simulación computacional de harnero vibratorio · ii.- comportamiento del material • se busca...
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Simulación Computacional de
Harnero Vibratorio
Leopoldo Jauriat
Universidad de Antofagasta – Chile
Presentador: César Sepúlveda – ESSS Chile
Contexto
• Proyecto de investigación de la asignatura “Diseño
Mecánico” realizada en la Universidad de Antofagasta –
Chile .
• Objetivos para los alumnos: Estudiar el comportamiento
estructural y el flujo del material de un Harnero Vibratorio
usando herramientas de simulación computacional.
Contexto
• Harnero Vibratorio: Sistema mecánico utilizado en la minería
para separar material en tamaños diferentes.
El harnero vibratorio
estudiado se encuentra
actualmente construido,
he instalado en el
laboratorio de la U. de
Antofagasta.
Objetivos
• Estudiar el comportamiento de la estructura del harnero
vibratorio debido a la fuerza excitadora → ANSYS.
• Estudiar el comportamiento del material en el harnero
vibratorio → EDEM.
• De los resultados obtenidos definir cambios en el diseño del
Harnero Vibratorio
I.- Análisis Estructural
• Fuerza excitadora: Es la fuerza que se produce debido al
efecto externo de unidades vibratorias.
Estimación de la Fuerza Excitadora
• La fuerza excitadora puede ser estimada mediante la
expresión:
2
e eF m R
Velocidad angular
Fuerza excitadora
Masa de los contrapesos Distancia entre el
centro de masa del contrapeso y el eje
Estimación de la Fuerza Excitadora
• La fuerza excitadora generada por un contrapeso es:
108.67
2780[ ] 81.68
60
0.15
em kg
radrpm
s
R m
11085.7 3 4 133028.5Total
eF kgf
• Considerando 3 unidades vibratorias y 4 contrapesos en
cada una de éstas, se obtiene una fuerza excitadora total:
2 11085.7e eF m R kgf
Geometría Harnero Vibratorio
• Modelo Geométrico de Análisis:
Carga Aplicada
Restricciones
Restricciones
Modelo de Elementos Finitos - ANSYS
• Malla:
Nodos 494782
Elementos 121898
Resultados Modelo de Elementos Finitos - ANSYS
• Análisis Estático → Deformación Total:
dmax=1.24 [mm]
Resultados Modelo de Elementos Finitos - ANSYS
• Análisis Estático → Tensiones:
σmax=125.8 [MPa] < σy=250 [MPa]
II.- Comportamiento del Material
• Se busca estudiar el comportamiento del material en el
harnero vibratorio de forma de estimar el correcto
funcionamiento de éste, mediante el Método de los
Elementos Discretos → EDEM.
Consideraciones del Modelo
• Tamaño de partículas → Radio: 20 y 30 [mm].
• Distribución de tamaño de partículas
→ Lognormal (Std. Dev. = 0.1)
• Velocidad de generación de partículas → 1000 [kg/seg]
• Dinámica del harnero vibratorio
→ Rotación sinusoidal: Amplitud = 7.0 [mm] y Frecuencia = 13.0 [Hz]
• No se consideran efectos de humedad entre las partículas.
Resultados Simulación EDEM
• Instante de Simulación: 0.5 [seg]
Resultados Simulación EDEM
• Instante de Simulación: 2.0 [seg]
Resultados Simulación EDEM
• Instante de Simulación: 3.5 [seg]
Resultados Simulación EDEM
• Velocidad Promedio de las Partículas:
Se genera una
disminución de la
velocidad promedio de
las partículas producto
del estancamiento de
éstas en la zona de la
salida del harnero.
Resultados Simulación EDEM
• Video: Simulación Harnero Vibratorio - Velocidad
El diseño del
harnero vibratorio
no es adecuado,
ya que no permite
el correcto flujo de
material.
Cambio Propuesto en el Diseño
• Producto de los resultados obtenidos se ha planteado un
nuevo diseño para la malla del harnero, realizando cambios
principalmente en el ángulo de salida
• Estado Actual → Diseño Conceptual.
Conclusiones
• El diseño estructural del Harnero vibratorio para el estado de
carga correspondiente a la fuerza excitadora posee un factor
de seguridad mayor a dos.
• El harnero vibratorio estudiado presenta deficiencias en el
funcionamiento, producto del ángulo de la malla,
ocasionando la acumulación de partículas a la salida de
éste.
Conclusiones
• Debido a los resultados obtenidos se contempla un nuevo
diseño que permita resolver el problema presentado en el
flujo del material.
• Recalcar la importancia del uso de herramientas de
simulación en el diseño de estos u otros sistemas
mecánicos, de forma de evitar errores en el funcionamiento
una vez ya construidos.
Pasos Siguientes
• Evaluar el nuevo diseño conceptual mediante herramientas
de simulación numérica → ANSYS + EDEM
• Realizar un análisis acoplado con ambas herramientas de
simulación para considerar la interacción Partícula-Harnero
en el diseño estructural de este sistema mecánico.
• Incluir en el diseño estructural análisis de mayor
complejidad, como por ejemplo: grandes deformaciones, no
linealidad material, análisis de fatiga, etc.