TAMBORES ROTATIVOS
En muchos casos, para llevar a cabo diagnósticos detallados en tambores rotativos es necesario
recurrir a cálculos de resistencia de materiales sobre sus componentes. Esto permite distinguir claramente si los posibles fallos están relacionados
con inapropiadas condiciones de operación,
con errores de fabricación en detalles determinados,
o con errores de diseño basados en incorrectas
hipótesis de carga.
Como parte del diagnostico de tambores rotativos,
el análisis de tensiones sobre las virolas
es una cuestión básica para los objetos considerados como flexibles. Generalmente se lleva a cabo
empleando métodos FEM (Método de elementos
finitos), generalmente de manera simplificada, basados en modelos de vigas rígidas y en asunciones
de que el estado tensional esta decisivamente
influenciado por esfuerzos normales causados por momentos de flexión.
El estado de deformaciones de una virola está
determinado por el valor de la flecha de su eje.
Este parámetro es necesario para determinar
la correcta posición de los rodillos de apoyo.
Adicionalmente, en algunos casos, como parte
del análisis de datos en una inspección y del desarrollo de sus directrices de mejora, los siguientes parámetros deben igualmente calcularse (empleando
las formulas analíticas disponibles): esfuerzos sobre los ejes de los rodillos de apoyo y sobre las pistas
de rodadura de los aros, así como las tensiones
superficiales en las aéreas de contacto entre los aros
y los rodillos de apoyo.
En la mayoría de los casos, estos cálculos
simplificados han probado ser plenamente
suficientes. Sin embargo, esta visión no es
completamente satisfactoria cuando tenemos que manejar cálculos complejos y las simplificaciones empleadas en los métodos clásicos ignoran estas consideraciones.
A los factores que influyen en la precisión del mapeo de las condiciones de carga reales en el modelo
matemático podemos incluir:
- fenómeno de muesca, p.ej. el impacto de cambios locales y rápidos en la forma de determinados
detalles en la concentración de tensiones
en este área. Esta influencia no se tiene en cuenta
en los modelos de viga rígidas o en modelos
de análisis clásicos, o se tiene en cuenta mediante factores los valores de los cuales solo se determinan experimentalmente;
- el efecto del método de soporte/fijación del detalle, que de hecho tiene un carácter superficial,
no puntual, como se supone en el método analítico
o análisis numérico basado en un modelo lineal;
- influencia de la distribución de fuerzas, donde
en los métodos simplificados la carga se reemplaza con frecuencia por una fuerza o un momento puntual aplicado en uno o más puntos del modelo;
- contacto entre detalles; en los cálculos
de resistencia utilizamos el modelo de carga media sin tener en cuenta los efectos locales y la presión superficial admisible, que en un modelo lineal,
no es la misma que la tensión en la zona
de contacto, calculada sobre la base de un modelo tridimensional no lineal.
Los aspectos antes descritos están incluidos
en los métodos de elementos finitos empleando
elementos múltiples nodos en el espacio tridimensional (denominado 3D FEA).
Este método, disponible en forma de complejos
softwares de ingeniería, proporcionan la posibilidad
de determinaciones muy precisas de la distribución de esfuerzos sobre cada uno de los elementos de un tambor rotativo. Igualmente permite la determinación de deformaciones / tensiones / desplazamientos
en cualquier sección de cualquiera de los detalles
y su influencia en la carga y sobre otros detalles.
La clave para obtener resultados correctos es
una adecuada identificación del modelo a través
de su representación como un sólido tridimensional, sobre cuyas superficies deben de colocarse
las cargas, correctamente identificadas en términos de valores y dirección (incluyendo las cargas
térmicas), y donde el sólido tiene que estar adecuadamente "restringido" en el espacio a través
de asignarle limitaciones a su desplazamiento
(restringiendo sus grados de libertad).
Esto no es un trabajo fácil. Requiere muchos años
de experiencia, incluyendo la apropiada selección
y entendimiento de la esencia del método numérico.
Para lo cual los ingenieros de ZMP cuentan
con el rango adecuado de softwares informáticos (productos de Auto-Desk) así como la experiencia adquirida en la ejecución de este tipo de estudios.
Llevamos a cabo cálculos de resistencia de materiales desde los primeros años de nuestra existencia.
Aplicación
- determinación de tensiones y deformaciones,
incluyendo la comparación de los resultados
obtenidos con los valores permisibles por los materiales empleados, ambos en términos temporales
o de fatiga de su resistencia, en relación a:
- virolas del tambor, con especial atención sobre
lugares sensibles en forma de registros de inspección, lugares de apoyo, aéreas bajos los aros etc.,
- sistema de apoyo (aros y rodillos de apoyo,
muñones, cojinetes de deslizamiento),
- apoyos y casquillos (principalmente en molinos de bolas),
- elementos de transmisiones (corona / piñón de transmisiones por engranajes),
- acoplamientos, rodamientos y otros elementos de transmisión de movimiento;
- determinación y análisis de los esfuerzos
de contacto (principalmente en zonas de contacto entre rodillos de apoyo y aros; o los dientes
de un engrane),
- propuestas de diseño y/o cambios en el material empleado con el objetivo de ajustar los esfuerzos
a los limites asumibles por los materiales existentes o a los nuevos materiales propuestos;
- verificación de los cálculos para confirmar la efectividad de los cambios propuestos o de los ya
implementados;
- análisis de la influencia de aprietes y holguras
en determinadas conexiones (que se emplean
en p.ej. montajes de ejes - pistas de rodadura
de rodillos de apoyo, virolas - aros);
- en base a lo anterior, selección de elementos
comerciales (p.ej. acoplamientos, rodamientos,
motores, reductores).
Podemos ofrecerles todos estos servicios tanto como para objetos nuevos como para los que se encuentren en fase de diseño (a modo de verificación)
así como para los ya existentes (con el objetivo
de determinar el grado de disminución de sus límites de resistencia para poder proponer mejoras
de modernización).
OTROS TIPOS DE MAQUINAS
Apoyados en multitud de años de experiencia adquirida en los tambores rotativos, los ingenieros de ZMP también llevan a cabo similares análisis sobre todo tipo de maquinaria.
Adicionalmente a análisis puramente estáticos
o cuasi-estáticos de resistencia de materiales,
también realizamos cálculos dinámicos donde
la variabilidad de cargas se debe de tener en cuenta. Esto es de suma importancia para el diagnostico
de las condiciones de maquina rotativas, maquinas con elementos estructurales rotativos, o máquinas con una naturaleza oscilante de trabajo (tamices,
separadores de vibración, etc.).
Vibraciones en maquinaria son generalmente fenómenos muy perjudiciales, que reducen la vida útil
de elementos estructurales como resultado
de impactos y / o cargas de fatiga. Elementos
de maquinas o estructuras sujetas a cargas estáticas pueden llegar a tener una resistencia teóricamente ilimitada. Mientras cargas variables, con amplitudes correspondientes a valores estáticos y con cambios de sus cargas con naturalezas cíclicas, causaran
daños en un tiempo determinado.
Para determinar correctamente la causa y la naturaleza de una excitación, realizamos análisis modales
y de ODS (Operating Deflection Shape - Forma
de deflexión operativa). Estos ensayos están basados en análisis dinámicos, gracias a lo que es posible
determinar tanto la frecuencia natural del oscilación
como la forma de esas vibraciones. La determinación
de los esfuerzos dinámicos en maquinas de naturaleza de trabajo de impacto, así como acometidas
de tuberías en movimiento, son tareas complicadas de analizar, pero realizables teniendo los conocimientos y la experiencia en este ámbito.
El uso de análisis numéricos permite afrontar las limitaciones en términos de mediciones cuando se analiza lo que ocurre cuando se examinan objetos reales.
Por ejemplo, los parámetros de vibración en secciones de tuberías pueden evaluarse incluso sin contacto físico (con un medidor laser de vibraciones), incluso cuando son de difícil acceso. Aunque
la determinación de los esfuerzos en condiciones
industriales es bastante más complejo.
Afortunadamente, puede determinarse empleando análisis numéricos - a partir de mediciones de vibraciones.
En ausencia de documentación técnica sobre una maquina, o en caso de incertidumbre sobre la información disponible sobre la misma, se puede considerar como imprescindible el desarrollo de un modelo tridimensional para poder realizar correctamente cualquier cálculo de resistencia de materiales preciso. Para estos casos contamos también con herramientas de escáner 3D para generar dicho solido (pregúntenos por información sobre estos servicios).