propuesta de análisis por elementos finitos para un equipo pin disco en caliente
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presenta un sisntesis y descripción de una maquina para ensayo de desgaste en caliente pin disco y el análisis de los componenetes susceptibles a análisis por elementos finitosTRANSCRIPT
PROPUESTA DE ANÁLISIS POR EL MÉTODO DE
ELEMENTOS FINITOS DE UNA MÁQUINA PIN-DISCO A
ALTA TEMPERATURAJuan David Arango Castrillón
David Londoño OchoaDaniel Esteban Riveros NietoIsabel Cristina Soto Gómez
Diseño Mecánico Computacional2016-I
AGENDA 1. Introducción2. Descripción de la máquina3. Subsistemas• Sistema de calentamiento• Sistema de aislamiento térmico• Sistema de desplazamiento de los brazos porta-pin y porta-celda• Sistema de transmisión de movimiento al plato
4. Piezas de estudio5. Conclusiones
INTRODUCCIÓN [1/1]
Estudios tribológicos entre dos materiales
Figura 1. Esquema de máquina Pin-Disco. [1]
Fuerza aplicada
Velocidad de rotación
TemperaturaFuerza de
fricción entre el pin y el
disco
Pérdida de masa en el
pin y el disco
Formación de óxidos en el
pinASTM G99
DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA [1/2]
Figura 2. Máquina a ser estudiada. [2]
Disco Pin Porta-pin
Manta térmica
Porta-celdaMotor
Manivela para controlar el porta-pin y el porta-celda
DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA [2/2]
CONDICIONES DE TRABAJO [1/1]• 200 N de carga máxima.• 400 °C de temperatura máxima.• Entrada de par constante.• El motor debe permitir variar la velocidad angular,
manteniendo constante la velocidad requerida para elaborar el ensayo.• Las vibraciones del motor no deben afectar las pruebas.
SISTEMA DE CALENTAMIENTO
Características de la resistencia en espiral# de vueltas 5
Espesor del plato 20 mm
Espesor de la manta cerámica que protege al eje
20 mm
Alimentación 220 V
Tabla 1. Características de la resistencia en espiral. [2]
Fig. 3. Resistencia en espiral [2]
ANÁLISIS POR SUBSISTEMAS [1/5]
• La resistencia eléctrica tiene compromiso solidario con el disco giratorio, es necesario acoplar un sistema de escobillas para evitar que los cables eléctricos se enreden.
Fig. 4. Escobillas [2]
SISTEMA DE CALENTAMIENTO
ANÁLISIS POR SUBSISTEMAS [2/5]
Fig. 5. Cámara de aislamiento térmico. [2]
SISTEMA DE AISLAMIENTO
ANÁLISIS POR SUBSISTEMAS [3/5]
Fig. 6. Sistema de desplazamiento por manivela [2]
SISTEMA DE DESPLAZAMIENTO DE BRAZO PORTA-PIN Y PORTA-CELDA
ANÁLISIS POR SUBSISTEMAS [4/5]
Fig. 7. Sistema de transmisión de potencia [2]
• Se plantea un motorreductor ⅓ HP a 1800 rpm, ubicado en posición M2 vertical en la parte inferior de la mesa.
SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO
ANÁLISIS POR SUBSISTEMAS [5/5]
Fig. 8. Brazo de soporte. [2]
• Estado multiaxial de esfuerzos.• Área transversal
variable.• Análisis estructural,
estático, lineal.• Susceptible de
optimización.• Se deben evitar
vibraciones
BRAZO DE SOPORTE
COMPONENTES DE ESTUDIO [1/4]
Fig. 9. Plato intermedio [2]
• Debe garantizarse el calentamiento uniforme.• Existe transferencia de calor
por conducción.• Estudio del comportamiento
de su geometría a la máxima temperatura de trabajo (400°C)
PLATO INTERMEDIO
COMPONENTES DE ESTUDIO [2/4]
Fig. 10. Ubicación celda de carga.Modificada de [2]
• Mide fuerzas de fricción.• Es solidario al brazo que
soporta el pin.• Debe estar aislada de
vibraciones.• Debe garantizarse
horizontalidad.
PORTA CELDA DE CARGAS
COMPONENTES DE ESTUDIO [3/4]
Fig. 11. Disco de pruebas [2]
• Debe garantizarse horizontalidad.• Desalineación máxima: ±1°.• Deben evitarse vibraciones
para no afectar la prueba. • Análisis estructural y modal.
DISCO DE PRUEBAS
COMPONENTES DE ESTUDIO [4/4]
CONCLUSIONES [1/1]• El diseño presentado por [2] permite realizar la prueba pin disco
en caliente, sin embargo, no se muestra un respaldo matemático para el dimensionamiento de los componentes, por consiguiente se hace importante realizar la verificación del diseño considerando que las condiciones de diseño del equipo requiere de análisis estructural, térmico y dinámico. • Queda como objeto de estudio la selección del material para la
construcción del equipo, ya que se plantea el uso de acero inoxidable 304, el cual aumenta el costo del equipo.
REFERENCIAS• [1] Tribolab, “Equipment.” [Online]. Available:
http://tribolab.mas.bg.ac.rs/english/images/equipment/T-62_sketch.jpg. [Accessed: 20-Feb-2016].• [2] F. R. Buitrago Velez and J. C. Hernández Gómez, “Diseño de
Detalle de Una Pin-Disco a Alta Temperatura para Ensayos de Desgaste,” Universidad Nacional, 2011.