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Un estudio experimental y numérico del daño debido al impacto de partículas en orificios de zafiro utilizados en el corte por chorro de agua a alta presión

Autores: Mlinaric, Markus; Jemaa, Hassen; Hassel, Thomas; Maier, Hans Jürgen

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico


Categoría

Tecnología de Equipos y Accesorios

Subcategoría

Diseño de equipos y herramientas

Palabras clave

Fallo
Orificio
Partículas
Estrés
Prematuro
Experimental

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 18

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
En el presente estudio, se analizaron los mecanismos de daño que causan fallos prematuros de los orificios de chorro de agua de zafiro utilizando un enfoque combinado de modelado experimental y de elementos finitos (FEM). Dependiendo del comportamiento operativo y las condiciones locales, la vida útil de los orificios para corte por chorro de agua a alta presión a menudo se desvía considerablemente de las especificaciones del fabricante. La literatura indica una vida útil típica de 50 a 100 h, mientras que en algunos casos se puede observar un fallo prematuro después de unas pocas horas o incluso minutos de operación. El enfoque de este artículo está en la interacción de las partículas que impactan la superficie del orificio, pero también se tiene en cuenta el efecto de un ensamblaje defectuoso del orificio. Para estimar el riesgo de fallo, se calculó la distribución de tensiones en partes críticas del orificio a través de FEM, que se alimenta con datos experimentales. Luego se utilizó el criterio de fallo de Mohr modificado para evaluar las distribuciones de tensiones con respecto al posible fallo de la joya del orificio. Los resultados revelaron que el riesgo de daño causado por fuerzas de precarga de ensamblaje excesivas es marginal. La tensión causada por el impacto de partículas de diferentes tamaños es hasta cuatro órdenes de magnitud mayor que la tensión causada por las fuerzas de ensamblaje y, por lo tanto, se identifica como el principal riesgo de que los orificios fallen prematuramente. Los datos experimentales muestran principalmente partículas de carbonato de calcio y silicatos de hierro-aluminio, que son compuestos que se originan en el agua del proceso. Se demuestra que las partículas son más críticas de lo que se asumía anteriormente en la literatura. Este artículo identifica partículas con un diámetro de más de 10 um como críticas cuando no hay otras cargas presentes. En operación, incluso partículas tan pequeñas como 2 um de diámetro pueden causar daño a la joya del orificio. Para prevenir fallos prematuros del orificio debido a partículas extrañas, se recomienda la filtración de agua con una malla de 2 um, mientras que la investigación futura debe centrarse en el diseño del cabezal de corte interior para prevenir la precipitación del agua del proceso.

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