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Desarrollo del diseño conceptual de una máquina de generación eléctrica mediante pedales
(2023-03) Leyton Cáceres, Pablo Ignacio Martín; Perazzo Maggi, Franco Orlando (Profesor Guía); Sariego Pasten, Pedro Marco (Profesor Correferente); Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Mecánica
El trabajo presentado consiste en el diseño conceptual de una máquina generadora de electricidad mediante pedales, el dispositivo busca promover la realización de actividad física en personas sedentarias, mientras al mismo tiempo, crea conciencia energética a través de la generación de energía limia mediante el pedaleo humano. Si bien existen actualmente en el mercado algunas alternativas, estas no están concebidas con el objeto de ser utilizadas en lugares públicos y en espacios abiertos como aeropuertos o plazas activas. El objeto principal de esta memoria consiste en la realización del diseño de un equipo, donde en una primera etapa, se define y efectúa el proceso del diseño conceptual, en el cual se analiza una solución posible de diversas, obteniendo finalmente requerimientos, restricciones y atributos que son materializados en una arquitectura de diseño, la cual establece las bases para la siguiente etapa, el diseño de realización. El diseño de realización emplea las funciones obtenidas previamente para materializar un arreglo físico, sujeto a restricciones. Dichas funciones, son reemplazadas por componentes y elementos de máquina que efectúan dichas tareas, la mayor parte de esta etapa del diseño consiste en el desarrollo de un dispositivo que incrementa la velocidad de pedaleo del usuario, para abastecer un generador eléctrico de forma óptima. El desarrollo del diseño mecánico del reductor de velocidad, consiste en el cálculo de los elementos necesarios para transmitir potencia de forma efectiva, principalmente engranajes, ejes, descansos y componentes relacionados, donde se analizan las interacciones físicas de la fuerza ejecutada por el usuario con los elementos mencionados, posteriormente se determinan los mecanismos de falla, para finalmente determinar las características geométricas, materiales utilizados, condiciones de trabajos y los planos que determinan como se constituye el equipo.
Estudio comparativo del desgaste en los revestimientos de un molino SAG en función de variables operacionales
(2022-03) Rivera Rodríguez, Joaquín Ignacio; Perazzo Maggi, Franco Orlando (Profesor Guía); De Barbieri Boero, Flavio Andrés (Profesor Correferente); Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Mecánica
En la industria cuprífera, los equipos de la mayoría de sus procesos están expuestos a desgaste altamente abrasivo, esto debido al alto contenido de sílice en el mineral de cobre. Uno de los equipos críticos del proceso de conminución es el molino SAG, sobre el cual trata esta investigación. Los revestimientos de un molino SAG interactúan directamente con el mineral de cobre en el funcionamiento del molino, por lo que se ven afectados por el fenómeno de desgaste. Esta investigación estudia el desgaste de los revestimientos levantadores (lifters) del manto interno de un molino SAG, como también los métodos de medición de desgaste para los revestimientos. Para esto, se utiliza un modelo predictivo desarrollado por M. Rezaeizadeh y colaboradores en 2010. En este documento se desarrolla el marco teórico acerca de lo que es un molino SAG, el comportamiento de la carga dentro de este, su operación y geometría, como también los tipos de desgaste y a los cuales están sometidos los revestimientos del molino, con el propósito de conocer y entender las condiciones que deben soportar los revestimientos durante la operación del molino. El modelo estudiado permite estimar la tasa de desgaste en el molino en función de las condiciones operacionales, basándose en la variación de la gravedad específica del contenido del molino, las características geométricas y la velocidad de este. El objetivo principal del trabajo de titulación es utilizar este modelo teórico para predecir el desgaste en un molino SAG y compararlo con los valores históricos reales de medición sobre los revestimientos. El modelo presenta una aproximación bastante cercana a los valores reales de desgaste, pero resulta que se debe calibrar correctamente según las propiedades abrasivas del material procesado. También se sugiere un estudio más profundo de la variable presión de carga para ser utilizado en la generación predictiva del perfil del lifter para ser utilizado en la industria minera
Método de modelación numérica para cuantificar el efecto del caucho en la pérdida de precarga de los pernos de un lifter de Molino SAG.
(2022-08) Aros Fuentes, José Alfredo; Aros Fuentes, José Alfredo; Perazzo Maggi, Franco Orlando (Profesor Guía); Pacheco Sanjuan, Alejandro Andrés (Profesor Correferente); Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Mecánica
El “Estudio para la identificación de las causas básicas de la fractura de las corazas intermedias de la tapa de descarga en molino sag 4 de minera escondida” [1] generó una serie de interrogantes con respecto al comportamiento de uniones apernadas con presencia de interfaces de caucho. En pos de indagar en el fenómeno, se busca un método para estudiar la perdida de precarga sobre los pernos de un elevador de molino semiautógeno debido a efectos viscoelásticos, elaborando un modelo simplificado que captura el comportamiento de estos materiales abarcando conceptos de hiperelasticidad y viscoelasticidad. Con la ayuda del programa de simulación Ansys, el calibrador de materiales MCalibration y la librería de materiales PolyUmod, se logró generar un modelo que combina el comportamiento de uniones apernadas, materiales avanzados y el propio entorno de simulación. Posteriormente, utilizando este modelo, se estudia el efecto del reemplazo del acero por un TPE, el uso de distintos tipos de contactos, el efecto del nivel de precarga inicial y el espesor de placa intermedia. La introducción de un Elastómero Termoplástico altera la distribución de esfuerzos de una placa inicialmente de acero. La pérdida de precarga es proporcional al espesor de la placa intermedia, a mayor espesor utilizado, mayor será la perdida de precarga llegando hasta un 4,3% para los 15 mm de espesor de placa intermedia. La pérdida de precarga es proporcional al nivel de precarga inicial, a mayor precarga utilizada mayor será la perdida de precarga, sin embargo, la cuantificación de esta pérdida es ínfima comparando 1,2% para un 55% de precarga y 1,4% para un 95% de precarga. El espesor de placa intermedia TPE resulta ser el factor que más afecta en la perdida de precarga de acuerdo al presente estudio. Se recomienda utilizar el espesor mínimo necesario de material para lograr un sello. El polímero estudiado a modo de ejemplo para las solicitaciones requeridas no mostró un comportamiento de relajación fuerte hasta los espesores evaluados, siendo posible su uso para la solicitación, a diferencia del polímero presente en los experimentos detallados en el informe que origina este estudio
Modelación numérica de la variación de la presión sobre los lifters de un molino SAG en función de las horas de operación y su influencia en el desgaste
(2023-03) Quintana Saravia, Gonzalo Alonso; Quintana Saravia, Gonzalo Alonso; Perazzo Maggi, Franco Orlando (Profesor Guía); De Barbieri Boero, Flavio Andrés (Profesor Correferente); Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Mecánica
El desgaste de los levantadores de un molino SAG se ve afectado por diferentes parámetros operacionales. Existen antecedentes teóricos en los cuales se estima que la presión que ejerce la carga sobre el levantador podría aumentar en un 30% a lo largo de su vida útil (5000h). Mediante el método de elementos discretos se propone estudiar este efecto, para esto se utiliza el molino SAG Sarcheshmeh el cual fue estudiado en 2007 de manera experimental midiendo su desgaste por Banisi[31], y luego en 2010 por Rezaeizadeh[4] desarrollando un modelo predicativo del desgaste. Con el software Rocky DEM se realiza una serie de simulaciones, las cuales son analizadas y estudiadas para obtener los datos de interés, como la presión en la cara superior, en la cara lateral y la tasa del desgaste de los levantadores, para esto se desarrolla un proceso de filtrado de información que permite obtener los datos necesarios para este estudio. Los resultados muestran que la presión se mantiene constante durante las horas de operación, disminuyendo levemente al final de la vida útil del levantador y el desgaste se observó lineal. Es importante destacar que estos resultados se obtuvieron simulando tanto las bolas como el mineral dentro del molino con esferas, y con un medio de aire y no de agua, como es en la realidad de los molinos SAG, lo que puede afectar a las propiedades del movimiento de la carga desplazando la carga hacia un lado, esto junto con el peso del agua, pueden variar la presión aumentándola, lo que implicaría un mayor desgaste.
Optimización de un código para modelar el desgaste abrasivo utilizando programación paralela
(2023-04) Rodríguez Berenguela, Nicolás Antonio; Rodríguez Berenguela, Nicolás Antonio; Perazzo Maggi, Franco Orlando (Profesor Guía); Cooper Villagrán, Christopher (Profesor Correferente); Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Mecánica
La industria minera en Chile cada año reporta ingresos que superan los 40 mil millones de dólares, sin embargo, estas ganancias se ven mermadas por las pérdidas millonarias en mantenciones y fallas de equipos producto de diversos factores, uno de ellos el desgaste abrasivo. La abrasión del mineral limita fuertemente la vida útil de los equipos, afectando su productividad y costos de operación. A lo largo de los años se han logrado desarrollar herramientas numéricas que permiten simular el desgaste abrasivo, la pérdida de mineral y el flujo de los sólidos a granel sobre los equipos. El Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Técnica Federico Santa María, ha desarrollado a través de investigaciones realizadas por Frederick Knop y Patricio Mascaró un programa que permite predecir el desgaste abrasivo de mineral, basado en el experimento normado de la rueda de desgaste. En este trabajo, se implementó una solución a uno de los mayores problemas presentados por el código del DIMEC: los tiempos de ejecución. Para ello, se implementó programación paralela y algoritmos de búsqueda espacial, para reducir los tiempos de ejecución, especialmente, en las subrutinas asociadas a la búsqueda de contactos cara-partícula, borde partícula y la búsqueda de vecinos. Se realizaron simulaciones con distintos números de núcleos y partículas, en específico 2.020 y 14.000 partículas en el volumen, con el objetivo de comprobar la escalabilidad del programa. Los resultados obtenidos muestran una reducción de los tiempos de ejecución cercana al 83% con un Speedup de 6 para el caso de 2.020 partículas y una reducción cercana al 65% con un Speedup de 3 para el caso de 14.000 partículas . En conclusión, la implementación de los algoritmos permitió disminuir considerablemente los tiempos de cálculo del programa de desgaste, no obstante, la optimización realizada está lejos de ser la mejor, debido a que no fue posible optimizar las subrutinas de cálculo de fuerza, dada las fuertes dependencias existentes entre las iteraciones y la forma en la que estaban diseñadas las subrutinas.
Rediseño del cuerpo de rodamientos en bomba centrífuga del sistema de bombeo flotante para recuperación de aguas de relave
(2023-03) Cortés Oyaneder, Dylan Ignacio Samuel; Perazzo Maggi, Franco Orlando (Profesor Guía); Espinoza Silva, Jaime (Profesor Correferente); Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Departamento de Mecánica

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