Abstract:
El objetivo de este trabajo fue diseñar y evaluar una metodología experimental y numérica para estudiar la erosión por partículas sólidas transportadas por agua sobre resina
epoxi, analizando la influencia del ángulo de incidencia bajo las condiciones hidráulicas
ensayadas.
Los objetivos específicos se concentraron en construir un sistema piloto para ensayos de erosión por lodos; caracterizar la arena y la resina; realizar ensayos sobre cupones
de resina epoxi a 20◦
, 45◦
, 60◦ y 75◦
; cuantificar el desgaste mediante pérdida de masa,
microscopía óptica y perfilometría de contacto; implementar un modelo de dinámica de
fluidos computacional (CFD) con seguimiento de partículas; y comparar la distribución
del daño obtenida experimental y numéricamente.
Se implementó un modelo computacional en un software de cálculo de elementos
finitos, en el cual se resolvió el campo de velocidades del fluido mediante un modelo de
turbulencia k −ω y las trayectorias de las partículas mediante un enfoque lagrangiano.
A partir de las condiciones de impacto obtenidas, se calculó el desgaste con un modelo
de erosión que separa las contribuciones por deformación y por corte.
La microscopía óptica y la perfilometría mostraron un aumento sistemático del daño
superficial con el ángulo de incidencia. Según el modelo, el corte fue el mecanismo
predominante en todos los ángulos analizados, aunque la participación de la deformación
localizada aumentó desde un 6 % a 20◦ hasta un 43 % a 75◦
. Esta evolución resultó
consistente con la transición observada en las micrografías, desde marcas alargadas y
direccionales hacia improntas de contorno redondeado. En cambio, la pérdida de masa
determinada por gravimetría no permitió aislar el efecto del ángulo, debido al desgaste
de los cantos de los cupones. En consecuencia, se obtuvo una concordancia cualitativa
entre los resultados experimentales y numéricos, mientras que la validación predictiva
del modelo, la evaluación de distintas velocidades de flujo, el ajuste de sus parámetros
con condiciones independientes y la comparación entre modelos de erosión se plantean
como etapas futuras.
