Análisis Termo-Mecánico de Componentes de un Pre-expansor para EPS

Transcripción

1 Análisis Termo-Mecánico de Componentes de un Pre-expansor para EPS José Angel Diosdado De la Peña¹ & Héctor Plascencia Mora² Departamento de Ingeniería Mecánica, División de Ingeniería Campus Irapuato-Salamanca. Universidad de Guanajuato. ¹ ²

2 INTRODUCCIÓN Actualmente en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la División de Ingenierías, Campus Irapuato-Salamanca de la Universidad de Guanajuato, se encuentra en proceso de desarrollo una planta piloto para producir materiales especializados a base de Espuma de Poliestireno (EPS). La Universidad de Guanajuato cuenta con una patente otorgada en México, la cual está solicitada en EUA y en la Comunidad Europea, esta protege el moldeo continuo de EPS con mezclas de densidades y también cuenta con una solicitud de modelo de utilidad que protege una bovedilla con mezclas de densidades que requiere 11% menos material que las bovedillas tradicionales cumpliendo las mismas condiciones de carga, dicho proceso y producto se demostraran en la planta piloto.

3 Para implementar la planta piloto es necesario desarrollar el equipo periférico que permita proporcionar los insumos a las máquinas de moldeo especiales. Los pasos del proceso de fabricación de piezas cortadas a partir de bloques de EPS son: Pre-expansión, Estabilización, Moldeo, Reposo, Mecanizado y Reciclaje de sobrantes. En este trabajo se presenta el análisis térmico estructural de un pre-expansor diseñado para suministrar la perla pre-expandida a las máquinas de moldeo especiales que se demostrarán en la planta piloto, así como la flecha del agitador mencionado anteriormente. En el análisis se consideran cargas de temperatura y presión críticas registradas en planta

4 Planta Piloto

5 METODOLOGÍA Cuerpo del Pre-expansor Agitador

6 Tamaño de elemento Para la geometría mostrada, en base a las ecuaciones de la mecánica de sólidos, el concentrador de esfuerzo y un torque de 38.2 N m, el esfuerzo cortante en el barreno es: Para un tamaño de elemento de 5 mm, el esfuerzo cortante es: Esto representa una diferencia en los resultados del 6%.

7 Preparación de la geometría del cuerpo del Pre-expansor

8 El cuerpo del pre-expansor se supone de acero inoxidable tipo c o n l a s s i g u i e n t e s propiedades: Se genera la malla con un tamaño de elemento de 5 mm.

9 El primer análisis tiene como cargas una fuerza en la parte superior de 98 N y una presión de 0.1 MPa, identificada como crítica en el proceso de moldeo de la perla. Se restringe el movimiento en la parte inferior donde se espera unir con la compuerta y en un área en la parte trasera del cilindro

10 RESULTADOS Esfuerzo radial Esfuerzo tangencial Esfuerzo axial

11 Esfuerzo de von Mises Factor de seguridad a la cedencia: 1.49

12 Involucrando un cambio de temperatura de 326 K a 385 K: Esfuerzo de von Mises alejándose de los apoyos. Esfuerzo de von Mises

13 Los análisis anteriores se repiten pero para la flecha. Presión y torque Presión, temperatura y torque Esfuerzo de von Mises

14 Primeras pruebas al material del cuerpo. Con strain gages en la parte central, colocadas en forma longitudinal y transversal se determina:

15 Repitiendo los análisis del cuerpo del pre-expansor con los datos de la prueba: Aumenta 2.5% Disminuye 12% Esfuerzo de von Mises

16 CONCLUSIONES Bajo las suposiciones iniciales, en zonas alejadas de los apoyos y bajo cargas de presión y temperatura, la flecha y el cuerpo presentan factores de seguridad a la cedencia de 6.36 y No se pueden hacer inferencias respecto al factor de seguridad de los análisis con los datos de la prueba a flexión pues se espera que el esfuerzo a la cedencia también difiera del valor usado inicialmente. La prueba a flexión realizada al material del cuerpo nos indica que este posee propiedades diferentes a las supuestas inicialmente, pues el modulo de elasticidad es 12% menor. Por lo anterior se necesita obtener la curva de esfuerzo deformación, con los datos que se obtengan de esta se deberán repetir los análisis anteriores para poder recomendar modificaciones al equipo.

17 Trabajo futuro Determinar las propiedades faltantes mediante norma o experimento (Su, Sy, módulo tangente, α y k). Repetir los análisis con todas las propiedades del material del cuerpo. Validación de los análisis mediante instrumentación con strain gages antes de la puesta en operación. Determinación del ciclo de trabajo real del equipo, hay que recordar que los análisis se realizaron con cargas críticas registradas para el proceso de moldeo.