PROYECTO COOPERATIVO AGROINDUSTRIAL PARA REDUCIR EL DESGASTE EN EQUIPOS DE

PREPARACIN Y MOLIENDA DE CAA DE AZCAR

ESCUELA DE INGENIERA MECNICA GRUPO DE INVESTIGACIN EN MEJORAMIENTO

INDUSTRIAL

gimi@univalle.edu.co

OBJETIVOS DEL PCAOBJETIVOS DEL PCA

Investigar los fenmenos de friccin, Investigar los fenmenos de friccin, desgaste y lubricacin de los pares de desgaste y lubricacin de los pares de rozamiento.rozamiento.

Desarrollar soluciones tcnico - Desarrollar soluciones tcnico - econmicas a la problemtica del desgaste econmicas a la problemtica del desgaste en los equipos de preparacin y moliendaen los equipos de preparacin y molienda

Configurar un nodo cientfico - Configurar un nodo cientfico - tecnolgico donde confluyan industria, tecnolgico donde confluyan industria, centros tecnolgicos y universidadescentros tecnolgicos y universidades

SUBPROYECTOSSUBPROYECTOS

Extensin de vida ejes de mazaExtensin de vida ejes de maza

Extensin de vida de equipos de Extensin de vida de equipos de preparacinpreparacin

Extensin de vida de cascos de mazasExtensin de vida de cascos de mazas

SISTEMA DE PREPARACION Y SISTEMA DE PREPARACION Y MOLIENDAMOLIENDA

Molinos Picadoras

Picadora 2

Picadora 1

Nivelador

Molino 1 Molino 2 Molino 3 Molino 4 Molino 5 Molino 6

Molinos Picadoras

Picadora 2

Picadora 1

Nivelador

Molino 1 Molino 2 Molino 3 Molino 4 Molino 5 Molino 6

Molinos Picadoras

Picadora 2

Picadora 1

Nivelador

Molino 1 Molino 2 Molino 3 Molino 4 Molino 5 Molino 6

ESQUEMA DE UN MOLINOESQUEMA DE UN MOLINO

INTEGRIDAD DE EJES INTEGRIDAD DE EJES DE MOLINOS DE CAADE MOLINOS DE CAA

EXTENSIN DE VIDA EJES DE EXTENSIN DE VIDA EJES DE MAZA MAZA

a.a. Prediccin de vida remanente en ejes de Prediccin de vida remanente en ejes de maza superior de molino de caa, maza superior de molino de caa, aplicando mecnica de fractura.aplicando mecnica de fractura.

bb.. Anlisis comparativo de propiedades Anlisis comparativo de propiedades fractomecnicas y microestructurales de fractomecnicas y microestructurales de materiales de aporte usados en la materiales de aporte usados en la

recuperacin de ejes de molinos de caa.recuperacin de ejes de molinos de caa.

PREDICCIN DE VIDA PREDICCIN DE VIDA REMANENTE EN EJES DE MAZA REMANENTE EN EJES DE MAZA

SUPERIOR DE MOLINO DE CAA.SUPERIOR DE MOLINO DE CAA.DESCRIPCION DEL PROBLEMA

Las presiones aplicadas a la caa a travs del eje de Las presiones aplicadas a la caa a travs del eje de maza superior, somete al eje a un estado de esfuerzo maza superior, somete al eje a un estado de esfuerzo de flexo- torsin con una gran componente de flexo- torsin con una gran componente alternante. FATIGAalternante. FATIGA

El jugo de caa contiene gran cantidad de materia El jugo de caa contiene gran cantidad de materia extraa mineral proveniente del campo, acta sobre extraa mineral proveniente del campo, acta sobre el eje desgastndolo, este desgaste produce prdida el eje desgastndolo, este desgaste produce prdida de las dimensiones hasta que lo vuelve inoperante.de las dimensiones hasta que lo vuelve inoperante.

DESCRIPCION DEL PROBLEMA

Fisuras semi-elpticas y circunferenciales

El estado de cargas del eje de maza El estado de cargas del eje de maza superior en genera una condicin en la de superior en genera una condicin en la de esfuerzos combinados donde las fisuras esfuerzos combinados donde las fisuras crecen bajo la influencia de los tres crecen bajo la influencia de los tres modos de apertura; pero las fallas modos de apertura; pero las fallas observadas muestran los esfuerzos observadas muestran los esfuerzos generados por flexin son los mas generados por flexin son los mas importantes.importantes.

MECNICA DE FRACTURA MECNICA DE FRACTURA APLICADA A EJES DE MOLINO APLICADA A EJES DE MOLINO

DE CAADE CAA

Como estrategia comn en la industria Como estrategia comn en la industria azucarera del sector se utiliza la azucarera del sector se utiliza la recuperacin por soldadura de ejes cuyos recuperacin por soldadura de ejes cuyos guijos han sufrido desgaste severo.guijos han sufrido desgaste severo.

RECUPERACIN DE EJESRECUPERACIN DE EJES

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Se encontr el mximo esfuerzo en el Se encontr el mximo esfuerzo en el cambio de seccin guijo maza del lado de cambio de seccin guijo maza del lado de entrada de potencia, donde se encuentran el entrada de potencia, donde se encuentran el 35 % de las fallas reportadas.35 % de las fallas reportadas.

El tamao crtico para una fisura El tamao crtico para una fisura semielptica superficial en el cambio de semielptica superficial en el cambio de seccin guijo maza es seccin guijo maza es 3,15 3,15 in, mientras in, mientras que la profundidad critica de una fisura que la profundidad critica de una fisura circunferencial es circunferencial es 1,6 in1,6 in. .

Con el objetivo de asegurar la integridad Con el objetivo de asegurar la integridad estructural de los ejes, debern ser estructural de los ejes, debern ser inspeccionados cada 159 das de operacin inspeccionados cada 159 das de operacin en el caso del eje superior del molino 1 del en el caso del eje superior del molino 1 del tndem 2 del ingenio Manuelita SA.tndem 2 del ingenio Manuelita SA.

ANLISIS COMPARATIVO DE ANLISIS COMPARATIVO DE PROPIEDADES PROPIEDADES

FRACTOMECNICAS DE FRACTOMECNICAS DE MATERIALES DE APORTE MATERIALES DE APORTE

USADOS EN LA USADOS EN LA RECUPERACIN DE EJESRECUPERACIN DE EJES

OBJETIVOSOBJETIVOS

Obtener y comparar las distintas Obtener y comparar las distintas caractersticas fractomecnicas y caractersticas fractomecnicas y microestructurales de cuatro procedimientos microestructurales de cuatro procedimientos de soldadura para identificar cual es el que de soldadura para identificar cual es el que presenta mejores propiedades para la presenta mejores propiedades para la recuperacin de ejes de molino de caa. recuperacin de ejes de molino de caa.

Encontrar la vida remanente y tiempo entre Encontrar la vida remanente y tiempo entre inspecciones para un eje recuperado con el inspecciones para un eje recuperado con el mejor procedimiento encontrado.mejor procedimiento encontrado.

MetodologaMetodologaaplicacin de soldadura sobre un eje pilotoaplicacin de soldadura sobre un eje piloto

METODOLOGAMETODOLOGA

RESUMEN SOLDADURAS RESUMEN SOLDADURAS APLICADASAPLICADAS

1.4 5.7220 24 1/16Tubular

+

Flux coredMA 1 D

1.0 5.7290 24 3/32Tubular

Flux coredMA 1C

1.5 12.5400 30 3/32Tubular

+

FundenteMA 2

1.512.5400 30 3/32Slido

+

FundenteMA 1

B

1.526490 29 3/32Tubular

+

FundenteMA 2

1.5

26490 29 3/32Tubular

+

FundenteMA 1

A

Stick out(in)

Velocidad.Perifrica(in/min)

Amp(A)

Volt(V)

Dimetro(in)

Tipo dealambre

Materialde

aporte

Caractersticas de aplicacinCaractersticas del consumible

Procedimiento

MA: Material de Aporte

GUIJO RECUPERADOGUIJO RECUPERADO

CORTES SECUNDARIOSCORTES SECUNDARIOS

Cortes en las secciones Cortes en la fraccin Cortes en la fraccin Cortes en las secciones Cortes en la fraccin Cortes en la fraccin

central central lateral lateral

APARIENCIA DE LAS PROBETAS APARIENCIA DE LAS PROBETAS DESPUS DEL ENSAYO DE FRACTURADESPUS DEL ENSAYO DE FRACTURA

REGISTROS DE LOS ENSAYOS DE REGISTROS DE LOS ENSAYOS DE FRACTURA PARA TODOS LOSFRACTURA PARA TODOS LOS

MATERIALESMATERIALES

CONCLUSINCONCLUSIN EL PROCEDIMIENTO EL PROCEDIMIENTO A,A, POSEE LAS MEJORES POSEE LAS MEJORES

PROPIEDADES FACTO-MECNICAS EN EL PROPIEDADES FACTO-MECNICAS EN EL MATERIAL DE LA SUPERFICIE, A DEMS DE MATERIAL DE LA SUPERFICIE, A DEMS DE PRESENTAR POCOS DEFECTOS DE PRESENTAR POCOS DEFECTOS DE SOLIDIFICACIN, POR LO QUE ES EL SOLIDIFICACIN, POR LO QUE ES EL RECOMENDADO PARA REALIZAR LA RECOMENDADO PARA REALIZAR LA RECONSTRUCCIN DE LOS GUIJOS DE LOS RECONSTRUCCIN DE LOS GUIJOS DE LOS EJES DE MOLINOS DE CAA DE AZCAREJES DE MOLINOS DE CAA DE AZCAR

EXTENSIN VIDA DE EXTENSIN VIDA DE EQUIPOS DE EQUIPOS DE

PREPARACINPREPARACINuna preparacin correcta de la caa una preparacin correcta de la caa

constituye un paso fundamental para la constituye un paso fundamental para la obtencin del azcar en un Ingenio.obtencin del azcar en un Ingenio.

La parte fibrosa sirve de soporte a la planta, esta La parte fibrosa sirve de soporte a la planta, esta dificulta la extraccin del jugo de la caa, razn dificulta la extraccin del jugo de la caa, razn por la cual debe ser separada.por la cual debe ser separada.

Las consecuencias de una buena preparacin se Las consecuencias de una buena preparacin se evidencian en el aumento de extraccin.evidencian en el aumento de extraccin.

DESCRIPCION DEL PROBLEMA

EXTENSIN VIDA DE EXTENSIN VIDA DE EQUIPOS DE PREPARACINEQUIPOS DE PREPARACIN

DESGASTE DE MARTILLOS 8 DESGASTE DE MARTILLOS 8 DAS DE TRABAJO DAS DE TRABAJO

Aplicacin de capas gruesas de blindaje, observar redondeo

DESFIBRADORA PILOTO DESFIBRADORA PILOTO MANUELITAMANUELITA

Resultados (Mquina experimental)Resultados (Mquina experimental)

EXTENSIN DE VIDA DE EXTENSIN DE VIDA DE CASCOS DE MAZAS (EVCM)CASCOS DE MAZAS (EVCM)

Las altas presiones, el movimiento relativo entre la maza y la caa y la presencia de materia extraa mineral generan altas ratas de desgaste en la superficie de la maza. Se cree que en una maza se presentan tres tipos de desgaste como son el erosivo, corrosivo y abrasivo.

MAZASMAZAS

la fundicin gris es un material de fcil colada, la fundicin gris es un material de fcil colada, por sus buenas propiedades contra el desgaste por sus buenas propiedades contra el desgaste y adems el reemplazo de una maza gastada es y adems el reemplazo de una maza gastada es menos costoso.menos costoso.

La utilizacin de una maza de acero con un La utilizacin de una maza de acero con un rayado ms fino, hace que la caa sufra mayor rayado ms fino, hace que la caa sufra mayor reduccin de tamao en su paso por el molino, reduccin de tamao en su paso por el molino, esto ayuda a mejorar la extraccin esto ayuda a mejorar la extraccin

ASPECTOS DEL PROBLEMAASPECTOS DEL PROBLEMA

Material de la maza (metal base).Material de la maza (metal base). Materiales de recubrimiento aplicados.Materiales de recubrimiento aplicados. Aspectos de diseo: paso, ngulo,Aspectos de diseo: paso, ngulo, Topografa de depsitos de soldadura y Topografa de depsitos de soldadura y

el agarre.el agarre. Condiciones de operacin.Condiciones de operacin.

MAZA EN ESTADO MAZA EN ESTADO DESGASTADODESGASTADO..

En la Figura se muestra una maza en alto estado de desgaste donde se observa que la maza adems de perder material por desgaste progresivo, presenta desprendimiento o ruptura de los picotes (crestas).

PERFIL DEL DIENTE GASTADOPERFIL DEL DIENTE GASTADO

Perfil de diente desgastado

Microestructura de material de recuperacin de mazas. 100X nital 2%

DESGASTE PROGRESIVO Y DESGASTE PROGRESIVO Y DESPRENDIMIENTO DE BLINDAJEDESPRENDIMIENTO DE BLINDAJE

ASPECTOS QUE SE HAN ASPECTOS QUE SE HAN INVESTIGADOINVESTIGADO

RESISTENCIA AL DESGASTERESISTENCIA AL DESGASTE

Se realizaron pruebas contra el Se realizaron pruebas contra el desgaste (Mquina ASTM G-65 ) con desgaste (Mquina ASTM G-65 ) con las soldaduras utilizadas en las soldaduras utilizadas en recubrimiento, Factores: nmero de recubrimiento, Factores: nmero de pasadas, Aporte de Calor y pasadas, Aporte de Calor y porcentaje de elementos aleantes. porcentaje de elementos aleantes.

RESISTENCIA AL DESGASTERESISTENCIA AL DESGASTE Se han probado distintos materiales de Se han probado distintos materiales de

recubrimiento en prueba ASTM G-65 y en recubrimiento en prueba ASTM G-65 y en tribmetro rusotribmetro ruso

COMPOSICIN DE LOS MATERIALES COMPOSICIN DE LOS MATERIALES ENSAYADOSENSAYADOS

-

-------251,10,954

-----

-- 11.4 1 1.3 2.45

--------

271,30,25,43

0,5270,514,82

1231,224,51

MoCrSiMnCECUBRIMIENTO

RESULTADOS DE LA PRUEBARESULTADOS DE LA PRUEBA

0

1

2

3

4

5

6

7

0 1 2 3 4 5

Recubrimiento

Des

gas

te (g

r)

1 pasada2 pasadas

CONCLUSINCONCLUSIN

se encontr que el factor mas importante se encontr que el factor mas importante es el porcentaje de elementos aleantes es el porcentaje de elementos aleantes antes que el numero de capas y el aporte antes que el numero de capas y el aporte de calor.de calor.

TENACIDAD DE PICOTESTENACIDAD DE PICOTES

Picote es soldadura aplicada en la cresta Picote es soldadura aplicada en la cresta de los dientes de maza.de los dientes de maza.

QUE ES UN PICOTE ?QUE ES UN PICOTE ?

ESQUEMA DE LA MAQUINA DE ESQUEMA DE LA MAQUINA DE IMPACTOIMPACTO

Esquema de la probeta para ensayo tipo Izod con sus dimensiones.

COMPOSICIN QUMICA DE COMPOSICIN QUMICA DE LAS MARCAS DE SOLDADURLAS MARCAS DE SOLDADURAA

--

----

74.2

--

----

0,81195F1

75.190,590,7219,753,75E1

75------1,25117,55,25D1

66.90.61.31.625.44.2C1

68------1.10.95B1

66------1.30.2275.4A1

FeAlSiMnCrC

COMPOSICIN QUMICAMARCAS

DISTRIBUCIN DE LOS DATOS DISTRIBUCIN DE LOS DATOS OBSERVADOS POR MARCASOBSERVADOS POR MARCAS

DISTRIBUCIN DE LAS MARCAS

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TENACIDAD AL IMPACTO (Kg*m)

NUMERO DE PROBETAS

A1 B1 C1 D1 E1 F1

CONCLUSIONCONCLUSION El diseo de experimentos mostr que El diseo de experimentos mostr que

existen diferencias significativas entre las existen diferencias significativas entre las marcas de soldaduras. El anlisis estadstico marcas de soldaduras. El anlisis estadstico expuso esas diferencias y claramente se expuso esas diferencias y claramente se puede concluir que la marca con mejores puede concluir que la marca con mejores resultados de tenacidad, en comparacin con resultados de tenacidad, en comparacin con las otras marcas, es la las otras marcas, es la C1C1