Análisis del Desgaste Para el Par Bronce - Acero en un Molino de Caña de Azúcar
Wear Analysis for the Bronze - Steel Pair in a Sugar Cane Mill
Los ejes y las chumaceras de molino de caña de azúcar sufren excesivo desgaste en condiciones normales de operación. En este estudio se efectuaron observaciones metalográficas y de microscopía electrónica de barrido para identificar el mecanismo de desgaste del par bronce-acero. Se encontró que las marcas dejadas sobre la superficie del eje por partículas abrasivas, disminuyen su resistencia a la fatiga y favorecen el crecimiento de fisuras superficiales. Las fisuras se propagan en forma de fisuras semilípticas o circunferenciales. El sobre-calentamiento de las chumaceras produce segregación y fusión del plomo presente en el bronce, permitiendo la formación y propagación de las fisuras.
1. INTRODUCCIÓN
La extracción del jugo presente en la caña se realiza usando un tren de molienda que está constituido por varios molinos, los cuales extraen jugo uno tras otro hasta que la caña preparada se reduce a bagazo. En la Figura 1 se muestra el eje típico de un molino de caña de azúcar, sobre éste se encaba la maza por diferencia de temperaturas. La aplicación de la fuerza sobre el eje se realiza por cilindros óleo neumáticos. Los ejes se apoyan sobre cojinetes de bronce más conocidos como chumaceras, ver figura 1, los ejes tienen la posibilidad de flotar para ajustarse al cambio de molienda y evitar que se fracturen debido a una variación brusca de carga. La velocidad de rotación del eje normalmente está entre 4 y 7 rpm y funcionan durante 24 horas al día en los Ingenios Colombianos.
Los molinos de caña de azúcar habitualmente están contaminados con una gran cantidad de materia extraña de origen mineral y orgánica, que viene con los tallos de la caña. La caña trae parte del suelo, que habitualmente está compuesto por sílice o cuarzo (arena), estos componentes entran en el guijo, que es la parte del eje que se apoya en la chumacera (Figura 1). Esto puede provocar desgaste abrasivo afectando directamente la superficie y dando la posibilidad de inicio de grietas superficiales. El cambio de diámetro del eje hace que el hombro se convierta en un concentrador de esfuerzos y por esta razón los ejes fallan en gran proporción en esta zona. Los molinos de caña tienen como principio el aplicar grandes presiones a la caña a bajas velocidades de rotación, con el fin de extraer el jugo que ésta contiene, por tal motivo los ejes se encuentran sometidos a estados de esfuerzo de flexo- torsión.
2. OBSERVACIÓN MACROCÓPICA Y MICROSCÓPICA DEL EJE
El análisis visual de las superficies desgastadas muestra marcas típicas del desgaste abrasivo por el contacto con partículas duras. Cuando se presenta la flotación del eje la chumacera se levanta permitiendo el ingreso del jugo de la caña con materia extraña favoreciendo el desgaste del par eje-chumacera. La formación de surcos en el eje y la chumacera debido a materia extraña se muestra en la figura 2.
Este documento es un artículo elaborado por John Jairo Coronado Marín (Msc., Profesor - Escuela de Ingeniería Mecánica - Facultad de Ingeniería - Universidad del Valle, Santiago de Cali, Colombia) para la Ingeniería y Competitividad Vol 6, Núm 2. Publicación de la Universidad del Valle. Colombia. Contacto: [email protected]
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