Download docx - Proyecto Válvula Tipo Compuerta

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


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


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.


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.


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


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.


5. DESARROLLO

Seleccionamiento.


Fuerza del tornillo de potencia.

Fuerza de palanca 450 Newtons


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






Torque de subida

Análisis de esfuerzos (bajada)

Sumatoria de Fuerzas

Torque de bajada


Autobloqueo

Puede soportar mayor o menor que 600Kg

Eficiencia del tornillo

Esfuerzo de corte

Esfuerzo axial

Numero de espiras

Calculo al aplicar el brazo




Análisis del cuerpo.

6. ANALISIS DE RESULTADOS

Factor de seguridad



Análisis del cuerpo.


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


∂=

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


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.