Diseño y simulación de una cortadora de materiales del tipo waterjet para uso industrial

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Juan Felipe Alba Gómez
Carlos Andrés Aguirre Rodríguez

Resumen

El corte por chorro de agua abrasivo (AWJ) es una tecnología moderna que tiene la capacidad de cortar cualquier tipo de material sin producir zonas afectadas térmicamente (ZAT) ya que no se genera ningún aporte de calor durante el mismo. Este proyecto muestra y estudia, por medio de la dinámica de fluidos computacional (CFD), el comportamiento del agua y las partículas del abrasivo utilizadas para este tipo de cortes en el diseño de la máquina, con el fin de demostrar la factibilidad del diseño propuesto. Este análisis usa el modelo turbulencia k-ε, ya que, ante otros modelos, éste se acopla mejor al fenómeno a evaluar y genera un menor consumo de recursos computacionales; así mismo, se realiza la configuración de un fluido mezcla y la creación de una partícula sólida de arrastre y de impacto. Para el diseño de la waterjet se examinaron múltiples piezas comerciales y artículos relacionados con la temática, con el fin de seleccionar las medidas y materiales adecuados, apoyándose en piezas estandarizadas de fácil obtención con proveedores y empresas fabricantes nacionales en su mayoría, con el fin de crear una máquina que responda a las necesidades de las pequeñas y medianas industrias del país. En el presente estudio se demuestra la viabilidad del diseño de la máquina de corte sustentado con diferentes tipos de cálculos hidráulicos específicos para este tipo de máquinas hidráulicas, alcanzando velocidades del fluido optimas que logren acelerar la partícula lo suficiente según previas investigaciones y un óptimo comportamiento de trabajo durante las simulaciones realizadas bajo una prueba de diferentes variables utilizando las características del material más cercanas al abrasivo utilizado en este tipo de cortes, el granate.

Detalles del artículo

Sección
Artículos Vol. 10-2
Biografía del autor/a

Juan Felipe Alba Gómez

Empresa de Soluciones, Servicio e Innovación ESSI S.A.S  

Carlos Andrés Aguirre Rodríguez

Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás, Seccional Tunja.

Citas

AHMADI-BROOGHANI, S. Y., HASSANZADEH, H., & KAHHAL, P. (2007). Modeling of single-particle impact in abrasive waterjet machining. Int J Mech Sys Sci Eng,

ALDAZABAL, J., MARTÍN-MEIZOSO, A., BANNISTER, A., CICERO GONZÁLEZ, S., & KLIMPEL, A. (2016). Propiedades mecánicas de las zonas afectadas por un corte láser, corte por plasma y oxicorte de una chapa de acero S460M de 15 mm de espesor.

ANCCA QUIROZ, E. M., & HUAMANI, R. H. (2017). Evaluación y determinación de la zona afectada por el calor en el acero
A36 por efecto del corte térmico entre los procesos oxiacetilénicos y plasma.

ARCOS VILLACÍS, P. A., & FIALLOS ORTIZ, J. D. (2010). Análisis comparativo de los procesos de corte por plasma, oxicorte y arc air aplicados a metales (Bachelor's thesis, QUITO/EPN/2010).

CHAVEZ J., & RODRIGUEZ, J. (2016). Diseño de una Boquilla para corte por chorro de agua de bajo costo. (Tesis UNAM, Ciudad universitaria, Ciudad de México) CRISTANCHO SANCHEZ, L. D. (2018). Efecto de la Redondez de la Arena Sobre el Desgaste Abrasivo A 3 Cuerpos Según la Norma Astm G65.

D., GARCÍA, T., CICERO, S., LACALLE, R., ÁLVAREZ, J. A., MARTÍN-MEIZOSO, A., & ALDAZÁBAL, J. (2015). Evaluación de las propiedades de tracción mediante ensayos Small Punch en la zona afectada por los cortes térmicos. In Anales de Mecánica de la Fractura (Vol. 32, pp. 593- 598).

FRANCO, A. F. V., & PAREDES, M. F. (2017). Corte mediante chorro de agua-abrasivo. Síntesis Tecnológica, (1), 36-38.

GAUERT, C. D. K., VAN DER WESTHUIZEN, W. A., CLAASEN, J. O., VILJOEN, S., & GROBLER, J. (2013). A progress report on ultra-high-pressure waterjet cutting underground: the future of narrow reef gold and PGE mining. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 113(6), 0-0.

GROOVER, M. P. (1997). Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas. Pearson Educación.

INFANTE, S. A., DOMÍNGUEZ, A. B., SÁNCHEZ, M. C., LÓPEZ, R. L., MAÑAS, J. N., & HOLGUERAS, R. S. Herramientas de corte: desarrollo histórico y futuro.

KATZ, J. (1986). Desarrollo y crisis de la capacidad tecnológica Latinoamericana: el caso de la industria metalmecánica.

KRAR, S. F., CHECK, A. F., & SMID, P. (2002). Tecnología de las máquinas-herramienta. Alfaomega. LEVIN, I., & BRANDON, D. (1998). Metastable alumina polymorphs: crystal structures and transition sequences. Journal of the american ceramic society, 81(8), 1995-2012.

MARTÍN-MEIZOSO, A., ALDAZABAL, J., PEDREJÓN, J. L., & MORENO, S. (2014). Caracterización de la Zona Afectada por un Oxicorte. In Anales de Mecánica de la Fractura (Vol. 31, No. 04, p. 04).

MATAIX, C. (1982). Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas. Oxford University Press. MÉNDEZ, M. V. (1995). Tuberías a presión en los sistemas de abastecimiento de agua. Universidad Catolica Andres.

MEURLING, F., MELANDER, A., LINDER, J., LARSSON, M., "The influence of mechanical and laser cutting on the fatigue strengths of carbon and stainless sheet steels" Scand J Metall, vol. 30, no. 5, pp. 309-319.

MOSTOFA, M. G., KIL, K. Y., & HWAN, A. J. (2010). Computational fluid analysis of abrasive waterjet cutting head. Journal of mechanical science and technology, 24(1), 249-252.

OSTILLA, M. B., BALDO, P. J. R., & MARINO, J. M. Estudio de prefactibilidad para la construcción de una máquina de corte con agua para láminas de acero inoxidables de ½” de espesor.

PADILLA, E. D. (1999). Aplicaciones de los aceros inoxidables. Revista del Instituto de Investigación de la Facultad de Ingeniería Geológica, Minera, Metalurgica y Geográfica, 2(3), 11-22. PAGLIA, G. (2004). Determination of the structure of y-alumina using empirical and first principle calculations combined with supporting experiments (Doctoral dissertation, Curtin University).

PEMAN, T. P. G. (2015). Comportamiento en fatiga de componentes estructurales obtenidos mediante oxicorte, corte por plasma y corte por láser: comparativa y definición de curvas SN de diseño (Doctoral dissertation, Universidad de Cantabria).

RAMÓN, H., & JAVIER, F. (2014). Diseño y construcción de una máquina de control numérico por corte CO2 láser de 40 watts para acrílico de hasta 4 mm (Bachelor's thesis, Quito/UIDE/2014).

REAL SALADRIGAS, E. (2001). Aportaciones al estudio del comportamiento a flexión de estructuras de acero inoxidable. Universitat Politècnica de Catalunya. REYES-ORTIZ, Ó. J., & MILLÁN-MONTEJO, S. (2009). Influencia de la temperatura, la granulometría y el agua en la cohesión de mezclas asfálticas. Ingeniería y Universidad, 13(2), 309-324.

SHAMES, I. H., MONEVA, J. M., & CRUSELLS, S. P. (1967). La mecánica de los fluidos (Vol. 2). McGraw-Hill