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E S P EUNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ___________________________________________ INOVACION PARA LA E X C E L E N C I A
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
INTRUMENTACION
“CALCULO DE ESFUERZOS MAXIMOS Y FACTOR DE SEGURIDAD DE UNA VALVULA DE COMPUERTA”
NOMBRES:
CRISTIAN CHANGOLUISA
LUIS TOAPANTA
NIVEL
SEPTIMO
PERÍODO ACADÉMICO:
OCTUBRE14 - FEBRERO15
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Índice de Contenidos
1. TEMA:................................................................................................................................................3
2. OBJETIVOS:.....................................................................................................................................3
2.1 OBJETIVO GENERAL.............................................................................................................3
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS...................................................................................................3
3. MATERIALES TECNOLOGICOS..................................................................................................3
4. MARCO TEORICO...........................................................................................................................4
GENERALIDADES...............................................................................................................................4
.............................................................................................................................................................4
Presión de trabajo..........................................................................................................................4
Normas de fabricación..................................................................................................................4
Cierre de la válvula.........................................................................................................................5
Extremos de las válvulas..............................................................................................................5
Compuerta........................................................................................................................................6
5. DESARROLLO.................................................................................................................................7
6. ANALISIS DE RESULTADOS......................................................................................................18
7. CONCLUSIONES...........................................................................................................................22
8. RECOMENDACIONES..................................................................................................................23
9. BIBLIOGRAFÍA..............................................................................................................................23
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1. TEMA:Aplicación del programa Solidworks 2015 para el análisis de una válvula de control de compuerta determinando sus esfuerzos máximos y factor de seguridad.
2. OBJETIVOS:
2.1 OBJETIVO GENERAL
Aplicar programas computacionales para determinar esfuerzos máximos y factor de seguridad para una válvula de compuerta aplicando principios de diseño de elementos de maquinas.
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.
Investigar acerca de la válvula de compuerta. Realizar un CAD de una válvula de compuerta utilizando Solidworks
2015. Analizar el CAD generado en ANSIS para determinar esfuerzos
máximos. Observar las principales deformaciones que sufre esta válvula de
compuerta sometida a cargas máximas.
3. MATERIALES TECNOLOGICOS
Manual de valvula de compuertaSolidWorks 2015ANSISPC
4. MARCO TEORICO
GENERALIDADES
Las válvulas de compuerta se utilizarán en redes de distribución y como acople a las Tees Partidas
para realizar el empalme sin suspender el servicio de acueducto con la utilización del equipo de
perforación lateral. Deberán ser diseñadas para soportar presión por ambos lados en forma
simultánea o alternada y deberán tener completa hermeticidad cuando estén cerradas y estar
diseñadas para permitir unas pérdidas mínimas de presión cuando estén abiertas.
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Imagen 1. Partes de una válvula.
Presión de trabajo
Normas de fabricación
La fabricación de las válvulas deberá ser en hierro dúctil y cumplir con cualquiera de las tres
siguientes normas:
-Norma American Works Water Asociation AWWA C-509
-Norma American Works Water Asociation AWWA C-515
-Norma ISO 7259 última versión (NTC 4765)
El proceso de la fabricación y las dimensiones de los elementos de la válvula deberán cumplir con
todo el contenido de la Norma Internacional bajo la cual se fabrica.
Cierre de la válvula
Será dextrógiro, es decir, que la válvula cerrará cuando eje (rueda de manejo o dado de manejo)
sea girado en el sentido de las manecillas del reloj. Estarán provistas de topes que impidan que el
obturador continúe avanzando cuando la válvula esté completamente abierta o cerrada. Las válvulas
Las válvulas son fabricadas para una presión de trabajo de 16PN (200Psi o 1,38 MPa) y probadas
mínimo a 24PN (300 Psi). Las válvulas de compuerta se utilizarán en redes de distribución y deberán
ser diseñadas para soportar presión por ambos lados, en forma simultánea o alternada.
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incluirán rueda de manejo o tuerca de operación, de acuerdo con el sitio en el cual se vayan a
instalar.
Extremos de las válvulas
Para las válvulas que sean extremo de campana (Junta rápida, o Hembra), deben incluir los
respectivos empaques para su montaje. Los extremos lisos de las tuberías en que se instalarán
las válvulas, indistintamente, tendrán los siguientes diámetros externos.
Para las válvulas bridadas, las bridas deben ser perforadas bajo la norma ANSI/ASME B16.5 y
su espesor debe ser como mínimo el de la presión especificada. Para bridas mayores a DN600
aplicara ASME B16.47.
Si el proveedor lo expresa podrán admitirse válvulas con otros extremos siempre, para las
cuales sin costo alguno deben suministre los accesorios con sus tuercas, arandelas y tornillos
(de acero inoxidable) y empaques, de modo que permita el acople de las válvulas a los
extremos lisos de las tuberías.
Los extremos lisos de las tuberías en que se instalarán las válvulas, indistintamente, tendrán los
siguientes diámetros externos.
Tabla 1. Diámetros externos de tubería
Compuerta
La compuerta o elemento obturador será en forma de cuña rígida recubierto completamente
en caucho elástico natural o sintético (Viton A, Perbunam, Neopreno, NBR, EPDM, etc),
resistentes a los ataques microbiológicos, a la contaminación con cobre y al ozono. El método
utilizado para conexión o vulcanización se debe probar mediante la norma ASTM D429;
utilizando el método B, la resistencia de la lámina no debe ser menor de 75 Lb/pulg. .), y deberá
estar libre de poros, zonas desprovistas de recubrimiento y demás defectos que pudieran incidir
en la operación y vida útil. Adicionalmente deberá cumplir con una capacidad de adherencia del
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caucho de 75 lbf/in como mínimo cuando se someta a ensayo según el método B de la norma
ASTM D429 en su última versión. No se aceptarán compuertas con asientos paralelos.
Imagen 2. Compuerta
Eje o Vástago
El eje será de posición horizontal, material del eje de acero inoxidable ASTM A276 Tipo 420,
DIN X20 Cr13, AISI 304 ó AISI 420.
El eje será tipo seco, es decir, no debe estar en contacto directo con el fluido en ningún
sentido.
El vástago será del tipo no ascendente, y fabricado en acero inoxidable según ASTM A-276,
ajustado a las dimensiones según norma AWWA C509 o C515 para el diámetro de raíz y
deberá estar libre de bordes y rebabas cortantes y demás defectos que pudieran incidir en la
operación. La rosca podrá ser del tipo Acme o Acme stup para todos los diámetros.
Hermeticidad
Deberán tener completa hermeticidad cuando estén cerradas y estar diseñadas para permitir
unas pérdidas mínimas de presión cuando estén abiertas.
Esta se garantizara mediante o-rings de NBR o EPDM ubicados en los bujes, que sean
resistentes al agua potable con contenido de cloro.
Para válvulas con presión nominal igual a PN10, o para diámetros nominal mayor o igual a
DN80, entre la carcasa y cada buje, debe haber o-rings estáticos (que no tienen movimiento
relativo entre piezas) para que exista hermeticidad bidireccional.
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5. DESARROLLO
Seleccionamiento.
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Fuerza del tornillo de potencia.
Fuerza de palanca 450 Newtons
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Fuerza de impacto 3000 Newtons
Cromer, A. H. (1996). Física para las ciencias de la vida. Reverté.
Alturas de trabajo
Hmax: 300mm Hmin: 100mm
Capacidad de soporte para el tornillo de potencia.
Pcalculos: 600KgPoperacion:500KgGravedad:9,8 m/s2
Material a usar es acero SAE 1035
E=210 GpaOo=210 Mpa
Coeficiente de seguridadK=2,5
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Torque de subida
Análisis de esfuerzos (bajada)
Sumatoria de Fuerzas
Torque de bajada
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Autobloqueo
Puede soportar mayor o menor que 600Kg
Eficiencia del tornillo
Esfuerzo de corte
Esfuerzo axial
Numero de espiras
Calculo al aplicar el brazo
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Análisis del cuerpo.
6. ANALISIS DE RESULTADOS
Factor de seguridad
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Análisis del cuerpo.
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Cálculos.
De acuerdo a las normas y especificaciones generales de construcción las válvulas serán fabricas para los siguientes parámetros:
presionde trabajo=200 Psi
σ=200
Psi∗6894,758 N
m2
1 Psi=1378951.6 N /m2
Fac tor de seguridad.
δ= F∗lA∗ϵ
δ=deformacion total del mienbro quesoporta carga axial .
F=carga axial directa .
L=longitud original
E=modulo de elasticidad
A=area de la sec ciontransversal delelemento .
∂=σLϵ
ϵ=1.2e+ 011N
m2
L=1.12
pul∗2.5 cm1 pulg
∗1 m
100 cm
L=0.028448 m
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∂=
1378951 N
m2∗0.028448 m
1.2e+011 N /m2
∂=3.269034e-5 N /m2
η= factor de fluenciaσ
factor de fluencia=37.3e+5 N /m2
η= 37.3e+5 N /m2
2068427.4 N /m2
n=1.8
7. CONCLUSIONES Los coeficientes de fricción muestran tendencia a incrementarse con
respecto al aumento de concentración de cargas en la compuerta, esto a
su vez debido al aumento de consistencia y al cambio en las propiedades
del flujo.
Los coeficientes de fricción obtenidos fueron relacionados potencialmente
a la concentración de carga y son útiles para fluidos que tengan un
comportamiento semejante, en instalaciones de tubería de condiciones
similares, en donde se pueda presentar el efecto de interferencia mutua
que genera pérdidas de energía por fricción mas altas.
Además de las pérdidas de carga continuas o por rozamiento, vimos que
en las conducciones se produce otro tipo de pérdidas debido a
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fenómenos de turbulencia que se originan al paso de líquidos por puntos
singulares de las tuberías, como cambios de dirección, codos, juntas,
derivaciones, etc, y que se conocen como pérdidas de carga
accidentales, localizadas o singulares, que sumadas a las pérdidas de
carga continuas dan las pérdidas de carga totales.
8. RECOMENDACIONES
Identificar el elemento que tienda mayor esfuerzo mecánico para realizar un análisis más exhaustivo de la válvula de control.
Para el análisis por mallado se lo debe realizar con varias horas de anticipación debido a que su tiempo es largo para determinar los resultados debido al paquete computacional.
9. BIBLIOGRAFÍA
Cañadas, M. A. M. (1993). Hidráulica aplicada a proyectos de riego (Vol. 59).
EDITUM.
Bandala-Rocha, M. R., Macedo y Ramírez, R. C., & Vélez-Ruiz, J. F. (2005).
Evaluación de Coeficientes de Fricción en el Transporte de Fluidos No-
Newtonianos. Información tecnológica, 16(2), 73-80.
Kentish, D. N. W. (1989). Tuberías industriales: diseño, selección, cálculo y
accesorios. Urmo, SA de Ediciones.
Rios García, E., & Paredes Ortega, A. (2010). Manual de prácticas de laboratorio para pérdidas en tuberías, de banco básico de hidraúlica HM 150.