Ingeniería Civil Mecánica Mención Producción

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El diseño de máquinas, vehículos y estructuras, requiere de un correcto uso de los materiales para asegurar que una falla estructural no ocurra. La seguridad, la confiabilidad, la durabilidad y los requerimientos económicos han sido el objetivo de ingenieros y diseñadores para poder comprender el comportamiento mecánico de los materiales en situaciones dinámicas y complejas, y así, ser aplicado a un fenómeno conocido como fatiga. Estudios demuestran que entre el 80 y 90 por ciento de todas las fallas estructurales ocurren a través de un proceso de fatiga. Además, los costos económicos asociados a estas fallas por fatiga se podrían reducir en cerca de un 30 por ciento con la aplicación de la tecnología en la predicción fatiga [1]. Por tanto, el incremento de altos costos, las nuevas tecnologías, máquinas y equipos sofisticados, además de la interacción con vidas humanas en su servicio, hacen necesario confiar y asegurar un buen funcionamiento, y especialmente, un diseño adecuado y preciso. En este trabajo se desarrolla un análisis para estimar la vida a la fatiga del eje de una turbina Francis, a través de métodos teóricos y simulación numérica computacional basada en el método de elementos finitos (MEF). El eje es parte de un sistema de generación de energía y es sometido a cargas dinámicas durante su operación. El problema surge desde una solución práctica para la fijación axial de algunos deflectores, y ciertamente, se modifica la geometría con una perforación, de modo que es necesario calcular una nueva resistencia a la fatiga del eje en esta región, junto con su nueva vida a la fatiga. Para desarrollar el análisis de vida a la fatiga en la zona crítica, en primer lugar, se realiza una estimación teórica, con código Matlab, utilizada como una referencia en los resultados, después, y por medio del software ANSYS Mechanical 14.5, el eje es modelado con una geometría equivalente simplificada utilizada para realizar la simulación numérica y análisis por MEF para fatiga. Finalmente, en la sección 5.1 de análisis de resultados, se concluye con los valores obtenidos, la nueva vida a la fatiga del eje es aproximadamente 121,5 [años] y cumple con los requerimientos durante su tiempo de servicio.

El siguiente trabajo presenta el análisis mediante el método de elementos finitos de la estructura general de un harnero vibratorio marca Tyler, equipo perteneciente a la planta de molienda SAG de la empresa Codelco División Andina, el cual se encuentra expuesto a la acción de cargas dinámicas inducidas por las fuerzas inerciales producto de la rotación de ejes con masas excéntricas y cargas inducidas por el flujo de mineral. La finalidad de realizar este estudio radica en la necesidad de la empresa por adquirir un control del comportamiento estructural del equipo, permitiendo construir una base para la toma de decisiones en cuanto a mejoras estructurales o de mantenimiento. El procedimiento de trabajo considera cuatro casos de interés, para lo cual se estiman las cargas de flujo de mineral mediante parámetros operacionales extraídos de la plataforma computacional de monitoreo en línea y criterios ingenieriles desarrollados. A continuación se recopila toda la información relacionada con la geometría y materiales de la estructura del equipo para desarrollar un modelo CAD y después realizar la importación del modelo al software de elementos finitos. Luego se aplican las condiciones de borde y se realiza un análisis estructural ocupando criterios de falla estáticos (Von Mises, ECM) y criterios de falla dinámicos (fatiga). Posteriormente se estudian las características dinámicas inherentes del sistema mediante un análisis modal. Finalmente se muestran los resultados para cada caso mostrando las tensiones, deformaciones y factores de seguridad, evidenciando zonas de interés, verificando la resistencia mecánica de la estructura y comparando los casos de estudio. Además se obtienen diez frecuencias naturales y modos de vibración del equipo, permitiendo evaluar posibles estados de resonancia y vibraciones perjudiciales para la estructura del harnero.