Análisis de falla de los rodillos dentados de una máquina desfibradora de cáscara de coco mediante la simulación de respuesta armónica y estado estructural transitorio aplicando el software Ansys

Abstract

Introduction: In Ecuador, the annual production of coconut is approximately 26,000 tons and its cultivation occurs in the provinces of Esmeraldas, Manabí, and Guayas. The process involved in peeling it is artisanal and almost rudimentary, causing people who are dedicated to this activity to have an elevated risk of accidents. Objective: The objective of this article is to perform a failure analysis of the toothed rollers of a coconut shell shredding machine by simulating harmonic response and transient structural state by applying the Ansys software, as a contribution to the coconut industrial sector. Results: the design and construction of the machine is shown in a general way, while, for the development of the objective of this research, the design and plan of the toothed rollers were presented. The simulation of the rollers was conducted in the Ansys software, for which; parameters of the system and mesh size of 4, 6 and 10 mm were established; with the purpose of obtaining its natural fundamental frequency, frequency response, deformations, and von Mises stresses. In the analysis of harmonic response and transient structural state, as the mesh size decreases, the values of maximum total strain and maximum von Mises stress are increasingly accurate, having accuracy in the 4 mm mesh with values of 0.07393 mm and 15.86 MPa, respectively. Conclusion: It is concluded that, in the simulation by harmonic response of the rollers, the frequency of 35 Hz reaches its maximum excitation with an amplitude value of 1.039e-10 mm, not generating damage in them, while, in the simulation by transient structural state of the rollers, a maximum total deformation value of 0.07393 mm and a maximum von Mises stress of 15.86 MPa were obtained.  that compared with the creep deformation of 0.175 mm and the creep strength of 250 MPa of the ASTM A36 steel used for its manufacture, no failure occurs due to breakage.Introducción: En el Ecuador la producción anual de coco es de aproximadamente 26.000 toneladas y su cultivo se da principalmente en las provincias de Esmeraldas, Manabí y Guayas. El proceso que implica su pelado es de forma artesanal y casi rudimentaria, ocasionado que las personas que se dedican a esta actividad tengan un alto riesgo de accidentes. Objetivo: el artículo tiene por objetivo realizar un análisis de falla de los rodillos dentados de una máquina desfibradora de cáscara de coco mediante la simulación de respuesta armónica y estado estructural transitorio aplicando el software Ansys, como un aporte al sector industrial del coco. Resultados: el diseño y construcción de la máquina se muestra de forma general, mientras que, para el desarrollo del objetivo de esta investigación se presentó el diseño y el plano de los rodillos dentados. La simulación de los rodillos se lo realizó en el software Ansys, para lo cual; se establecieron parámetros del sistema y para su mallado tamaño de malla de 4, 6 y 10 mm; con el propósito de obtener su frecuencia fundamental natural, respuesta de frecuencia, deformaciones y esfuerzos de von Mises. En el análisis de respuesta armónica y estado estructural transitorio, a medida que disminuye el tamaño de malla los valores de deformación total máxima y esfuerzo von Mises máximo son cada vez más exactos, teniendo exactitud en la malla de 4 mm con valores de 0,07393 mm y 15,86 MPa, respectivamente. Conclusión: se concluye que, en la simulación mediante respuesta armónica de los rodillos la frecuencia de 35 Hz alcanza su máxima excitación con un valor de amplitud de 1,039e-10 mm, no generando daños en los mismos, mientras que, en la simulación mediante estado estructural transitorio de los rodillos se obtuvo un valor de deformación total máximo de 0,07393 mm y un esfuerzo de von Mises máximo de 15,86 MPa, que comparado con la deformación de fluencia de 0,175 mm y la resistencia de fluencia de 250 MPa del acero ASTM A36 utilizado para su fabricación, no se produce falla por rotura. Área de estudio general: Ingeniería de falla. Área de estudio específica: Simulación de respuesta armónica y estado estructural transitorio. Tipo de estudio: original