Estudio teórico experimental del efecto de la concentración de esfuerzos en la resistencia a la fatiga del acero SAE 1045

El presente proyecto de investigación consiste en el estudio del efecto de la concentración de esfuerzos en la resistencia a la fatiga del acero SAE 1045. En una primera parte se desarrolla el diseño y fabricación de la parte estructural del módulo de ensayos de fatiga por flexión rotativa, que consta de ejes, rodamientos, mordazas, acoplamiento y bastidor. En la segunda parte se realizan los ensayos de resistencia a la fatiga utilizando probetas de acero SAE 1045, con diferentes tipos de concentradores de esfuerzos. Luego, se analizan los resultados obtenidos para determinar la influencia de la concentración de esfuerzos en la resistencia a la fatiga del material y se comparan con el comportamiento teórico esperado. También se implementa un modelo de análisis por elementos finitos, bajo el cual se realizan simulaciones para los mismos casos de concentraciones de esfuerzos, y donde se determina el efecto de estas concentraciones de esfuerzos en la resistencia a la fatiga, comparándose de la misma forma con el comportamiento teórico. Los resultados obtenidos, tanto en el procedimiento experimental como en el análisis por elementos finitos demuestran que la concentración de esfuerzos produce una disminución en la resistencia a la fatiga del acero SAE 1045

Determinación mediante la realización análisis de falla de las causas más comunes de falla en ejes de equipos industriales

Uno de los componentes más importantes en la mayoría de máquinas que existen en el mundo son los ejes. Una falla en estos componentes, involucra un elevado costo, no solo por el costo del componente en sí mismo, sino también, porque al fallar dicho componente, puede parar toda una línea de producción por varias horas e incluso días y en trabajos como operaciones mineras, dichas paradas no programadas simbolizan grandes pérdidas económicas. El presente documento tiene como objetivo determinar mediante la realización de dos análisis de falla y el estudio de data del laboratorio las causas de falla más comunes en ejes de equipos industriales. Los componentes a los que se realizarán los análisis de falla pertenecen a los casos externos que llegan comúnmente al Laboratorio de Materiales de la PUCP. La secuencia del trabajo desarrollado fue recolectar información sobre la metodología que se sigue para realizar un análisis de falla, para que de esta manera se pueda llevar a cabo los análisis de falla a 2 ejes pertenecientes a una caja reductora de un molino de bolas. La secuencia que utiliza este documento sigue los alineamientos planteados por el Laboratorio de Materiales de la PUCP. Una vez realizado los reportes de los casos mencionados, se procede al estudio y análisis de otros 7 reportes que se encuentran en la base de datos del laboratorio, para que de esta manera se pueda presentar resúmenes de cada uno de estos casos siguiendo una secuencia planteada. Finalmente, se procede a analizar los resultados donde se encuentra que el problema más recurrente tiene que ver con deficiencias en el material empleado en la fabricación del componente. Con los resultados obtenidos se plantean recomendaciones y conclusiones.Tesi

Efecto de la preparación superficial y aplicación de recubrimientos en la resistencia a la fatiga del acero sae 104

En este artículo se estudia el comportamiento a fatiga del acero SAE 1045 usando cuatro condiciones superficiales diferentes: pulido, chorreado con partículas de arena, de alúmina y de acero. Además se aplicaron recubrimientos usando rociado térmico por combustión a probetas chorreadas con arena. Se realizaron pruebas de fatiga en flexión rotatoria y la caracterización de la superficie de fractura usando lupa estereoscópica y microscopio electrónico de barrido. Se encontró un aumento de la resistencia a fatiga de las muestras preparadas con arena (458,58 MPa) y de las muestras preparadas con alúmina (428,36 MPa), respecto a la resistencia de las muestras pulidas (422,00 MPa). La resistencia a fatiga de las muestras preparadas con partículas de acero disminuyó (415,44 MPa), debido a marcas superficiales que actuaron como concentradores de esfuerzos y originaron la propagación de grietas por fatiga. Las probetas revestidas con una aleación Fe-Cr-Ni-C presentaron falla debido a delaminación del recubrimiento y por propagación de fisuras a partir del sustrato

Efecto de la preparación superficial y aplicación de recubrimientos en la resistencia a la fatiga del acero sae 104

En este artículo se estudia el comportamiento a fatiga del acero SAE 1045 usando cuatro condiciones superficiales diferentes: pulido, chorreado con partículas de arena, de alúmina y de acero. Además se aplicaron recubrimientos usando rociado térmico por combustión a probetas chorreadas con arena. Se realizaron pruebas de fatiga en flexión rotatoria y la caracterización de la superficie de fractura usando lupa estereoscópica y microscopio electrónico de barrido. Se encontró un aumento de la resistencia a fatiga de las muestras preparadas con arena (458,58 MPa) y de las muestras preparadas con alúmina (428,36 MPa), respecto a la resistencia de las muestras pulidas (422,00 MPa). La resistencia a fatiga de las muestras preparadas con partículas de acero disminuyó (415,44 MPa), debido a marcas superficiales que actuaron como concentradores de esfuerzos y originaron la propagación de grietas por fatiga. Las probetas revestidas con una aleación Fe-Cr-Ni-C presentaron falla debido a delaminación del recubrimiento y por propagación de fisuras a partir del sustrato

Análisis de falla del eje de un agitador para tratamiento de agua

En el presente trabajo fue estudiada la falla un eje de acero SAE 1045 perteneciente a un agitador de mezcla agua-cal. El eje presentó visibles evidencias de falla por el mecanismo de fatiga. Se realizó un completo análisis, que comprendió: análisis microestructural del acero, chequeo del diseño a fatiga y a rigidez, asimismo, se calcularon los esfuerzos que actuaban en el eje utilizando el método de elementos finitos. Se encontró que el eje en el momento de operación presentaba esfuerzos muy cercanos al límite de fatiga. Se demostró el gran riesgo que se corre al hacer cambios en el diseño original de los equipos al reparar sus elementos mecánicos inadecuadamente

Análisis de falla del eje de un agitador para tratamiento de agua

En el presente trabajo fue estudiada la falla un eje de acero SAE 1045 perteneciente a un agitador de mezcla agua-cal. El eje presentó visibles evidencias de falla por el mecanismo de fatiga. Se realizó un completo análisis, que comprendió: análisis microestructural del acero, chequeo del diseño a fatiga y a rigidez, asimismo, se calcularon los esfuerzos que actuaban en el eje utilizando el método de elementos finitos. Se encontró que el eje en el momento de operación presentaba esfuerzos muy cercanos al límite de fatiga. Se demostró el gran riesgo que se corre al hacer cambios en el diseño original de los equipos al reparar sus elementos mecánicos inadecuadamente

Análisis del comportamiento a fatiga en flexión rotativa del acero sae 4140 con diferentes temperaturas de revenido en agua marina

Este trabajo se realizó con el propósito de determinar el comportamiento a fatiga, nucleación y crecimiento de grietas, del acero SAE 4140 usando el ensayo de fatiga en flexión rotativa en un ambiente corrosivo y analizar su relación con la microestructura y las propiedades mecánicas obtenidas por el revenido a diferentes temperaturas. Se utilizaron probetas de fatiga mecanizadas bajo norma, se realizaron tratamientos térmicos de temple y revenido (200°C, 400°C y 600°C) a todas las probetas. Se realizaron los ensayos de fatiga en agua marina y se identificó el intervalo de la nucleación de grieta en el mismo ensayo, con los datos obtenidos se construyeron las gráficas S-N para fractura del acero y para nucleación de grieta. Se realizó la medición del potencial de corrosión para los tres materiales, se realizaron metalografías y se inspeccionaron las superficies de fractura de las probetas ensayadas en agua marina. Se encontró que el acero SAE 4140 templado y revenido a 200°C presentó la mayor resistencia a la fatiga de 652,98 MPa. El método de identificación de grietas permitió identificar una nucleación temprana cuando la temperatura de revenido es de 600°C y una identificación tardía cuando la temperatura de revenido es de 200°C. La velocidad de corrosión en agua marina fue mayor para el acero SAE 4140 revenido a 200°C comparado con el revenido a 400°C y 600°C, se observó que a medida que aumenta la temperatura de revenido disminuyó la velocidad de corrosión aunque se diferenciaron en solo un 5,5%. Del análisis fractográfico se encontró que a medida que aumentó la temperatura de revenido para el acero SAE 4140 desde 200°C hasta 600°C el material presentó un aumento en la cantidad de sitios de iniciación de grietas por fatiga en contacto con agua marinaPregradoINGENIERO(A) EN MECANIC

Análisis de falla del eje de un motor eléctrico de una fábrica harinera

En este estudio se describe el análisis de falla realizado al eje de un motor eléctrico de un molino de harina. La falla sucedió después del último mantenimiento mayor realizado al motor. El estudio revelo que el eje fue soldado para recuperar material y debió perder movimiento relativo con el rodamiento, sin que se ejerciera el control requerido sobre este proceso. El examen microestructural muestra la aparición de grandes zonas de martensita en la zona térmicamente afectada, y de martensita de temple incompleto en la zona de fusión; estas microestructuras no son resistentes a cargas de flexo-torsión (el estado de carga principal en el eje) y, por tanto, no las soportaron, originando la falla

Diseño, determinación de costos y construcción de un equipo elevador de motocicletas

En las últimas décadas, se lograron grandes avances en cuanto a los derechos laborales que protegen el bienestar de los trabajadores; la salud y la comodidad en el trabajo son aspectos muy importantes que son vigilados por las autoridades nacionales pertinentes. No obstante, hay una gran cantidad de personas que trabajan en condiciones que no son muy cómodas o favorables para su salud, principalmente trabajadores informales o de las microempresas como los mecánicos de motocicletas. El presente trabajo presenta el proceso de diseño, costeo y construcción de un equipo elevador de motocicletas mediante una serie de pasos. Primero, se realizó una investigación acerca de estos equipos en la literatura. Con base en esta búsqueda, se determinó el tipo de elevador de motos a diseñar. Se realizaron los cálculos de ingeniería para el diseño del equipo. Seguidamente, con la ayuda de programas CAD se realizó el modelado del equipo. Posteriormente, se hicieron simulaciones en software de ingeniería para validar el comportamiento del equipo sometido a carga y se registraron los resultados para analizarlos y compararlos con los obtenidos analíticamente en la etapa de diseño. Finalmente, se lleva a cabo la cotización para determinar los costos de fabricación y se construye el equipo elevador de motocicletas.In the last decades, great advances have been made in terms of labor rights that protect the well-being of workers; health and comfort at work are very important aspects that are monitored by the relevant national authorities. However, there are a large number of people who work in conditions that are not very comfortable or favorable to their health, mainly informal workers or micro-enterprises such as motorcycle mechanics. The present work presents the process of design, costing and construction of a motorcycle lifting equipment through a series of steps. First, an investigation was carried out about these teams in the literature. Based on this search, the type of motorcycle lift to be designed was determined. Engineering calculations for the equipment design were made. Next, with the help of CAD programs, the modeling of the equipment was carried out. Subsequently, simulations were made in engineering software to validate the behavior of the equipment under load and the results were recorded to analyze and compare them with those obtained analytically in the design stage. Finally, the quotation is carried out to determine the manufacturing costs and the motorcycle lifting equipment is built.PregradoIngeniero(a) Mecánico(a)Tabla de contenido 1. Introducción............................................................................................................................................... 12 1.1. Planteamiento del problema........................................................................................................ 13 1.2. Objetivo General ............................................................................................................................... 14 1.2.1. Objetivos específicos .............................................................................................................. 14 2. Desarrollo metodológico ....................................................................................................................... 15 2.1. Estudio y evaluación de alternativas ........................................................................................ 15 2.1.1. Tipos de elevadores que se pueden encontrar en el mercado............................... 15 2.1.2. Búsqueda de información técnica ..................................................................................... 18 2.1.3. Determinación de componentes, sistemas de elevación y mecanismos usados en elevadores de motocicletas. ........................................................................................................... 19 2.1.4. Posibles materiales de fabricación.................................................................................... 21 2.1.5. Estudio de las posibles fuentes de energía para levantar la carga (accionamientos) y de los mecanismos usados en elevadores de motocicletas.............. 22 2.1.6. Datos de interés sobre motocicletas de bajo cilindraje ............................................ 24 2.1.7. Proceso de evaluación de alternativas y selección del elevador a diseñar ....... 26 2.2. Cálculos de ingeniería..................................................................................................................... 30 2.2.1. Datos de entrada y dimensionamiento del elevador. ................................................ 30 2.2.2. Análisis cinemático del mecanismo.................................................................................. 31 2.2.3. Determinación de reacciones.............................................................................................. 34 2.2.4. Variación de las cargas que actúan sobre los eslabones........................................... 37 2.3. Cálculos de diseño............................................................................................................................ 43 2.3.1. Datos de entrada ...................................................................................................................... 44 2.3.2. Ecuaciones usadas................................................................................................................... 44 2.3.3. Resultados del método analítico........................................................................................ 45 2.4. Método computacional................................................................................................................... 49 2.4.1. Resultados del método computacional ........................................................................... 50 2.5. Análisis de resultados y comparación entre el método analítico y el método computacional................................................................................................................................................ 51 3. Costeo del proyecto ................................................................................................................................. 52 4. Conclusiones............................................................................................................................................... 55 5. Referencias.................................................................................................................................................. 56 Anexos .................................................................................................................................................................... 6

Diseño de una grúa tipo pescante para cambio de almohadillas en cajas de laminación de ternium siderurgica de Caldas

En la industria siderúrgica, el manejo de cargas con elementos de izaje, es primordial para la optimización del proceso de laminación. Con estos elementos se manipulan materias primas, repuestos, maquinaria, subproductos y productos terminados de manera segura. Es necesario lograr plantear una solución para levantar los elementos que acoplan, las cajas de laminación con los reductores y facilitar el cambio de los elementos de desgaste que se usan en esta aplicación; de tal forma que no se tenga interferencia con los tres puentes grúas ubicados en el tren de laminación. Por este motivo se vio como opción principal el diseño de una grúa pescante o columna giratoria, este tipo de grúa permite una cobertura total de las dos cajas de laminación en las que se planea usar. Al componerse básicamente de un brazo giratorio solidario a una columna que se articula verticalmente en los extremos superior e inferior, es una solución sencilla y efectiva para la limitación de espacio