Un análisis general y de la parte de la máquina extrusora de plástico

Análisis por El Método de Elementos Finitos Extrusora de Plástico

José Nicolás Tautiva Contreras

Universidad INCCA De Colombia

Facultad de Ciencias Técnicas e Ingenierías

Programa Profesional de Ingeniería Mecánica

Bogotá, Colombia

2012

e-mail: Nicolas_tautiva@hotmail.com

Tutor: José A. Guerrero V.

Ing. Mecatronico. - MSc. Ingeniería Mecánica

Universidad Nacional De Colombia

Resumen—Dada la importancia del tema de la extracción y la poca atención que se le ha prestado a este tipo de proceso, ya que es el proceso más importante de obtención de formas plásticas, en volumen de producción. Se realiza este trabajo,que se encarga de estudiar en forma teórica y descriptiva los conceptos relacionados con la extrusión y simular el diseño de una maquina y sus componentes por medio de un análisis por el método de elementos finitos (FEA). El trabajo por tanto debe concluir cuando se tenga la información teórica, de cada uno de los componentes de la maquina, los planos tecnológicos y la lista de elementos para el diseño de la maquina con factores de seguridad y análisis previo mediante su simulación.

Palabras clave— Análisis por el método elementos finitos, Extrusión, Simulación, Diseño.

I. INTRODUCCIÓN

El proceso de extrusión es uno de los más importantes en la industria de transformación de plásticos. Entre los productos que se pueden manufacturar se encuentran tubería, manguera, fibras, películas y un número limitado de perfiles. El proceso de extrusión se utiliza además, “compouding” es decir, para mezclar y formular compuestos de plásticos y producir materia prima, como, por ejemplo, gránulos de concentrado o de compuesto. El propósito principal de este proyecto es realizar el análisis general y por partes de la maquina extrusora de plásticos, definiendo los parámetros al cual este sometidos ya sea en el despiece o compacta como tal, generando diagnósticos de análisis estructural, de vibraciones ,tensión y deformación, esfuerzo y/o cargas estáticas y dinámicas, para poder definir los puntos críticos, realizar un diagnostico previo de la maquina y sus componentes, definir un factor de seguridad, y agruparlos todos por medio de simulaciones y análisis por el método de elementos finitos, este tipo de análisis se puede determinar por medio de diferentes software, En este caso será realizado por medio del software AUTODESK® - ALGOR® SIMULATION PROFESSIONAL(Que comprende un conjunto de herramientas en diversos campos de análisis mecánico o estructural basado en el método de los elementos finitos FEA).

En el análisis de la maquina extrusora como tal están sometidos a cargas estáticas donde el diferencial del análisis se especifica en componentes como la tolva, camisa extrusora, dado o boquilla, husillo, cámara de extrusión y puntos de filete, los cuales se desarrolla el análisis no lineal para identificar los puntos críticos, y para el análisis dinámico se comprende un motorreductor sujeto a un muñón el cual proporciona potencia y empuje al eje como tal; Definiendo el tipo de parámetros y simulaciones en el análisis estático y dinámico se establecen parámetros de diseño para la maquina extrusora de plásticos, los cuales se basan en dimensiones de la estructura, grados de libertad y centros de inercia, distancia de ejes en la camisa de extrusión, peso de cada uno de los elementos de la maquina extrusora, y por ultimo el tipo de material de la estructura ya que es la encargada de sobreponer el peso de los componentes.

En la determinación del factor de seguridad se aplican de manera convencional con dimensiones de cada una de las partes de la maquina extrusora multiplicado por los cálculos teóricos obtenidos a través de la simulación o divididos por la propiedades del material de cada una de las piezas, definiendo como tal un factor de sobredimensionamiento.Al realizar el sobredimensionamiento del análisis se justifica por razones como previsiones de la maquina de desgaste o corrosión, posibles errores en los materiales y sus propiedades, el análisis de dichas propiedades genera diferenciales tabuladas y realmente obtenidas para desbastar el limite de tolerancia de fabricación y análisis de la maquina y sus piezas, las cuales se someterán a su respectivo análisis y calculo, determinando por medio de el un factor de seguridad generando si falla o es estable cada una de las piezas y la maquina compacta como tal.

La tensión del soporte de la maquina es la fuerza alterna que actúa por unidad de superficie que permite determinar valores mínimos y máximos para trabajar sobre ellos, y la deformación es el cambio en el tamaño de la estructura de la maquina debido a la aplicación de diferentes fuerzas sobre un mismo punto o distribuidas entre si. Se determinara la deformación estableciendo en el análisis un valor máximo para el limite de trabajo de la maquina y generar un diseño amplio y confiable.

II. DESARROLLO DE CONTENIDOS

A partir de la generación del proyecto de análisis por el método de elementos finitos (FEA) extrusora de plástico, se dispone principalmente un anteproyecto con el fin de generalizar y despejar errores e inquietudes subrayadas por el ordenador o tutor, a continuación generamos la intersección del diseño.

A. Anteproyecto

La verificación del anteproyecto genera lo siguiente:

• Validación del planteamiento del problema principal

• Planeación perspectiva del diseño de la extrusora de plásticos

• Generación de despiece de la maquina y análisis de cada uno

• Modelación por medio del software de análisis.

• Factor de seguridad del análisis de la maquina

B. Diseño de la Maquina

Al realizar primordialmente el diseño de la maquina con sus componentes se estipula un ponderado de las piezas como tal y la realización del diseño para posteriormente realizarle el análisis mecánico y estructural, este diseño maneja valores y escalas en cierto punto reales pese a que al diseñar una maquina existente en el mercado actual, se toman factores que ponderan la longitud de la estructura el peso de las partes asimilándolos en factores comerciales, o a su ves innovando nuevas alternativas de diseño.

III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Se generan diversos interrogantes al realizar el análisis por elementos finitos de la extrusora de plásticos como:

¿Qué tan precisos son los cálculos de diseño preliminares al análisis? Para determinar

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