Uniendo Esfuerzos

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Análisis

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Diseño

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Conferencia

2001

Colaboración

“DISEÑO DE UNA MÁQUINA EXTRUSORA DE LABORATORIO PARA REOLOGÍA CAPILAR”

Autor: M. I. Guillermo Alejandro Vargas García.

Asesor: Dr. Eduardo Pérez Pantoja.

APLICACIÓN DE ANSYS© PARA DISEÑAR UNA MÁQUINA

TITULO:

8 de Noviembre del 2001

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CONTENIDO

• INTRODUCCIÓN.

• PLANTEAMIENTO.

• ANÁLISIS DEL HUSILLO.

• ANÁLISIS DE LA RECÁMARA.

• ANÁLISIS DEL CABEZAL.

• CONCLUSIONES.

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INTRODUCCIÓN

El cálculo analítico de los esfuerzos (térmicos y estructurales) es complicado, además para obtenerse se tendrian que hacer muchas simplificaciones (por ejemplo el momento polar de inercia “J”para el husillo), es por eso que se tuvo que recurrir a métodos más sofisticados, como el elemento finito (paquete ANSYS©)

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Este paquete computacional nos ayuda a encontrar los esfuerzos en todas la piezas a analizar, los cuales son ocasionados por las cargas estructurales y las térmicas.

Esta máquina se divide en tres sistemas:

1. Sistema mecánico.

2. Sistema térmico.

3. Sistema de control.

INTRODUCCIÓN

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PLANTEAMIENTO.

• La máquina será utilizada para encontrar las propiedades reológicas del PVC.

• Deberá soportar una presión máxima de operación de 10000 psi (68,5 MPa).

• El husillo estará sometido a un par de 859.6 lb-pulg (97,1Nm)

• Deberá soportar la carga térmica, es decir, la temperatura y los esfuerzos térmicos.

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PLANTEAMIENTO.

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PLANTEAMIENTO.

Esquema de la máquina en 3D.

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PLANTEAMIENTO.

Corte de la máquina.

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ANÁLISIS DEL HUSILLO.

Condiciones de frontera para el Husillo.

Donde:

P = 10000 psi.

T = 859,6 lb-pulg.

g = 386,088 pulg / s2

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Se utilizó el elemento Solid73 el cual tiene 6 grados de libertad:

Ux, Uy, Uz, Rotx, Roty, Rotz.

El acero utilizado tiene como propiedades:

E = 29773 kpsi.

ρ = 0,2835992422 lb / in3.

σy = 135030 Psi.

Coef. Exp. Térmico = 7,6 μin / in °F

k = 570,988e-6 Btu / s in2 °F

ANÁLISIS DEL HUSILLO.

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ANÁLISIS DEL HUSILLO.

Modelo del Husillo.

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ANÁLISIS DEL HUSILLO.

Modelo del Husillo.

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Modelo del Husillo.

ANÁLISIS DEL HUSILLO.

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Modelo del Husillo.

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ANÁLISIS DEL HUSILLO.

Resultados de los esfuerzos equivalentes de Von Misses(Psi).

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ANÁLISIS DE LA RECÁMARA.Condiciones de frontera para la recámara con su acoplamiento para análisis estructural.

Donde:

P = 10000 Psi.

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Se utilizó el elemento Plane42, el cual tiene 2 grados de libertad:

Ux, Uy.

El acero utilizado tiene como propiedades:

E = 29008 kpsi.

ρ = 0,2817928776 Lb / in3.

σy = 129809 Psi.

Coef. Exp. Térmico = 6,1 μin / in °F

Cond. Térmica = 333,72e-6 Btu / s in2 °F

ANÁLISIS DE LA RECÁMARA.

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ANÁLISIS DE LA RECÁMARA.

Modelo de la recámara con su acoplamiento.

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ANÁLISIS DE LA RECÁMARA.

Resultados de los esfuerzos equivalentes de Von Misses(Psi).

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ANÁLISIS DE LA RECÁMARA.Condiciones de frontera para la recámara con su acoplamiento para análisis térmico-estructural.

Donde:

Q1 = 0,026819802 Btu / s in2 P = 10000 Psi.

Q2 = 0,006095796 Btu / s in2 h = 4,101e-3 Btu / s in2 °F

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Se utilizó el elemento Plane13, el cual tiene 5 grados de libertad:

Ux, Uy, Temp, Volt, Az.

El acero utilizado tiene como propiedades:

E = 29008 kpsi.

ρσ = 0,2817928776 lb / in3.

σy= 129809 psi.

Coef. Exp. Térmico = 6,1 μin / in °F

Cond. Térmica = 333,72e-6 Btu / s in2 °F

ANÁLISIS DE LA RECÁMARA.

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ANÁLISIS DE LA RECÁMARA.

Resultado de la distribución de temperaturas (°F).

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ANÁLISIS DE LA RECÁMARA.

Resultados de los esfuerzos equivalentes de Von Misses(Psi).

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ANÁLISIS DEL CABEZAL.Condiciones de frontera del cabezal para análisis estructural.

Donde: P = 5000 psi.

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Se utilizó el elemento Solid92 el cual tiene 3 grados de libertad:

Ux, Uy, Uz.

El acero utilizado tiene como propiedades:

E = 27992 kpsi.

ρ = 0,289018336 lb / in3.

σy = 34809 psi.

Coef. Exp. Térmico = 10 μin / in °F

Cond. Térmica = 216,875e-6 Btu / s in2 °F

ANÁLISIS DEL CABEZAL.

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ANÁLISIS DEL CABEZAL.

Modelo del cabezal.

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Resultados de los esfuerzos equivalentes de Von Misses(Psi).

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ANÁLISIS DEL CABEZAL.Condiciones de frontera del cabezal para análisis térmico-estructural.

Donde: Q2, h (los mismos que para la recámara).P = 5000 Psi.

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Se utilizó el elemento Solid98 el cual tiene 6 grados de libertad:

Ux, Uy, Uz, Temp, Volt, Mag.

El acero utilizado tiene como propiedades:

E = 27992 kpsi.

ρσ = 0,289018336 lb / in3.

σy = 34809 psi.

Coef. Exp. Térmico = 10 μin / in °F

Cond. Térmica = 216,875e-6 Btu / s in2 °F

ANÁLISIS DEL CABEZAL.

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ANÁLISIS DEL CABEZAL.

Resultado de la distribución de temperaturas (°F).

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ANÁLISIS DEL CABEZAL.

Resultados de los esfuerzos equivalentes de Von Misses(Psi).

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CONCLUSIONES

•Se obtuvieron buenos resultados con el paquete, por lo que se estima que los componentes diseñados son confiables.

•Es necesario contemplar la distribución de temperaturas en cualquier análisis, donde ésta se presente, ya que los esfuerzos térmicos pueden ser de gran magnitud, y combinados con los esfuerzos estructurales pueden hacer que la pieza falle.

Campos Acoplados (psi)Estructural (psi)σVON MISSES

3249214298Cabezal

2848022967Recámara