MODELACIÓN DEL DESGASTE ABRASIVO MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS DISCRETOS

Abstract

En Chile, principalmente en el rubro minero, la abrasión del mineral limita fuertemente la vida útil de los equipos, afectando su productividad y costos de operación. Disponer de una herramienta numérica para predecir la pérdida de material asociado al desgaste abrasivo del mineral, permitiría disminuir los costos de experimentación y el riesgo en la etapa de diseño y re-diseño. En el presente trabajo se implementó el método numérico de elementos discretos (MED) para modelar el fenómeno de desgaste abrasivo en máquinas que interactúan con sólidos a granel. En particular, se simularon interacciones de sólidos a granel deslizándose sobre superficies, bajo distintas condiciones de presión y velocidad, donde el principal mecanismo de pérdida de material es el desgaste abrasivo [1]. Para predecir la pérdida de material, se utilizó el modelo de desgaste de Archard [2]. El método numérico se validó al modelar y contrastar los resultados del experimento de la rueda de desgaste [3], donde se midió el desgaste abrasivo del mineral de cobre y arena sobre una placa de acero estructural A37-24 ES, bajo distintas condiciones de granulometría y operación de la máquina de desgaste. Una etapa clave fue la calibración del modelo numérico, que permitió ajustar los parámetros de la modelación, logrando caracterizar el mineral de cobre y la arena como un sólido a granel en la simulación. En las simulaciones realizadas con sólidos a granel completamente calibrados, se obtuvieron resultados favorables en la predicción del patrón de desgaste y de la variación de la tasa de desgaste, al modificar la granulometría del mineral ensayado.In Chile, mainly at the mining field, many processes are severely affected by wear, limiting the machinery lifespan. A numerical tool for wear prediction would reduce the experimental costs of obtaining the operational parameters required to increase equipment lifespan and productivity. In the present work the discrete elements method (DEM) was implemented, to model the abrasive wear of solid bulks on machine elements. In particular, interactions of solid bulks sliding on surfaces under different conditions of pressure and velocity were simulated, where the main mechanism of material loss is the abrasive wear [1]. The Archard wear model [2] was used to predict the rate and pattern of wear. The numeric method was validated with the simulation of the wheel wear experiment [3], where the abrasive wear of copper ore and sand on a structural steel plate ES A37-24, is measured and simulated under different conditions of granulometry, sliding speeds and wear pressures. A key step was the calibration of the numerical model, which allows the setting of the modeling parameters, during the characterization of the copper ore and sand as a solid bulk in the simulation. In simulations with fully calibrated solid bulks, favorable results were obtained in predicting the wear pattern and variation of the wear rate, by changing the particle size of the tested mineral.