Santiago, 9 de abril de 2012.

CALCULO ESTRUCTURAL

AGITADOR ESTANQUE ALMACENAMIENTO 30 ton

SIKA

Erik Nielsen S.

Ing. Civil en Mecánica

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TABLA DE CONTENIDOS

1.0 Introducción................................................................................................................ 3

2.0 Antecedentes............................................................................................................... 3

3.0 Materiales ................................................................................................................... 3

4.0 Cálculo agitador.......................................................................................................... 4

5.0 Modelo de Agitador.................................................................................................... 8

6.0 Resultados de Agitador............................................................................................... 9

7.0 Conclusiones............................................................................................................. 11

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1.0 Introducción

El presente informe contiene los cálculos realizados teóricamente y mediante

software de elementos finitos Algor, para el diseño de un agitador para estanque de

almacenamiento para 30 ton de capacidad.

En el análisis de tensiones se aplicará el criterio de falla de von Mises.

2.0 Antecedentes

Los requerimientos para el diseño del agitador son los siguientes:

- Capacidad de producto: 30 ton neto

- Densidad de producto: 1,240 kg/m3

- Presión de trabajo: atmosférica

- Diámetro estanque: 3,520 mm

- Altura manto estanque: 2,000 mm

- Altura cuerpo estanque: 3,920 mm

3.0 Materiales

Los materiales seleccionados y sus características son:

Para agitador

- Material: acero inoxidable

- Tipo: AISI 316L

- Densidad: 8,000 kg/m3

- Módulo elástico: 200 GPa

- Coef. de Poisson: 0.3

- Límite de fluencia: 235 MPa

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4.0 Cálculo agitador

De acuerdo a las dimensiones del estanque, se definen las dimensiones generales del

agitador.

- Diámetro del agitador: 1,000 mm

- Velocidad de giro: 100 RPM (típico)

- Tipo de agitador: paletas rectas a 45º de inclinación

- Cantidad de paletas: 4

Con estos datos iniciales se calcula el sistema motriz, la estructura de la hélice y su

eje.

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De los cálculos se tiene finalmente que el agitador debe tener las siguientes

dimensiones generales:

- Diámetro de eje: 70 mm

- Espesor de paleta: 10 mm

- Ancho de paleta: 280 mm

- Potencia motor reductor: 15 kW @ 100 RPM

Se sugiere usar un motor reductor de las siguientes características:

- Marca: SEW

- Reductor: KAF87

- Reducción: 14.45

- Motor: DRS160MC4 ó DRS180S4

Se utilizarán los siguientes elementos:

- Rodamiento axial: tipo SKF modelo 51114

- Rodamiento radial: tipo SKF modelo NUP214EC

- Tuerca de fijación: tipo SKF modelo KM12

- Arandela de retención: tipo SKF modelo MB12

- Pasador elástico: 25 mm de diámetro

- Seguro interior ejes: 125 mm de diámetro

Los cálculos del espesor de paleta y diámetro de eje están hechos de acuerdo a

criterios de tensiones admisibles para el material de fabricación, que aseguran su

funcionamiento.

Más detalles se presentan en el plano de diseño correspondiente.

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5.0 Modelo de Agitador

Con las características de funcionamiento del agitador, se aplican las cargas de

funcionamiento a su estructura.

En el análisis se han aplicado las siguientes cargas:

PP: peso propio

Th: torque hidráulico

Ft: fuerza de tracción

Mf: momento flector

El caso de carga analizado contempla la combinación de todas las cargas anteriores.

Las restricciones aplicadas al eje representan los rodamientos de sujeción en el

extremo superior.

El modelo del agitador consta en su conjunto de 170,001 elementos tetraedro.

Restricciones

de descansos

Mf en extremo

del eje

Th, Ft en todas

las aletas

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6.0 Resultados de Agitador

A continuación se presentan los resultados obtenidos del análisis mediante

elementos finitos realizado al agitador.

El máximo desplazamiento global calculado alcanzó los 27.2 mm como se ve en las

imágenes anteriores. La deformación se ha magnificado 5 veces para poder observar el

fenómeno.

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Máxima

tensión de von

Mises

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La máxima tensión de von Mises calculada alcanzó los 47.6 MPa en el extremo

superior del eje.

Con este valor de tensión se tiene un coeficiente de seguridad CS = 4.94,

considerando el límite de fluencia del acero AISI 316L.

7.0 Conclusiones De los cálculos tradicionales y de los resultados de los modelos en elementos finitos

se puede concluir que el agitador operará con seguridad y que gracias a su coeficiente de

seguridad tendrá una extensa vida útil.