Simulación del proceso de fusión y colada y análisis tensional estático de hub y eje lento para molino eólico de baja potencia

Abstract

El creciente uso y extensión de los molinos eólicos para la producción de energía requiere de avances en investigación y desarrollo de materiales que puedan aportar mejoras de propiedades mecánicas en sus componentes frente a los comúnmente utilizados. En este sentido, en este trabajo se plantea la posibilidad de simular el proceso de fusión y colada de una pieza denominada “HUB-EJE LENTO” utilizando tres materiales con potenciales propiedades mecánicas para la aplicación. Se busca obtener piezas sanas (con nula o baja porosidad) para los tres materiales candidatos. Los materiales son: acero con composición química apta para obtener una estructura bainítica libre de carburos, aleación de Aluminio 3xx.x (aleaciones aptas para fabricar piezas coladas, aleadas con Si, Cu y Mg) y fundición Gris Nodular con composición química apta para obtener una microestructura ausferrítica (Fundiciones ADI-Austempered Ductile Irons). Tradicionalmente, se suele fabricar el hub y el eje lento por separados, por lo que la producción de ambos componentes en una única pieza monolítica resulta un aspecto innovador en este trabajo. Si bien fabricar ambas partes como una pieza solidaria puede traer alguna dificultad con respecto al diseño del molde y colada del metal líquido, esto se compensa con el hecho de evitar un aspecto negativo como la eventual soldadura para promover la unión de ambas partes fabricadas individualmente. El proceso de soldadura puede dar lugar a la generación de concentradores de tensiones, lo que puede llevar a una falla prematura de la pieza y, por ende, a una disminución de su vida útil. En el presente trabajo, primeramente, se diseñó el conjunto “HUB- EJE LENTO” como una pieza monolítica utilizando el software Solidworks para un molino de baja potencia. Luego, se desarrollaron los sistemas de colada, con los enfriadores y los sistemas de alimentación y realimentación para cada material propuesto. Se propusieron dos alternativas de moldeo para la fabricación de este producto: en moldeo horizontal y vertical. Después, según un criterio adoptado, se optó por la elección de uno para efectuar las simulaciones. Una vez hecho esto, se importaron todos los elementos a MAGMASOFT en un formato adecuado para realizar las simulaciones. De esta manera, se utilizaron las variables de colada predeterminadas que ofrecía el programa y se analizó la calidad de las piezas obtenidas en función de la distribución y cantidad de porosidad. Consecuentemente, se modificaron parámetros geométricos de diseño (correspondientes a los enfriadores o al sistema de realimentación) y condiciones de colada para refinar aún más los resultados. Las simulaciones realizadas permitieron obtener una configuración de sistema de colada que permitiría fabricar la pieza “HUB- EJE LENTO “libre de defectos de colada. Posteriormente se realizó una simulación mecánica, con el que se buscó llevar a cabo una simulación estática de la pieza “HUB-EJE LENTO”, utilizando como material de fabricación la aleación de aluminio propuesta. Estas simulaciones se realizaron utilizando un complemento disponible en el software Solidworks, buscando identificar la región más solicitada y verificar si las solicitaciones aplicadas superaban a las propiedades mecánicas del material propuesto para su construcción. Las simulaciones mostraron que la pieza “HUB- EJE LENTO “diseñada en aleación de aluminio soportaría las condiciones mecánicas de servicio. Por último, se fabricó un prototipo funcional de la pieza monolítica “HUB-EJE LENTO “con uno de los materiales de interés usando la técnica de fusión y colada, a partir de las condiciones de proceso optimizadas en las simulaciones efectuadas con el programa MAGMASOFT. Mail de los autores Grisolía, Joaquín <joaquingrisolia.9565@gmail.com>