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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.
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.
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
Planta Piloto
Cuerpo del Pre-expansor Agitador
METODOLOGÍA
Tamaño de elemento
P a r a l a g e o m e t r í a 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: P a r a u n t a m a ñ o d e elemento de 5 mm, el esfuerzo cortante es: E s t o r e p r e s e n t a u n a diferencia en los resultados del 6%.
Preparación de la geometría del cuerpo del Pre-expansor
El cuerpo del pre-expansor se supone de acero inoxidable tipo 3 0 4 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.
El primer análisis tiene como cargas una fuerza en la parte superior de 98 N y una presión de 0.1 MPa, identificada como cr í t ica en e l proceso de moldeo de la perla. Se restringe el movi-miento en la parte inferior donde se espera unir con la compuerta y en un área en la parte trasera del cilindro
Esfuerzo radial Esfuerzo tangencial
Esfuerzo axial
RESULTADOS
Esfuerzo de von Mises Factor de seguridad a la cedencia: 1.49
Involucrando un cambio de temperatura de 326 K a 385 K:
Esfuerzo de von Mises
Esfuerzo de von Mises alejándose de los apoyos.
Esfuerzo de von Mises
Los análisis anteriores se repiten pero para la flecha.
Presión y torque Presión, temperatura y torque
Primeras pruebas al material del cuerpo. Con strain gages en la parte central, colocadas en forma longitudinal y transversal se determina:
Repitiendo los análisis del cuerpo del pre-expansor con los datos de la prueba:
Esfuerzo de von Mises
Aumenta 2.5% Disminuye 12%
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 1.07.
• 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.
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.
