidades concretas, sin tener en cuenta la aplicación de la máquina industrial en la que son instalados. Se denominan estándar porque el proyectista dispone de ellos a partir de una definición estandarizada en cuanto a tamaños, prestaciones y capacidades.

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En ocasiones, esta estandarización viene determinada por el fabricante del material o por normas armonizadas de carácter internacional. Se incluye como material estándar la tornillería, los rodamientos, las guías lineales y las cadenas de transmisión. La tornillería hace referencia a todos los elementos de sujeción utilizados para la realización de montajes, como tornillos, tuercas, arandelas, chavetas, retenes, juntas, casquillos, etc. Normalmente su designación se gestiona según normas DIN, que nos definen todas las dimensiones para cada uno de los elementos. Los rodamientos dotan de la posibilidad de realizar movimientos de giro a muy alta velocidad y con rozamientos mínimos. Existe una gran cantidad de tipos diferentes de rodamientos en función de las cargas y velocidades angulares a desarrollar, aunque los principales son los de bolas y los de rodillos.

Rodamiento de bolas.

Rodamiento de rodillos.

Se dispone de guías lineales debido a la gran cantidad de desplazamientos lineales a alta velocidad en máquinas industriales. Estas guías tienen la capacidad de realizar movimientos lineales a alta velocidad, y con un rozamiento mínimo. Al igual que los rodamientos, este tipo de elementos tienen una gran variedad de tipos en función de cargas y capacidades. Los tipos más usados son las de bolas recirculantes y rodillos.

Guía lineal de bolas recirculantes.

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Las transmisiones por cadenas se emplean en la construcción de máquinas cuando la distancia entre ejes es excesiva para la transmisión por ruedas dentadas. Además de las cadenas de transmisión, este tipo de elementos se utiliza también para dispositivos de arrastre y elevación. Existen dos tipos principales, las de eslabones y las de dientes.

Cadena de transmisión de eslabones.

1.2.5.  Montaje de elementos mecánicos Obviando las particularidades de cada uno de ellos, es posible decir que existen unas normas comunes para el proceso de montaje de elementos mecánicos que son las siguientes: • No se deben forzar: en ningún caso debe ser montado un elemento neumático que no entre en su alojamiento con el ajuste solicitado por el proyectista. En los casos en que se necesiten encajes forzados según especificaciones, se llevarán a cabo mediante el uso de medios adecuados que sometan al elemento a solicitaciones continuas, nunca con golpes. • Se deben usar las herramientas apropiadas: en mecánica industrial existe una herramienta para cada función. En caso de que exista una urgencia y no tengamos la herramienta adecuada debemos usar la que más simule su funcionamiento. En ningún caso utilizaremos herramientas en mal estado que marquen o rallen los elementos a montar. • Se deben usar los lubricantes y grasas adecuadas: en todo momento se han de respetar las indicaciones de los fabricantes en cuanto a características de las grasas y lubricantes.

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1.2.6.  Realización de diferentes operaciones mecánicas Las operaciones mecánicas son las destinadas a construir la parte mecánica de una máquina industrial. La variedad de máquinas industriales es tan grande y sus aplicaciones tan diversas que en la mayoría de los casos constituyen elementos únicos que deben ser construidos partiendo de materiales en bruto o primeras materias. En la instalación de máquinas industriales también se desarrollan actividades mecánicas aparte de las desarrolladas en el proceso de construcción. El mecanizado es una técnica que tan solo puede ser llevada a cabo por profesionales formados. Su objetivo primordial es la fabricación de piezas a partir de materiales en bruto (primeras materias o fundiciones) mediante el uso de las denominadas máquinas-herramienta. Hay que tener claro que mediante la combinación de diferentes técnicas pueden ser fabricadas prácticamente todo tipo de piezas, aunque la irrupción de las nuevas tecnologías ha generado la inclusión de nuevas formas de trabajo. De cualquier forma las técnicas más básicas empleadas son: - Tornear: se utiliza para la fabricación de formas de revolución. - Fresar: se llevan a cabo mediante esta técnica la realización de planos, ángulos, ranuras y agujeros. - Rectificar: tanto para piezas de revolución como para el resto de aplicaciones se utiliza esta técnica para obtener acabados de gran precisión y baja rugosidad. El taladrado es la operación en la que se trata de abrir un agujero redondo en una pieza por medio de una herramienta giratoria. Se puede hacer de tres maneras: - La herramienta gira y se adelanta mientras la pieza permanece fija (taladro de corriente). Esta es una operación básica en los procesos de instalación de máquinas.

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- La herramienta no gira y adelanta mientras la pieza gira (máquinas de taladrar agujeros profundos y tornos revolver). - La herramienta y la pieza giran en sentido contrario mientras la última se adelanta (máquinas de taladrar agujeros profundos). Para realizar el taladrado en buenas condiciones hay que tener en cuenta que: - Las brocas se deben elegir según el material a taladrar. - Las revoluciones serán elegidas en función del tipo de broca, material y diámetro del agujero. - El taladrado debe ser llevado a cabo en condiciones de limpieza y seguridad. La soldadura es una disciplina que requiere una altísima especialización, sobre todo en los casos en que se realice la unión de elementos constitutivos de partes estructurales de la máquina. Existen muchos tipos de soldadura, pero las más usadas son las que utilizan el aporte de material para la realización de la misma. A la hora de realizar una soldadura se debe tener en cuenta que los materiales a unir tengan iguales características y que exista en el mercado un fundente apropiado para la realización de la misma.

1.3. Neumática La neumática es la técnica que se basa en la aplicación de la sobrepresión o presión de aire para la generación de movimientos y secuencias. La mayoría de las técnicas relacionadas con la neumática se basan en el aprovechamiento de la energía de la sobrepresión, previamente generada a partir de la transformación de otras energías a partir de la presión de aire atmosférica. Aunque ya se tiene constancia del uso de la energía del aire comprimido desde la antigua Grecia, donde el científico Ktesibios construyó una catapulta de aire comprimido, no fue hasta aproximadamente el año 1950 cuando se comenzó una verdadera aplicación industrial de esta energía. Aunque hubo en el pasado otros usos secundarios de esta energía, su desarrollo no comenzó hasta que no surgió la necesidad de realizar la automatización de los procesos industriales.

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Hoy en día la técnica neumática es prácticamente inherente a la gran mayoría de las instalaciones industriales. Este es el motivo de la proliferación de todos los ramos industriales de aparatos y dispositivos neumáticos.

1.3.1.  Características del aire comprimido Una de las razones por las que la neumática se ha extendido de forma tan rápida en el ambiente industrial es que vino a solucionar los problemas de muchas de las otras técnicas industriales. A continuación se presentan algunas de las ventajas por las cuales el aire comprimido y el motor de la neumática han contribuido a su desarrollo: - Es una fuente de energía inagotable: el aire es una materia que está disponible en cualquier lugar del mundo, de forma barata y prácticamente inagotable en su origen. - Presenta características físicas adecuadas: pues además de poseer la capacidad de permitir su compresión al ser un medio elástico, el aire comprimido no presenta problemas de explosión o combustión espontánea por su propia naturaleza. Constituye un elemento limpio, con lo que en caso de escape o contacto con los elementos a transformar (industrias alimentarias, de madera, textiles, etc.) no produce ningún ensuciamiento. - Es de fácil manipulación: ya que el aire se puede transportar de forma sencilla y segura a lo largo de una tubería a larga distancia. No necesita tubería de retorno. Además de ello se puede almacenar en grandes depósitos o incluso transportarlo en botellas. - Presenta características técnicas apropiadas: la velocidad de trabajo de los actuadores neumáticos es muy rápida, además de ello, esta velocidad puede regularse en escalones muy pequeños. Además la sobrecarga de equipos neumáticos no genera, en forma alguna, peligros de roturas de los mismos. A pesar de todas estas características positivas, y a fin de delimitar las aplicaciones que son susceptibles del uso del aire comprimido, es preciso conocer también las limitaciones y características adversas del mismo: - Limitaciones físicas: el aire es compresible y debido a ello es muy difícil obtener en los actuadores neumáticos, cilindros o émbolos, velocidades uniformes y constantes deseables para algunas aplicaciones. Además, el aire

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comprimido deja de ser rentable cuando se realizan grandes solicitaciones de esfuerzo. El límite de uso rentable se encuentra entre los 20000 y 30000 N ya que la presión es de servicio. - Requerimientos de preparación y posibilidad de escape: debido a las impurezas presentes en el aire, y de forma más acusada en el ambiente industrial, el aire debe ser preparado antes de su utilización. Es preciso eliminar estas impurezas y la humedad para evitar las oxidaciones y desgastes prematuros de los componentes. Aunque el escape del aire a la atmósfera no presenta problemas, sí lo hace el ruido que genera. Mediante el uso de silenciadores, este problema prácticamente ha desaparecido. - Costes: debido, sobre todo, al proceso de preparación y transporte, el aire comprimido es una fuente de energía que se puede calificar como cara. Pero este coste se compensa, a largo plazo, con la seguridad de las instalaciones, la casi inexistencia de mantenimiento y la gran vida útil y rendimiento de los elementos neumáticos.

1.3.2.  Suministro del aire comprimido El aire comprimido no existe como tal en la naturaleza de forma explotable, por lo tanto, para utilizar su energía, debe generarse a partir de otra cualquiera mediante una máquina denominada compresor. La elección del compresor responde a muchas consideraciones, pero la principal debe ser el tamaño de la red y la cantidad de aparatos neumáticos que van a estar conectados en la misma. Además de ser generado, el aire comprimido ha de ser preparado para su uso, esto es, debe limpiarse, deshumidificarse, y si la aplicación lo permite o lo requiere lubrificarse. Por ello a parte de la generación por medio de un compresor, el aire debe ser preparado mediante un conjunto de tratamiento de aire. Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal necesario para el suministro de la instalación, existen distintos tipos de compresores en función de su construcción. Independientemente de la gran variedad de compresores se distinguen dos tipos básicos: - Los que generan compresión mediante la disminución del volumen del aire. Se basan en la disminución del volumen de una cámara donde se realiza previamente la admisión del aire sin comprimir. - Los que se basan en la dinámica de fluidos y generan la compresión mediante la aceleración de la masa del aire.

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