INTRODUCCIÓN
La abrasión es la forma más común que
existe de desgaste ya que se encuentra en todos los sistemas, las causas son
muchas y se debe al contacto que tienen los materiales con diferentes
elementos. Surge por ello la necesidad de realizar ensayo y estudios sobre
estos materiales para poder determinar la dureza de los mismos y así poder
proveer de algún tipo de protección por ejemplo colocando un revestimiento duro
sobre la superficie de estos elementos, es por ello que la utilización de
máquinas de ensayo abrasivo son un requerimiento para esta necesidad.
La finalidad de este proyecto es presentar
a la sociedad la elaboración de este equipo, con todos sus implementos,
herramientas y normas que demande, demostrando lo esencial de este mecanismo,
tomando en cuenta su aplicabilidad en el perno sobre un disco, que técnicamente
es conocido como la máquina de ensayo abrasivo Pin-on-Disk, aplicando la norma
ASTM G99a, ofreciendo un diseño de quipo flexible, con factor de desgaste y
lubricación, para probar metales, verificar el tiempo de duración de su
desgaste, como las modificaciones en la presión, pesas, velocidades, la
variación de movimientos, entre otras variables además optimizando recursos en
materiales como económicos.
MATERIAL Y
MÉTODOS
El presente tema de investigación primará
el enfoque cuantitativo, expone los estudios que se ha realizados en los
factores de un sistema mecánico “Pin on Disk” aplicando la norma ASTM G99A,
relacionándolo en el campo de la tribología, es decir evaluando la influencia en
el desgaste, coeficiente de fricción y el volumen de lubricación ocasionados
por los movimientos en las superficies solidas mientras haya contacto,
aportando conocimientos prácticos y/o técnicos en esta área. Las modalidades de
investigación que se ajustan al presente proyecto de estudio son: Investigación
bibliográfica, porque es necesario recurrir a información documental, libros,
revistas científicas, catálogos, tesis, escritos técnicos, páginas de internet
para de esta manera tener referencias previas, que ayude a realizar este
presente estudio. Se realizará el análisis de cada componente que formarán
parte para el diseño y construcción del presente proyecto, luego ver el
comportamiento que tienen todos los elementos ya implementados en el prototipo
que servirá para hacer el estudio de desgaste de materiales.
Dimensiones del Porta Disco
Las dimensiones de los discos según la
Norma ASTM G99 – 95a, tienen un diámetro de 30 a 100 mm y un espesor de 2 a 10
mm. Para la facilidad en la medición de la huella de desgaste para el diseño
del disco se escoge un diámetro de 115 mm y 10 mm de espesor, según los discos
comerciales de desbaste.
Figura 1. Porta disco
Propiedades físicas de la porta disco
obtenidas mediante software.
Figura
2: Propiedades del Porta Disco
Análisis Documental
El análisis que se realizó durante
la realización del presente proyecto ya que se utilizó el manual que brinda
la norma ASTM G-99A para poder determinar los elementos que forman parte del
conjunto de elementos que ,permitirán integrarse en la realización de
la máquina de ensayo abrasivo, además se la información recabada
permitió realizar los cálculos respectivos para poder determinar el valor
de los parámetros requeridos para el diseño e implementación del
prototipo mencionado en el presente proyecto. DISEÑO DE LA MÁQUINA La máquina
cumple con los parámetros de diseño estipulados según la norma ASTMG
99 –95a obteniendo coeficientes de seguridad relativamente altos que
garantizan la resistencia de los materiales utilizados en la
construcción y el correcto funcionamiento de los mecanismos para
realizar un adecuado ensayo de desgaste, la máquina es
ergonómica y fiable, proporcionando la facilidad de manejo durante
el ensayo de manera confiable y segura. El diseño de los diferentes
materiales utilizados en la construcción de la máquina se mostrará en los
planos, los cuales estarán en el presente proyecto como Anexo H.
ANÁLISIS DE DESGASTE DE DOS MATERIALES
Para validar el correcto
funcionamiento de la máquina implementada, se procedió a realizar un
ensayo de desgaste entre dos materiales (una espiga y un disco), estos datos
obtenidos servirán como referencia para visualizar el trabajo de la máquina.
Los materiales utilizados fueron: material AISI 1020, acero inoxidable AISI
304, y un disco de desbaste de diámetro 115mm, en donde se mantendrá constante
los valores de la velocidad de rotación, las Fuerza ejercida y la distancia de
la espiga al disco; obteniéndose los siguientes resultados:
·
Las características de la espiga:
o
Material AISI 1020
o
Densidad del material 7860kg.m-3.
·
Las características del disco:
o
Material AISI 304
o
Densidad del material 7980kg.m-3.
·
Parámetros para realizar el ensayo de
desgaste son:
o
v = Velocidad de deslizamiento
o
F = Carga
o
r = Distancia entre el centro del disco y la
espiga
Condiciones para ensayo
|
Tiempo(s)
|
Velocidad(rpm)
|
Distancia
de la espiga al disco(mm)
|
Masa
de la espiga(gramos)
|
Longitud
de la espiga(cm)
|
|
60
|
300
|
30
|
28,34
|
77
|
|
60
|
300
|
30
|
28,34
|
77
|
|
60
|
300
|
30
|
28,34
|
77
|
|
60
|
300
|
30
|
28,05
|
76,8
|
|
60
|
300
|
30
|
28,05
|
76,8
|
Tabla 1. Valores obtenidos al realizar un ensayo 1 de
desgaste abrasivo sobre una superficie “suave”
|
Tiempo(s)
|
Velocidad(rpm)
|
Distancia
de la espiga al disco(mm)
|
Masa
de la espiga(gramos)
|
Longitud
de la espiga(cm)
|
|
60
|
300
|
30
|
27,77
|
7,67
|
|
60
|
300
|
30
|
27,77
|
7,67
|
|
60
|
300
|
30
|
27,48
|
7,65
|
|
60
|
300
|
30
|
28,48
|
7,65
|
|
60
|
300
|
30
|
28,48
|
7,65
|
Tabla 2. Valores obtenidos al realizar un ensayo 2 de desgaste
abrasivo sobre una superficie “dura”
Condiciones para ensayo
|
Tiempo(s)
|
Velocidad(rpm)
|
Distancia
de la espiga al disco(mm)
|
Masa
de la espiga(gramos)
|
Longitud
de la espiga(cm)
|
|
60
|
400
|
30
|
28,05
|
76,8
|
|
60
|
400
|
30
|
28,05
|
76,8
|
|
60
|
400
|
30
|
27,77
|
76,7
|
|
60
|
400
|
30
|
27,77
|
76,7
|
|
60
|
400
|
30
|
27,77
|
76,7
|
Tabla 3. Valores obtenidos al realizar un ensayo 3 de desgaste
abrasivo sobre una superficie “suave”
|
Tiempo(s)
|
Velocidad(rpm)
|
Distancia
de la espiga al disco(mm)
|
Masa
de la espiga(gramos)
|
Longitud
de la espiga(cm)
|
|
60
|
400
|
30
|
27,20
|
7,63
|
|
60
|
400
|
30
|
27,20
|
7,63
|
|
60
|
400
|
30
|
26,92
|
7,61
|
|
60
|
400
|
30
|
26,92
|
7,61
|
|
60
|
400
|
30
|
26,92
|
7,61
|
Tabla 4. Valores obtenidos al realizar un ensayo de desgaste
abrasivo sobre una superficie “dura”
Para el registro de resultados del ensayo
se considera lo siguiente:
·
Fuerza de fricción fr
·
Coeficiente de fricción μ, norma ASTM G-99ª
·
Peso inicial de la espiga wi en gramos
·
Peso final de la espiga wf en gramos
·
Pérdida de peso ∆w = wi − wf en
gramos
·
Razón de desgaste q = ∆w/ρ en m3
·
Densidad del material de la espiga ρ
|
ENSAYO
|
Wi
(gramos)
|
Wf
(gramos)
|
(gramos)
|
q(m3)
|
|
Fr(N)
|
|
1
|
28,34
|
28,05
|
0,29
|
3,68957E-08
|
|
|
|
2
|
27,77
|
27,48
|
0,29
|
|
|
|
|
3
|
28,05
|
27,77
|
0,28
|
|
|
|
|
4
|
27,2
|
26,92
|
0,28
|
|
|
|
|
TOTAL
|
|
|
|
Tabla 5. Valores obtenidos al
realizar los ensayos
Con la realización de este ensayo se
verificó que la máquina funciona acorde a lo establecido en la norma ASTM
G-99A, la velocidad de rotación se mantuvo constate sin visualizar cambios
bruscos cuando se procedió a realizar la prueba de desgaste de la espiga ya sea
sobre una superficie suave o dura, con lo que se logró realizar con éxito este
ensayo abrasivo obteniendo una razón de desgaste de 1,45038E-07 m3
|
v(rpm)
|
F(N)
|
r(mm)
|
|
400
|
10
|
30
|
|
300
|
10
|
30
|
CONCLUSIONES
Al revisar los acervos bibliográficos se
pudo encontrar las normas ASTM G-99 en especial la G-99A, la cual sirvió como
manual durante todo el desarrollo del presente proyecto. Se analizó
los componentes que la normas ASTM G-99A, recalca para la fabricación
del presente dispositivo. También se pudo realizar los respectivos
cálculos que permitirán realizar el desarrollo del diseño.Se implementó la
máquina de perno sobre disco para ensayos de desgaste abrasivo para
el laboratorio de materiales de la Universidad Técnica de Cotopaxi.Por
medio de la comparación de los resultados obtenidos se validó el
funcionamiento del equipo mostrando que la desviación de los valores
obtenidos se encuentra dentro del rango permitido por la norma ASTM G-99A.
REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
Ariel, N. (2015). Influencia de la Rugosidad, Tipo de Lubricante y
de Recubrimiento sobre el Desempeño Tribológico de la Región de Sello en
Uniones Roscadas de Uso Petrolero. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR, 1-202. Obtenido
de http://repositoriodigital.uns.edu.ar/bitstream/123456789/2518/1/Tesis%20Doctoral%2
0Nicol%C3%A1s%20Zabala.pdf
&pid=S1692- 17982013000200007
Sánchez, S. (2018).
Chicaiza , R. (2016). ESTUDIO DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO Y
DESARROLLO DE UN UN SISTEMA MECÁNICO PIN ON DISK BAJO NORMA ASTM G-99 Y SU
INFLUENCIA EN EL DESGASTE ADHESIVO DEL TEFLÓN SOBRE EL ACERO AISI 304.
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO, 1-280. Obtenido de
https://repositorio.uta.edu.ec/handle/123456789/22938
AMERICAN
SOCIETY FOR TESTING MATERIALS. Standard Test Method for Wear TEsting with a
Pin-onDisk Apparatus. United States: ASTM, 2010. (ASTM
G99–05).
Flores, C. (2016). ANÁLISIS DE LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA PARA LA CARACTERIZACIÓN
DE LOS ACEITES 20W50 DE DIVERSAS MARCAS QUE SON COMERCIALIZADOS EN EL MERCADO
ECUATORIANO. UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA, 1-69. Obtenido de
https://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/13281/3 /UPS-KT00142.pdf
Florez, O., Higuera, O., & Florez, L. (2007). Evaluación del
desgaste adhesivo del acero AISI-SAE 1020. Scientia Et Technica, XIII (36),
187-191. Obtenido de https://www.redalyc.org/pdf/849/84903635.pdf
Gutiérrez, W., Olaya, J., & Torres, M. (septiembre de 2015).
Construcción de un equipo para desgaste abrasivo según norma ASTM G–65.
Scientia Et Technica, 20(3), 217-224. Obtenido de https://www.redalyc.org/pdf/849/84943818003.pdf
Martynenko, V., Abate, G., Pazos, L., & Marinez , D. (2015).
Diseño y construcción de una máquina pin-on disk para la determinación de
coeficientes de fricción y un ejemplo 56 de aplicación. ResearchGate, 1-3.
Obtenido de https://www.researchgate.net/publication/280085064
Peña, A. (2002). CARACTERIZACIÓN MECÁNICA Y TRIBOLOGICA DEL Al
6061-T651Y DEL Al 6061T651 CON RECUBRIMIENTO DE FOSFATO DE CROMO. INSTITUTO
POLITÉCNICO NACIONAL,
1-220. Obtenido de https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Pu
blic/33/021/33021444.pdf
Pérez, E., Muñoz, G., Souza, R., & Negrín, L. (enero-abril de
2014). Simulación de un sistema tribológico formado por sustrato recubrimiento
rugoso usando métodos numéricos. Ingeniería Mecánica, 17, 48-56. Obtenido de
http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1815-59442014000100006
Ramírez, D., Ramírez, M., Gonzákez , R., Romo, J., Sanchez , A.,
& Lemus , M. (ene- jun de 2017). Simulación computacional como herramienta
para disminuir los costos asociados al diseño mecánico. Retos de la Dirección,
11(1), 82-93. Obtenido de
http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2306-91552017000100006
Rudas, J., Gómez, L., & Toro, A. (Julio-diciembre de 2013).
Modelamiento del proceso de desgaste de un tribómetro pin-disco: Flash
temperature y mecanismos de disipación. Iteckne,
0(2), 1-10. Obtenido de
http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext TRIBÓMETRO “PIN ON DISK”
DE BAJO. UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE VALENCIA, 1-129. Obtenido de
https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/115391/Te odoro%20
%20Dise%C3%B1o%20y%20desarrollo%20de%20un%20trib%C3%B3metro%20pin -on-disk%20de%20bajo%20coste.pdf?
sequence=1&isAllo wed=y