ANÁLISIS DE ESFUERZOS EN LOS RINES DE LLANTAS RADIALES VS LLANTAS CONVENCIONALES EN MAQUINARIA AGRÍCOLA

JUAN PABLO ZERTUCHE CALDERÓN

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECÁNICA

SANTIAGO DE CALI 2016

ANÁLISIS DE ESFUERZOS EN LOS RINES DE LLANTAS RADIALES VS LLANTAS CONVENCIONALES EN MAQUINARIA AGRÍCOLA

JUAN PABLO ZERTUCHE CALDERÓN

Pasantía Institucional para optar al título de Ingeniero Mecánico

Director: HECTOR ENRIQUE JARAMILLO SUÁREZ, PhD.

Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECÁNICA

SANTIAGO DE CALI 2016

Nota de aceptación

Aprobado por el Comité de Grado en

cumplimiento de los requisitos

exigidos por la Universidad

Autónoma de Occidente para optar al

título de Ingeniero Mecánico.

HELVER MAURICIO BARRERA

Jurado

CARLOS ALBERTO HERRAN

Jurado

Santiago de Cali, 18 de Noviembre de 2017

CONTENIDO

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RESUMEN 11 INTRODUCCIÓN 12 1. OBJETIVO GENERAL Y ESPECÍFICOS 13 2. MARCO TEÓRICO 14 2.1. LLANTAS AGRÍCOLAS 14 2.2. PARTES DE UNA LLANTA 14 2.3. MATERIALES DE FABRICACIÓN 16 2.4. TIPOS DE LLANTAS 17 2.5. FABRICACIÓN DE LAS LLANTAS 18 2.6. EL RIN Y SUS PARTES 20 2.7. EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS EN LA SIMULACIÓN 22 DE COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LA LLANTA 2.7.1. Modelo hiperelástico 23 2.7.1.1. Polinomial 23 2.7.1.2. Mooney-Rivlin 24 2.7.1.3. Yeoh 24 2.7.1.4. Nuevo Hookeano 25 2.7.1.5. Ogden 25

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2.7.1.6. Hyperfoam de Ogden 26 3. DESARROLLO DE LA GEOMETRÍA Y DEFINICIÓN DE LAS 27 CONDICIONES DE ANÁLISIS 3.1. LAS GEOMETRÍAS DE LOS MODELOS 27 3.2. MATERIALES DE SIMULACIÓN 29 3.3. PROCESO DE MALLADO 30 3.4. CONDICIONES DE FRONTERA Y CARGAS 34 3.4.1. Restricciones 34 3.4.2. Cargas 36 3.4.3. Análisis del rin bajo diferentes condiciones de operación 39 3.4.3.1. El rin bajo condiciones de operación y servicio normal 39 3.4.3.2. El rin con diferentes presiones de inflado y cantidad de superficies 39 de contacto 3.4.3.3. El rin bajo condición de impacto entre las llantas y un hueco 39 4. RESULTADOS DE SIMULACIÓN 40 4.1. EL RIN BAJO CONDICIONES DE OPERACIÓN Y SERVICIO NORMAL 40 4.1.1. Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 40 4.1.2. Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear 43 4.2. EL RIN CON DIFERENTES PRESIONES DE INFLADO Y CANTIDAD 46 DE SUPERFICIES DE CONTACTO 4.2.1. Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 46 4.2.2. Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear 47 4.3. EL RIN BAJO CONDICIÓN DE IMPACTO ENTRE LAS LLANTAS 48 Y UN HUECO 4.3.1. Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 48

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4.3.2. Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear 51 4.4. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES 53 5. EVALUACIÓN ECONÓMICA 55 5.1. EVALUACIÓN ECONÓMICA 55 5.2. PROPUESTA DE SOLUCIÓN 57 5.3. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES 58 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 59 BIBLIOGRAFÍA 61 ANEXOS 62

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LISTA DE TABLAS

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Tabla 1. Materiales de fabricación de una llanta radial 17 Tabla 2. Materiales Modelo Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 29 Tabla 3. Materiales Modelo Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear 29 Tabla 4. Cantidad de elementos Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 32 Tabla 5. Cantidad de elementos Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear 33 Tabla 6. Tarifas de servicios ofrecidos por KalTire 55

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Estructura llanta 15 Figura 2. Llanta convencional y llanta radial 17 Figura 3. Proceso de fabricación de las llantas 19 Figura 4. Estructura rin 20 Figura 5. Características geométricas conjunto Llanta-Rin 21 Figura 6. Modelo simplificado conjunto Llanta-Rin 27 Figura 7. Partes del modelo llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 28 Figura 8. Partes del modelo llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear 28 Figura 9. Tamaño elemento vs desplazamiento llanta 620/75R26 Michelin 30 Megaxbib Figura 10. Tamaño elemento vs desplazamiento llanta 23.1-26 31 Tractocañera Goodyear Figura 11. Malla llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 31 Figura 12. Malla llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear 32 Figura 13. Restricciones de contacto tipo Tie 34 Figura 14. Condición de no desplazamiento en los modelos de simulación 35 Figura 15. Condición de fijación en los modelos de simulación 35 Figura 16. Carga producida por el peso del vagón ccmil 36 Figura 17. Presión de inflado llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 37 Figura 18. Presión de inflado llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear 37

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Figura 19. Carga máxima aplicada 38 Figura 20. Desplazamiento llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 40 Figura 21. Desplazamiento zona inferior llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 41 Figura 22. Esfuerzos de von Mises llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 41 Figura 23. Desplazamiento rin de 26” – llanta radial 42 Figura 24. Esfuerzos de von Mises rin de 26” – llanta radial 42 Figura 25. Desplazamiento llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear 43 Figura 26. Desplazamiento zona inferior llanta 23.1-26 Tractocañera 44 Goodyear Figura 27. Esfuerzos de von Mises llanta 620/75R26 Tractocañera 44 Goodyear Figura 28. Desplazamiento rin de 26” – llanta convencional 45 Figura 29. Esfuerzos de von Mises rin de 26” – llanta convencional 45 Figura 30. Desplazamientos en Y generados por la variación de la presión 46 por zona de contacto - llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib Figura 31. Esfuerzos rin generador por la variación de la presión por zona 46 de contacto – llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib Figura 32. Desplazamientos en Y generados por la variación de la presión 47 por zona de contacto llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear Figura 33. Esfuerzos rin generador por la variación de la presión por zona 48 de contacto – llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear Figura 34. Desplazamiento máximo llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 49 Figura 35. Esfuerzos de von Mises máximo llanta 620/75R26 Michelin 49 Megaxbib Figura 36. Desplazamiento máximo rin de 26” – llanta radial 50 Figura 37. Esfuerzos de von Mises máximos rin de 26” – llanta radial 50 Figura 38. Desplazamiento máximo llanta 23.1-26 Tractocañera 51

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Goodyear Figura 39. Esfuerzos de von Mises máximo llanta 23.1-26 Tractocañera 52 Goodyear Figura 40. Desplazamiento máximo rin de 26” – llanta convencional 52 Figura 41. Esfuerzos máximos de von Mises rin de 26” – llanta convencional 53 Figura 42. Posición de la llanta en vagón ccmil 55 Figura 43. Rines desmontados por posición de llanta 2015 56 Figura 44. Número de reparaciones realizadas en los rines ya reparados 56 Figura 45. Consolidado de costos facturados 2015 KalTire 57 Figura 46. Consolidado de costos final 2015 58 Figura 47. Comparación de consolidados 2015 58

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LISTA DE ANEXOS

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Anexo A. Plano llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib 62 Anexo B. Plano llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear 63

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RESUMEN

Este trabajo tuvo como objetivo evaluar las fallas producidas en los rines de 26” que usan las llantas radiales (620/75R26 Michelin Megaxbib) y/o convencionales (23.1-26 Tractocañera Goodyear) del ingenio Mayagüez, utilizando el método de elementos finitos. Las llantas son el complejo conjugado de varias partes fabricadas con distintas clases de elastómeros, por lo que se utilizó un modelo hiperelástico Mooney-Rivlin. Los modelos de elementos finitos y las condiciones

de frontera de cada análisis, fueron desarrollados mediante el software 𝐴𝐵𝐴𝑄𝑈𝑆𝑇𝑀 (Dassault Systemes Americas Corp., Waltham, Massachusetts, EE.UU). Cada análisis fue implementado realizando variaciones en las variables de interés. En una etapa inicial se simularon las condiciones de operación y servicio a las cuales se ven sometidos los rines, posteriormente se realizaron variaciones tanto en la zona de contacto como en la presión de inflado, para obtener el efecto sobre el rin, y como paso final se simuló el impacto producido entre la llanta y un hueco, para evidenciar la elevación de los esfuerzos que se producen en el rin de 26”. Finalmente, se obtuvo como resultado que el rin de 26” no falla a causa del tipo de llanta que se utilice, debido a que desde el punto de vista de diseño mecánico, ninguna de las llantas de estudio, pone en riesgo la vida útil del rin, llevando a concluir que las fallas pueden ser ocasionadas por agentes externos al tipo de llanta utilizada, como lo son oxidación, soldadura, procesos de fabricación y/o mala operación. Palabras Clave: Elementos finitos. Hiperelasticidad. Mooney-Rivlin. Llanta agrícola. Rin agrícola. Desplazamiento. Esfuerzo. Impacto.

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INTRODUCCIÓN Las Llantas permiten a un vehículo desplazarse sobre todo tipo de terrenos (pavimento, tierra, barro, césped, etc…) de forma cómoda y segura. La complejidad de su forma y las partes que la integran poseen una gran variedad de materiales. Su principal componente es el caucho, el cual es un material polimérico capaz de recuperar su forma dependiendo del tipo de esfuerzo al que sea sometido. Las llantas se dividen en dos tipos, radiales y convencionales, su diferencia radica en la forma en la que se ubican las lonas de trabajo durante la fabricación de las mismas. Las llantas convencionales se caracterizan por tener ubicadas las lonas de trabajo de forma diagonal y las llantas radiales se caracterizan por ubicar las lonas de trabajo de manera que formen semiovalos a lo largo de la carcasa de la llanta. Durante las labores desarrolladas en el Ingenio Mayagüez (siembra, cosecha y transporte de caña) se emplean ambos tipos de llantas, y según estudios realizados por KalTire (www.kaltire.com), se detectó que las llantas radiales tienden a fallar, en su gran mayoría, debido a sobrecarga o baja presión de inflado, calentamiento de la banda o defectos de fabricación. Las llantas convencionales fallan debido a daños en las pestañas ocasionados por falta de lubricación o uso incorrecto de las herramientas durante el proceso de montaje y por separación de la banda de rodamiento. Solucionar este tipo de fallas para prolongar la vida útil de las llantas es posible chequeando presiones constantemente, tomando todas las medidas de seguridad durante los procesos, evitando sobrecarga en los vagones y realizando los desplazamientos a las velocidades establecidas según la capacidad de carga de las llantas. Se ha encontrado que los Rines de 26 pulgadas presentes en ambos tipos de llantas fallan presentando grietas en toda la extensión del mismo, interrumpiendo de esta forma el proceso y poniendo en riesgo la vida útil de las llantas. En este documento se presenta el análisis de la falla que se produce en los rines de 26 pulgadas empleados por los vagones de transporte de caña de azúcar (CCMIL) del Ingenio Mayagüez. Estos vagones utilizan llantas Radiales (620/75R26 Megaxbib Michelin) y/o Convencionales (23.1–26 Tractocañera Goodyear), por lo que se realizó el análisis comparativo de los resultados obtenidos de un análisis de elementos finitos, para finalmente establecer la causa de la falla, las condiciones más críticas y el tipo de llanta que ocasiona más daño en los rines. Para lograr esto se desarrolló un modelo CAD (Computer Aided

Design) en el Software 𝑆𝑜𝑙𝑖𝑑𝑊𝑜𝑟𝑘𝑠𝑇𝑀 (SolidWorks Corp., Waltham,

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Massachusetts, EE.UU) de los conjuntos llanta-rin y se exportaron al Software de

Elementos Finitos 𝐴𝐵𝐴𝑄𝑈𝑆𝑇𝑀 (Dassault Systemes Americas Corp., Waltham, Massachusetts, EE.UU). Se establecieron las condiciones de frontera y los datos obtenidos de las simulaciones se compararon con las mediciones realizadas durante la operación de los equipos.

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1. OBJETIVO GENERAL Y ESPECIFICOS El objetivo general de este proyecto fue evaluar las fallas producidas en los Rines con diámetro de 26 pulgadas que usan Llantas Radiales (620/75R26 Megaxbib Michelin) y/o Convencionales (23.1 – 26 Tractocañera Goodyear). A partir del objetivo general se plantearon los siguientes objetivos específicos.

Evaluar desde la Resistencia de Materiales y de Diseño Mecánico los Rines empleados en ambos tipos de llantas.

Realizar una evaluación económica de las pérdidas ocasionadas por las falla de los Rines de 26 pulgadas.

Establecer la causa de la falla de los Rines de 26 pulgadas utilizados en las llantas Radiales (620/75R26 Megaxbib Michelin) y/o Convencionales (23.1 – 26 Tractocañera Goodyear).

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2. MARCO TEÓRICO 2.1. LLANTAS AGRICOLAS El proceso de fabricación de las llantas utiliza alrededor de 20 o más componentes, de los cuales 15 son compuestos del caucho. Todos los materiales son procesados y cumplen con una función en particular para su óptimo funcionamiento, lo que hace que su estructura sea de alta complejidad. Entre las funciones más importantes de las llantas se encuentran:

Servir como interfaz entre el vehículo y el terreno

Soportar el peso del vehículo y sus pasajeros

Ejercer fricción con el terreno

Absorber las irregularidades del terreno 2.2. PARTES DE UNA LLANTA Independiente del tipo de llanta que se trate (convencional o radial), ambos se componen por diferentes elementos como: Banda de rodamiento, costados, hombros, talones, carcasa, lonas estabilizadoras, revestimiento interior y relleno del talón (Figura 1). A continuación se explica la función que cumple cada uno de los componentes:

Banda de rodamiento: Es el componente de la llanta más resistente al desgaste por estar en contacto con el suelo. La banda de rodamiento tiene que ser diseñada para poseer resistencia al desgaste, tracción, rodado silencioso y baja generación de calor. El caucho de la banda de rodamiento está compuesta de una mezcla de Estireno-Butadieno (SBR).

Flancos: Son las porciones del contorno de la llanta entre los talones y la banda de rodamiento que tienen las funciones primarias de soporte y control en el

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manejo. El caucho de la pared es un compuesto de alta flexibilidad y resistente al clima.

Hombro: Es la porción superior de la pared justo bajo el borde de la banda de rodamiento. El diseño de los hombros afecta la generación de calor en la llanta y las características de control direccional.

Talones: Están compuestos por alambres de acero de alta tenacidad conformados en un aro inextensible. Las funciones del talón son anclar las telas de cuerpo (carcasa) y retener el ensamble de la llanta con el rin.

Carcasa: Son capas de cuerdas que se extienden de talón a talón y son los miembros estructurales y de refuerzo de la llanta. Las telas son volteadas hacia arriba alrededor del talón, por lo que permiten bloquear al talón en la carcasa de la llanta.

Lonas Estabilizadoras: Son capas angostas de cuerdas colocadas directamente debajo de la capa de rodadura de la llanta. Las telas estabilizadoras son de ángulo mayor que el de las telas de la carcasa y actúan restringiendo el movimiento de estás. Debido a la alta rigidez, las telas estabilizadoras permiten que la llanta resista deformaciones en el área de contacto de la banda de rodadura con el camino.

Revestimiento Interior ó Butilo: Es una capa delgada de caucho en el interior de la llanta cuya función es contener el aire comprimido.

Relleno del Talón: Son cintas angostas de material colocadas alrededor del exterior del talón para proteger las telas de cuerpo (carcasa) contra el desgaste o cortes del aro, distribuyen la flexión sobre el aro y previenen la penetración de humedad y contaminación dentro del neumático.

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Figura 1. Estructura llanta

Fuente: Llantas Radiales, [en línea]. Monterrey: Valan Llantas, 2015 [consultado 17 de agosto de 2015]. Disponible en internet: http://www.valanllantas.com/llantas-radiales/ 2.3. MATERIALES DE FABRICACION Los elastómeros o cauchos son los principales componentes de las llantas, lo que hace que la fabricación de las mismas ocupe el 60% de la producción anual de caucho. Este material polimérico capaz de recuperar su forma dependiendo del tipo de esfuerzo al que esté sometido, proviene del árbol Hevea Brasiliensis y se obtiene mediante un tratamiento de sangrado, el cual consiste en hacer un corte de forma diagonal en la corteza del árbol, lugar por donde fluye el látex hasta depositarse en un recipiente ubicado en la parte inferior de la herida. Hoy en día el caucho natural alcanza el 30% del mercado de los cauchos, el resto lo ocupan los cauchos sintéticos, todos basados en hidrocarburos. Los tipos de caucho más empleados en la fabricación de los neumáticos son:

Caucho natural (NR): este tipo de caucho se caracteriza por tener una resilencia excepcional, buena resistencia al desgarro, a la abrasión y a la fatiga por flexión, además posee una excelente elasticidad. Así mismo cuenta con excelente resistencia a la tracción y pueden operar a muy bajas temperaturas (-54ºC). No es recomendable su uso para altas temperaturas, y donde puede estar en contacto con ozono, luz solar, petróleo e hidrocarburos.

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Estireno-Butadieno (SBR): se desarrolló originalmente para sustituir al caucho natural en la fabricación de neumáticos. El SBR posee muy buena resistencia a la fatiga, sin embargo no es resistente a los fluidos a base de petróleo.

Polibutadieno (BR): posee una excelente flexibilidad a bajas temperaturas (-62ºC), una elevada resilencia, resistencia a la abrasión y a la flexión. No se recomienda su uso con aceites, o combustibles a base de hidrocarburos.

Poli-isoprenos sintéticos (IR): la pureza del poliisopreno sintético proporciona mayores propiedades dinámicas con una mejor resistencia a la intemperie. La falta de elementos orgánicos del árbol en los poliisoprenos sintéticos tiene como consecuencia un caucho con menor olor.

Por lo general las llantas son sometidas a un proceso de vulcanización en donde el caucho pasa de ser un material termoplástico a elastomérico. Durante este proceso se agregan otros materiales al caucho para mejorar sus propiedades, tales como: suavizantes, que aumentan la trabajabilidad del caucho antes de la vulcanización; óxido de Zinc y de Magnesio, los cuales son mezclados para reducir el tiempo de vulcanización de varias horas a pocos minutos; antioxidantes, para dar mayor vida al caucho sin que se degrade por la acción del oxígeno y el ozono; y finalmente negro de humo, obtenido por combustión incompleta de gases naturales, el cual entrega mayor resistencia a la abrasión y a la tensión1.

En general según la Rubber Manufacters Association2, las llantas están compuestas por los siguientes materiales (Cuadro 1):

1 CASTRO Guillermo. Materiales y Compuestos para la Industria del Neumático [en línea]. Buenos Aires, 2008 [consultado 17 de agosto de 2015]. Disponible en Internet: http://campus.fi.uba.ar/file.php/295/Material_Complementario/Materiales_y_Compuestos_para_la_Industria_del_Neumatico.pdf. 2 Ibíd., Disponible en Internet: http://campus.fi.uba.ar/file.php/295/Material_Complementario/Materiales_y_Compuestos_para_la_Industria_del_Neumatico.pdf.

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Cuadro 1. Materiales de fabricación de una llanta radial

MATERIAL % COMPOSICIÓN FUNCIÓN

Caucho 47% Estructural-Deformación

Negro Humo 21,5% Mejora Oxidación

Acero 16,5% Esqueleto Estructural

Materia Textil 5,5% Esqueleto Estructural

Óxido de Zinc 1% Catalizador

Azufre 1% Vulcanización

Aditivos 7,5% Durabilidad

Fuente: CASTRO, Guillermo. Materiales y Compuestos para la Industria del Neumatico [en línea]. Buenos Aires, 2008 [consultado 17 de agosto de 2015]. Disponible en Internet: http://campus.fi.uba.ar/file.php/295/Material_Complementario/Materiales_y_Compuestos_para_la_Industria_del_Neumatico.pdf 2.4. TIPOS DE LLANTAS Existen dos tipos de llantas en el mercado actual convencionales y radiales, cada una con sus características y ventajas respecto al desempeño y facilidad de disposición. Figura 2. Llanta convencional y llanta radial

Fuente: MARQUEZ, Luis. Especial Neumáticos Agrícolas [en línea] 2010 [consultado 17 de agosto de 2015]. Disponible en Internet: http://www.mapama.gob.es/imagenes/es/neumaticos.pdf

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Las llantas convencionales (Figura 2a.), se caracterizan por tener ubicadas las lonas de trabajo de forma diagonal, alternando su dirección entre capa, este tipo de disposición ayuda a que la llanta obtenga mayor dureza y estabilidad, permitiéndole soportar la carga del equipo. “La desventaja de este diseño es que proporciona una dureza que no le permite a la llanta ajustarse adecuadamente a la superficie de rodamiento, ocasionando un menor agarre, menor estabilidad en curvas y mayor desgaste y consumo de combustible”3. Las llantas radiales (Figura 2b.), se caracterizan por poseer a diferencia de las convencionales, lonas de refuerzo (Acero), y ubicar las lonas de trabajo de manera tal que se encuentren dirigidas hacia el centro formando una especia de óvalos a lo largo de la carcasa de la llanta, siendo estas las que soportan la carga del equipo. Este tipo de construcción permite que la llanta sea más suave, lo que permite tener mayor confort, manejabilidad, adherencia a la superficie de rodamiento, tracción, agarre y reducción del consumo de combustible. 2.5. FABRICACION DE LAS LLANTAS El proceso de fabricación de las llantas (Figura 3) se divide en ocho etapas, las cuales son: Formulación de los compuestos de Caucho: en esta etapa se determina la cantidad de los diversos tipos de caucho y elementos de relleno a utilizar con el fin de obtener la fórmula adecuada para el servicio. Posteriormente se mezclan cada una de los compuestos en mezcladores dotados con agitadores especializados para materiales solidos a una temperatura entre 160 y 170°C y se elaboran láminas prensadas con la mezcla de los materiales.

Elaboración de las lonas de textil y acero: el refuerzo textil (llantas convencionales) consiste en una lona de alta resistencia fabricada mediante el hilado de diferentes materiales. El refuerzo metálico (llantas radiales) es fabricado mediante el trenzado e hilado de múltiples cordones de acero con alto contenido de carbono y recubiertos por cobre y zinc (latón), para evitar la corrosión prematura.

3 MICHELIN. Manual de Informaciones Técnicas Neumáticos/Llantas de Carga. América del sur. p.34.

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Operación de calandrado: el calandrado es la formación de láminas de caucho, textil-caucho y acero-caucho. Esta operación se lleva a cabo sometiendo el caucho a condiciones de presión y alta temperatura durante su paso a través de un juego de rodillos calentadas con vapor.

Fabricación de la pestaña: la pestaña es un anillo no extensible compuesto que ancla las capas del cuerpo y asegura llanta al rin de modo que no se deslice o dañe el aro, está compuesto por el caucho más duro y acero en su interior.

Operación de extrusión: es básicamente el proceso de forzar una sustancia con ayuda de presión y temperatura, a través de una geometría determinada para darles forma a las piezas.

Montaje de la llanta: en esta etapa del proceso se ensambla cada una de las partes fabricadas.

Curado o vulcanización: En la prensa de vulcanización es donde la llanta adquiere su forma y patrón de la banda de rodamiento final. Aquí, los moldes dan forma y vulcanizan la llanta. Los moldes tienen grabados los patrones de banda de rodamiento, las marcas de banda del fabricante y aquellas exigidas por la ley. Las llantas se vulcanizan a más de 300°C de 12 a 25 minutos.

Inspección final: Después del proceso de elaboración, las llantas son sometidas a una rigurosa inspección de calidad.

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Figura 3. Proceso de fabricación de las llantas

Fuente: Guía Para el manejo de llantas Usadas [en línea]. BogotáD.C:: Cámara de comercio de Bogotá [consultado 01 de febrero de 2016] Disponible en Internet: http://www.ambientebogota.gov.co/c/document_library/get_file?uuid=ab80a611-f997-4864-bd6e-7aa0d8680067&groupId=10157 2.6. EL RIN Y SUS PARTES Toda llanta está diseñada para encajar en el diámetro y en el ancho de un rin, los rines tienen como función alojar la llanta y el neumático (si se requiere), sus pestañas mantienen los flancos en su sitio cuando se infla la llanta y el centro hondo o valle de desmonte hace que el proceso de montaje y desmontaje de las llantas sea más efectivo. En las Figuras 4 y 5 se observan las partes más importantes de la estructura de un rin y las variables presentes en la geometría del conjunto llanta-rin.

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Figura 4. Estructura rin

Fuente: Neumáticos Agrícolas y Agroindustriales [en línea]. Goodyear, 2015 [consultado 17 de agosto de 2015]. Disponible en Internet: http://www.goodyear.com.co/tyres/farm/tire_learn.html

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Figura 5. Características Geométricas Conjunto Llanta-Rin

Fuente: Neumáticos Agrícolas y Agroindustriales [en línea]. Goodyear, 2015 [consultado 17 de agosto de 2015]. Disponible en Internet: http://www.goodyear.com.co/tyres/farm/tire_learn.html

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2.7. EL METODO DE ELEMENTOS FINITOS EN LA SIMULACIÓN DE COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LA LLANTA En la industria se presentan problemas de ingeniería de diversos campos de estudio (Mecánica de Solidos, Transferencia de Calor, Vibraciones, etc…), que normalmente son gobernados por ecuaciones diferenciales. La complejidad de las geometrías y las condiciones de frontera a las cuales se restringen dichos problemas, impiden obtener una solución matemática exacta del análisis considerado, por lo que se recurre a técnicas numéricas (Método de Elementos Finitos) para darle solución a las ecuaciones que gobiernan los fenómenos físicos. En el modelado de una llanta por el método de elementos finitos, en general se usan algunos materiales como los elastómeros, polímeros, gomas, calzado, mangueras, sellos, materiales biológicos (arterias, músculos, piel, etc…). Estos materiales pueden estar sometidos a grandes esfuerzos sin presentar deformación plástica, siendo clasificados como materiales hiperelásticos. El modelamiento de este tipo de materiales por medio del método de elementos finitos implica la utilización de modelos no-lineales que cumplan con los requisitos de grandes deformaciones característico de los materiales hiperelásticos. Debido a que los modelos varían según el tipo de material, componentes y procesos utilizados para la fabricación del elastómero o caucho, se deben conocer las constantes mecánicas que definen su comportamiento. Relacionado con el modelado de la llanta se encontraron varios trabajos al respecto. En Holscher et al4, modelaron la mecánica de contacto entre una llanta 195/65R15 y el suelo, utilizando distintos coeficientes de fricción y un modelo de material hiperelástico Mooney-Rivlin. Para lo cual divide los materiales de la llanta en dos grupos, el elastómero y los refuerzos. La llanta la dividen en varias secciones para asignarle distintas propiedades mecánicas a cada una de estas, y para el refuerzo utiliza elementos Rebar con constantes elásticas. Como resultado obtuvieron que la deformación de la llanta se incrementa de forma no lineal al elevar la carga y depende de la presión de inflado, es decir, a mayores presiones menores deformaciones y viceversa. De manera similar Kovac et al5, modelaron el comportamiento de una llanta (195/65R15) para estudiar su capacidad de carga,

4 HOLSCHER, H. et al. Modeling of pneumatic tires by a finite element model for the development a

tire friction remote sensor [en línea]. Bonn: Center of Advanced European Studies and Research,

2004 [consultado 15 de marzo de 2017]. Disponible en internet: http://www-

m6.ma.tum.de/~turova/html/TireSensor.pdf 5 KOVAK, Ivan Y KRAMELA, J. Fe analysis of automobile tire. 2012 En: Advanced Research in Scientific Areas. Noviembre, 2012. Disponible en Internet: http://arsa-conf.com/archive/?vid=1&aid=3&kid=60101-78&q=f1

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utilizando el modelo hiperelástico Mooney Rivlin, y dividiendo la llanta en varias secciones. El refuerzo lo simula con elementos Rebar y emplea constantes elásticas. En cuanto al elastómero, parametriza cada componente con constantes mecánicas mucho menores en comparación con las utilizadas por Holscher et al6, evidenciando una variación en el Talón de la llanta (Bead), el cual es modelado con constantes elásticas y no hiperelásticas. Como resultado del análisis estático al incrementar la magnitud de la carga aplicada y manteniendo constante la presión de inflado, se presentaron mayores deformaciones. Por otra parte Mohsenimanesh et al7, modelaron la mecánica de contacto entre una llanta de tractor 16.9R38 y el suelo, en función de la presión de inflado y la carga normal producida por el peso del equipo, obteniendo como resultado que la longitud del área de contacto y la distribución de los esfuerzos son más dependientes de la presión de inflado que de la carga normal aplicada. El modelamiento de los materiales lo desarrolla en el programa MSC.Marc/Mentat 2010, para lo cual toma como componentes de la llanta, la banda de rodamiento (elastómero), los refuerzos de acero y las lonas textiles. Todos los refuerzos son simulados con el elemento SOLID46 y con constantes elásticas, adicionalmente divide en varias capas cada refuerzo, ocho capas para los refuerzos de acero y tres capas para las lonas textiles. En cuanto al elastómero lo simula con el modelo hiperelástico Mooney Rivlin y con el elemento HYPER185. En los estudios anteriormente mencionados, las constantes utilizadas son muy diferentes, lo que produce la necesidad de determinar para cada tipo de llanta y condiciones de frontera sus propias constantes, las cuales se pueden obtener por medio de métodos experimentales o iterativos. Otro aspecto importante a tener en cuenta durante la simulación de una llanta, es el desarrollo de un modelo CAD adecuado para el análisis. Por lo general estos modelos deben realizarse de manera que permita identificar cada tipo de material presente en la llanta, aunque en ocasiones por capacidad computacional es preferible simplificar los modelos. 2.7.1. Modelo Hiperelástico. La Hiperelasticidad es la capacidad de un material para experimentar grandes deformaciones elásticas debido a cargas pequeñas, sin perder sus propiedades originales. “Un material hiperelástico tiene un comportamiento no-lineal, el cual significa que su respuesta a la carga no es

6 HOLSCHER, H. et al, Op. cit., p. 6. Disponible en internet: http://www-m6.ma.tum.de/~turova/html/TireSensor.pdf 7 MOHSENIMANESH, A. Stress analysis of a multi-laminated tractor tyre using non-linear 3D finite [en línea]. Elsevier, 2008. Disponible en Internet: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0261306908003026

28

directamente proporcional a la deformación”8. Los modelos hiperelásticos se pueden clasificar de dos maneras, Modelos Basados en Invariantes de

Deformación (𝑤 = 𝑓(𝐼1, 𝐼2, 𝐼3)) y Modelos Basados en las Relaciones de

Alargamiento (𝑤 = 𝑓(𝜆1, 𝜆2, 𝜆3)). A continuación se describen los modelos

hiperelásticos más comunes: 2.7.1.1. Polinomial. La forma polinómica o polinomial, es un modelo basado en el primero y segundo invariante. Este modelo fue el primero que se propuso para el análisis de elastómeros y ha servido de base para el planteamiento de otros modelos, fue desarrollado por Rivlin. La función de densidad de energía de deformación se expresa en forma polinómica:

𝑊 = ∑ 𝑐𝑖𝑗

𝑁

𝑖+𝑗=1

(𝐼1 − 3)𝑖(𝐼2 − 3)𝑗 + ∑1

𝑑𝑘(𝐽 − 1)2𝑘

𝑁

𝑘=1

(1)

Donde:

𝑐𝑖𝑗 = Coeficiente de Rivlin

𝑑𝑘 = Coeficiente que define la compresibilidad del material

𝐽 = 𝜆1𝜆2𝜆3 = Jacobiano Este modelo es aconsejable utilizarlo con un orden (N) igual a dos y tres, para deformaciones de 100% y 300% respectivamente. 2.7.1.2. Mooney-Rivlin. El modelo Mooney-Rivlin, es un caso particular de la forma polinómica. Está basado en las invariantes de deformación, presentando varias formas de acuerdo al número de coeficientes y el grado del polinomio.

8 CANSECO DE LA CRUZ, Rene Alejandro. Experimentación y Análisis por MEF del Comportamiento Hiperelástico en Materiales usados en Calzado Deportivo [en línea]. En: Ingeniería Mecánica Tecnología y Desarrollo, León Guanajuato. Marzo, 2011, vol. 4, no, 1, p. 023-031 [Consultado 15 de marzo de 2017]. Disponible en internet: <http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1665-

73812011000100004&lng=es&nrm=iso>. ISSN 1665-7381.

29

𝑊 = ∑ 𝑐𝑖𝑗

𝑛

𝑖+𝑗=1

(𝐼1 − 3)𝑖(𝐼2 − 3)𝑗 +1

𝑑(𝐽 − 1)2 (2)

El modelo de Mooney-Rivlin debe evitarse utilizarlo cuando se presentan grandes deformaciones, ya que no tiene en cuenta efectos de endurecimiento del material. Adicionalmente, es aconsejable utilizar el modelo de Mooney-Rivlin de dos constantes para caracterizar un comportamiento de cortante puro con deformaciones hasta de 70% o 90%, debido a que los dos términos de los que se compone este modelo, exhiben un módulo cortante constante. 2.7.1.3. Yeoh. Este es un modelo (Ecuación 3) basado en el primer invariante de deformación y es muy utilizado cuando se tiene una caracterización pobre de las propiedades mecánicas del material.

𝑊 = ∑ 𝑐10

𝑁

𝑖=1

(𝐼1 − 3)𝑖 + ∑1

𝑑𝑖(𝐽 − 1)2𝑖

𝑁

𝑖=1

(3)

En este modelo el módulo de rigidez volumétrica (𝐾𝑜) y el modulo cortante inicial

(𝜇𝑜) están dados por las Ecuaciones 4 y 5 respectivamente:

𝐾𝑜 =2

𝑑1 (4)

𝜇𝑜 = 2𝑐10 (5)

Como se puede observar en la Ecuación (3), este modelo omite el término de la segunda invariante de deformación debido a que los cambios en la energía de deformación se dan principalmente en la primera invariante, especialmente en grandes deformaciones. 2.7.1.4. Nuevo Hookeano. Este es un modelo basado en la primera invariante de deformación y suele reconocerse como la primera parte de la forma polinómica

cuando 𝑁 = 1, 𝑐01 = 0 y 𝑐10 =𝜇

2 :

𝑊 =𝜇

2 (𝐼1 − 3) +

1

𝑑(𝐽 − 1)2 (6)

30

Este es uno de los modelos más simples, ya que el módulo cortante permanece constante. Sin embargo, debido a su simpleza solo sirve para caracterizar pequeñas deformaciones del orden de 30% o 40% en tensión uniaxial, de 80% o 90% en cortante puro y 30% en compresión. De los modelos hiperelásticos basados en invariantes de deformación, el modelo más representativo de esta clasificación es el polinomial, ya que es un modelo basado en el primer y segundo invariante. 2.7.1.5. Ogden. Este modelo está basado en los alargamientos principales (𝜆1, 𝜆2, 𝜆3) en vez de las invariantes de deformación y es aplicado a materiales incompresibles.

𝑊 = ∑𝜇𝑖

𝛼𝑖

𝑁

𝑖=1

(𝜆1𝛼𝑖 + 𝜆2

𝛼𝑖 + 𝜆3 𝛼𝑖 − 3) + ∑

1

𝑑𝑖(𝐽 − 1)2𝑖

𝑁

𝑖=1

(7)

Donde:

∝𝑖 y 𝜇𝑖 son constantes del material y se determinan del ajuste del modelo matemático a la curva esfuerzo vs deformación experimental. Donde el módulo de elasticidad es:

𝜇𝑜 =∑ 𝜇

𝑖𝛼𝑖

𝑁𝑖=1

2

(8)

El módulo de rigidez volumétrica es:

𝐾𝑜 =2

𝑑𝑖 (9)

Este modelo en general es aplicable para deformaciones hasta del 700%. El modelo es aplicable para cualquier tipo de dureza, y es el que proporciona ajustes con un menor error en comportamientos de elastómeros sometidos a grandes deformaciones. 2.7.1.6. Hyperfoam de Ogden. La característica principal de este modelo es que puede modelar materiales hiperelásticos sometidos a porcentajes grandes de deformación a compresión. La función de densidad de energía de deformación para el modelo de Hyperfoam es:

31

𝑊 = ∑𝜇𝑖

𝛼𝑖

𝑁

𝑖=1

(𝐽𝛼𝑖

3⁄ (𝜆1𝛼𝑖 + 𝜆2

𝛼𝑖 + 𝜆3 𝛼𝑖) − 3) + ∑

𝜇𝑖

𝛼𝑖𝛽𝑖(𝐽−𝛼𝑖𝛽𝑖 − 1)

𝑁

𝑖=1

(101)

Donde 𝛼𝑖 , 𝛽𝑖 y 𝜇𝑖 son constantes del material. El coeficiente 𝛽𝑖 está relacionado con la constante de Poisson, mientras que 𝜇𝑖 está relacionado con el modulo del esfuerzo cortante G.

𝛽𝑖 =𝜈

1 − 2𝜈 (21)

𝐺 = ∑ 𝜇𝑖

𝑁

𝑖=1

(12)

32

3. DESARROLLO DE LA GEOMETRÍA Y DEFINICIÓN DE LAS CONDICIONES DE ANÁLISIS

Inicialmente para evaluar las condiciones de operación y servicio a las que se encuentra sometido el Rin de 26 pulgadas, se desarrollaron dos modelos CAD

usando el software 𝑆𝑜𝑙𝑖𝑑𝑊𝑜𝑟𝑘𝑠𝑇𝑀 (SolidWorks Corp., Waltham, Massachusetts, EE.UU) , uno para la llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib y otro para la llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear. Estos modelos se simplificaron dividiendo cada modelo a la mitad (Figura 6), con el fin de disminuir los tiempos de simulación y la capacidad computacional. Figura 6. Modelo simplificado conjunto Llanta-Rin

Fuente: Elaboración propia

33

3.1. LAS GEOMETRIAS DE LOS MODELOS Para el desarrollo de ambos modelos se utilizó como base para los diseños las características geométricas presentes en la ficha técnica de cada una de las llantas. (Anexo A y B) Las partes de cada modelo de llanta se presentan en las Figuras 7 y 8. Figura 7. Partes del Modelo Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia

34

Figura 8. Partes del Modelo Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia

3.2. MATERIALES DE SIMULACIÓN Las propiedades de los materiales se muestran en los Cuadros 2 y 3. Para los componentes hiperelásticos se utilizó el modelo hiperelástico Mooney Rivlin de dos constantes. Las constantes en los dos casos fueron determinadas tomando como referencia las empleadas por Holscher et al9, las cuales fueron iteradas por medio de simulaciones hasta obtener la deformación producida durante la operación (40mm), y los componentes elastoplásticos fueron caracterizados con propiedades isotrópicas, definiendo el Modulo de Young y el coeficiente de Poisson correspondiente, debido a que los cables de acero se diseñaron como un componente independiente, más no como una “matriz inmersa en los componentes de caucho”10.

9 HOLSCHER, H. et al, Op. cit., p. 6. Disponible en internet: http://www-m6.ma.tum.de/~turova/html/TireSensor.pdf 10 PATIL, Chetan. Structural Simulation of Tire to Improve Ride Quality. Santiago de Cali, 2015. 1 archivo de computador.

35

Cuadro 2. Materiales Modelo Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

COMPONENTES HIPERELASTICOS (MOONEY RIVLIN)

PARTE 𝑪𝟏𝟎 [MPa] 𝑪𝟎𝟏 [MPa]

BANDA DE RODAMIENTO

1,9 3,4 PARED

BUTILO

TALÓN

LONAS TEXTILES 1,01025 0,07532

COMPONENTES ELASTOPLASTICAS

PARTE ρ [𝐊𝐠/𝐦𝟑] E [GPa] V

CABLES DE ACERO 7850 172,2 0,3

ARO METÁLICO 7850 200 0,3

MANZANA DE SUJECIÓN 7850 200 0,3

RIN 26” 7800 330 0,3

Fuente: Elaboración propia Cuadro 3. Materiales Modelo Llanta 23.1-26 Tractoñera Goodyear

COMPONENTES HIPERELASTICOS (MOONEY RIVLIN)

PARTE 𝑪𝟏𝟎 [MPa] 𝑪𝟎𝟏 [MPa]

BANDA DE RODAMIENTO

6,58 8,58 PARED

BUTILO

TALÓN

LONAS TEXTILES 1,01025 0,07532

COMPONENTES ELASTOPLASTICAS

PARTE ρ [𝐊𝐠/𝐦𝟑] E [GPa] V

ARO METÁLICO 7850 200 0,3

MANZANA DE SUJECIÓN 7850 200 0,3

RIN 26” 7800 330 0,3

Fuente: Elaboración propia 3.3. PROCESO DE MALLADO Se usó en todas las partes del modelo elementos hexaédricos lineales de primer orden, solidos con ocho nodos y 3 grados de libertad por nodo. Los componentes elastoplásticos utilizan elementos tipo C3D8 y los componentes hiperelásticos elementos tipo C3D8H, una alternativa de formulación que permite este tipo de

36

elementos, debido al comportamiento de incompresibilidad e hiperelásticidad presente en este tipo de materiales. Para obtener resultados exactos del problema se realizó un estudio de convergencia de cada malla (Figuras 9 y 10), para esto se analizaron varios modelos con diferente tamaño de elemento y se usaron los desplazamientos totales como parámetro de convergencia. Los desplazamientos convergieron en un tamaño de elemento de 0,02m para la llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib y 0,016m para la llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear. Se usó finalmente un tamaño de elemento de 0,016m para ambos modelos con el objeto de tener aproximadamente el mismo número de elementos en ambos modelos. Figura 9. Tamaño Elemento vs Desplazamiento Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia

42,33

40,75

39,23

40,39

39,26

40,47

37,5

38

38,5

39

39,5

40

40,5

41

41,5

42

42,5

43

0,014 0,016 0,018 0,02 0,022 0,024

DES

PLA

ZAM

IEN

TO[m

m]

TAMAÑO ELEMENTO [m]

37

Figura 10. Tamaño Elemento vs Deformación Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia Definido el tamaño de los elementos se realizó el proceso de mallado (Figuras 11 y 12). El número y detalle de los elementos usados en los análisis se muestran en las Cuadros 4 y 5. Figura 11. Malla Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia

42,5

40,92

39,4

41,06

39,93

41,14

37,5

38

38,5

39

39,5

40

40,5

41

41,5

42

42,5

43

0,014 0,016 0,018 0,02 0,022 0,024

DES

PLA

ZAM

IEN

TO[m

m]

TAMAÑO ELEMENTO [m]

38

Cuadro 4. Cantidad de elementos Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

ELEMENTO LINEAL HEXAHEDRO TIPO C3D8

PARTE Nº ELEMENTOS Nº NODOS

ARO METÁLICO 1 272 621

ARO METÁLICO 2 272 621

CABLES ACERO 6120 12772

MANZANA DE SUJECIÓN 2154 3220

RIN 26" 16947 21632

SUBTOTAL 25765 38866

ELEMENTO LINEAL HEXAHEDRO TIPO C3D8H

PARTE Nº ELEMENTOS Nº NODOS

BANDA RODAMIENTO 16256 22272

BUTILO 8584 14100

LONAS TEXTILES 9423 13446

PARED 1 5997 9219

PARED 2 6334 9560

TACOS 4942 8906

TALÓN 1 1820 2556

TALÓN 2 1330 2059

SUBTOTAL 54686 82118

TOTAL 80451 120984

Fuente: Elaboración propia Figura 12. Malla Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia

39

Cuadro 5. Cantidad Elementos Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear

ELEMENTO LINEAL HEXAHEDRO TIPO C3D8

PARTE Nº ELEMENTOS Nº NODOS

ARO METÁLICO 1 272 621

ARO METÁLICO 2 272 621

MANZANA DE SUJECIÓN 2154 3220

RIN 26" 16947 21632

SUBTOTAL 19645 26094

ELEMENTO LINEAL HEXAHEDRO TIPO C3D8H

PARTE Nº ELEMENTOS Nº NODOS

BANDA RODAMIENTO 16256 22272

BUTILO 8584 14100

LONAS TEXTILES 12483 19832

PARED 1 5997 9219

PARED 2 6334 9560

TACOS 4942 8906

TALÓN 1 1820 2556

TALÓN 2 1330 2059

SUBTOTAL 57746 88504

TOTAL 77391 114598

Fuente: Elaboración propia 3.4. CONDICIONES DE FRONTERA Y CARGAS 3.4.1 Restricciones. Todos los contactos entre las partes que componen el sistema Rin-Llanta del modelo fueron definidos como restricciones del tipo Tie, las cuales permiten unir permanentemente las superficies en contacto e impedir la separación o deslizamiento de las mismas (Figura 13).

40

Figura 13. Restricciones de Contacto tipo Tie

Fuente: Elaboración propia Como se tomó solo la mitad del conjunto Rin-Llanta para su simulación, los desplazamientos de la superficie de corte se limitaron al plano X-Y, restringiendo

los desplazamientos en Z (𝑈3 = 0) (Figura 14), con el fin de aplicar la carga en la zona de contacto entre el suelo y la llanta. Las llantas se encuentran montadas sobre la manzana de sujeción, la cual es la encargada de evitar movimientos y mantener la llanta en una sola posición, por lo tanto se restringe el movimiento en

los ejes XYZ de la manzana de sujeción de los modelos de simulación (𝑈1 =0, 𝑈2 = 0, 𝑈3 = 0) (Figura 15).

41

Figura 14. Condición de No Desplazamiento en los modelos de simulación

Fuente: Elaboración propia Figura 15. Condición de Fijación en los modelos de simulación

Fuente: Elaboración propia

42

3.4.2 Cargas. El peso soportado por las llantas es el mismo para ambos modelos, equivalente a 5 Toneladas de caña de azúcar picada por llanta. El área de contacto producida entre la banda de rodamiento y el suelo para ambos casos fue determinada realizando la sumatoria de las áreas de superficie de los tacos

presentes en dicha zona, obteniendo un área igual a 0,04168586 𝑚2. Finalmente para trasmitir la carga al modelo, se utilizó la zona de contacto obtenida, y se calculó la presión generada, dando como resultado 1,06708E6 Pa (Figura 16). Figura 16. Carga producida por el peso del vagón CCMIL

Fuente: Elaboración propia

La presión de inflado de las llantas (Figuras 17 y 18) varia debido a los materiales

y a las recomendaciones del fabricante, siendo 0,345MPa (50 𝑙𝑏/𝑝𝑢𝑙𝑔2) para la

llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib y 0,241MPa (35 𝑙𝑏/𝑝𝑢𝑙𝑔2) para la llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear.

43

Figura 17. Presión de Inflado Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia

Figura 18. Presión de Inflado Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia

44

De acuerdo con Jornsen et al11, el impacto producido entre una llanta y un bache o hueco en la vía incrementa la carga por un factor de 2,5, por lo tanto se determinó la carga máxima a la cual se somete el rin una vez que la llanta del vagón impacta un hueco en la vía. El peso soportado por cada llanta durante la operación equivale a 5 Toneladas, por lo tanto la carga máxima aplicada es de 12,5 Toneladas de caña de azúcar picada, lo que equivale a 111205,5 N. Debido a que el impacto producido es puntual y aleatorio, se utilizó como zona de impacto un punto aleatorio de uno de los tacos presentes en la zona de contacto entre la llanta y el suelo (Figura 19). Figura 19. Carga Máxima Aplicada

Fuente: Elaboración propia

11 REIMPELL, Jornsen. The Automotive Chassis: Engineering Principles Second Edition. SAE INTERNATIONAL, Butterworth-Heinemann, 2002. Disponible en Internet: http://users.telenet.be/AudiR8/Mechanical%20Engineering%20-%20SAE%20-%20The%20Automotive%20Chassis%20OCR.pdf

45

3.4.3. Análisis del rin bajo diferentes condiciones de operación. En este capítulo se describen los análisis realizados para determinar el comportamiento del rin de 26’’ usando los dos tipos de llanta. Para esto se realizaron variaciones tanto en la presión de inflado de cada llanta como en el área de la zona de contacto presente entre la banda de rodamiento y el suelo, manteniendo constante la carga generada por el peso del vagón. Una vez finalizado el proceso de simulación, se procedió a analizar los resultados obtenidos. 3.4.3.1. El rin bajo condiciones de operación y servicio normal. Para obtener el comportamiento del rin bajo las condiciones de operación y servicio, cada modelo fue simulado utilizando las restricciones y las condiciones de frontera establecidas en el ítem 3.4.1. 3.4.3.2. El rin con diferentes presiones de inflado y cantidad de superficies de contacto. En esta etapa se determinó el comportamiento de los desplazamientos en Y de cada llanta, junto con los esfuerzos a los cuales se encuentra sometido el rin de 26’’. Se simuló cada modelo variando la cantidad de tacos presentes en la zona de contacto entre la banda de rodamiento de la llanta y el suelo, iniciando desde tres tacos hasta cinco tacos. A su vez para cada zona de contacto de cada modelo se realizó un aumento progresivo de la presión de

inflado desde 10 𝑙𝑏/𝑝𝑢𝑙𝑔2 hasta 50 𝑙𝑏/𝑝𝑢𝑙𝑔2. 3.4.3.3. El rin bajo condición de impacto entre las llantas y un hueco. Durante las operaciones pueden presentarse impactos ocasionados por huecos o piedras presentes en el terreno de los cultivos de caña, por lo tanto para conocer el efecto que tienen estos factores sobre el rin se simuló la carga equivalente al momento en que una llanta cae en un hueco o se encuentra con un obstáculo, aplicando la carga en un punto aleatorio de la zona baja de la banda de rodamiento.

46

4. RESULTADOS DE SIMULACIÓN 4.1. EL RIN BAJO CONDICIONES DE OPERACIÓN Y SERVICIO NORMAL

4.1.1. Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib. Se obtuvo como máximo desplazamiento y máximo esfuerzo de von Mises 40,33 mm (Figuras 20 y 21) y 7,88 MPa (Figura 22) respectivamente. Comparando el desplazamiento máximo con el desplazamiento real (40 mm) generado por las condiciones de operación y servicio de la llanta se obtuvo un error del 0,825%. De forma similar, al comparar el valor de esfuerzo máximo se encontró que equivale al 52% del esfuerzo de rotura del caucho (15 MPa).

Figura 20. Desplazamiento Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia

47

Figura 21. Desplazamiento zona inferior Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia

Figura 22. Esfuerzos de von Mises Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia

48

Se encontró que el máximo desplazamiento (Figura 20 y 21) se presentan en la parte inferior de las paredes laterales de la llanta y los mínimos en la banda de rodamiento, lo cual es lo esperado debido a la estructura tipo radial. El máximo esfuerzo (Figura 22) se presentan en las paredes de la llanta y los mínimos en la banda de rodamiento, como consecuencia de la presión de inflado, siendo estos menores al esfuerzo de fluencia del material, lo cual evidencia un óptimo funcionamiento de la llanta. El rin presenta 0,0001027 mm como máximo desplazamiento en las pestañas (Figura 23), y 35,09 MPa como máximo esfuerzo de von Mises en los cambios de sección del rin (Figura 24), demostrando un adecuado funcionamiento bajo condiciones de carga estática, debido a que el esfuerzo máximo soportado por el rin equivale al 10,63% del esfuerzo de fluencia del Acero S330, material del rin de 26 pulgadas.

Figura 23. Desplazamiento Rin de 26” – Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia

49

Figura 24. Esfuerzos de Von Mises Rin de 26” – Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia 4.1.2. Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear. El máximo desplazamiento y máximo esfuerzo de von Mises fueron de 40,92 mm (Figuras 25 y 26) y 9,63 MPa (Figura 27) respectivamente. Comparando el desplazamiento máximo con el desplazamiento de 40 mm generado por las condiciones de operación y servicio de la llanta arroja un error del 2,3%. De forma similar, al comparar el valor de esfuerzo se encontró que equivale al 64% del esfuerzo de rotura del caucho (15 MPa).

50

Figura 25. Desplazamiento Llanta 23.1-26 TRACTOCAÑERA GOODYEAR

Fuente: Elaboración propia

Figura 26. Desplazamiento zona inferior Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia

51

Figura 27. Esfuerzos de von Mises Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia

Los máximos desplazamientos (Figura 25 y 26) se presentan en la banda de rodamiento de la llanta, siendo mayor a los obtenidos para la llanta radial. Igualmente, se observó que los valores de máximo esfuerzo (Figura 27) se presentan en las paredes de la llanta y en la zona baja de la banda de rodamiento, siendo menores al esfuerzo de rotura del material, lo cual evidencia un adecuado funcionamiento de la llanta. El rin presenta 0,0001058 mm como máximo desplazamiento en las pestañas (Figura 28), y 33,17 MPa como máximo esfuerzo de von Mises en los cambios de sección del rin (Figura 29), demostrando nuevamente un adecuado funcionamiento bajo condiciones estáticas. Lo anterior, debido a que el esfuerzo máximo en el rin fue 10,05% del esfuerzo de fluencia del Acero S330, material del rin de 26 pulgadas.

52

Figura 28. Desplazamiento Rin 26” – Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia

Figura 29. Esfuerzos de Von Mises Rin de 26” – Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia

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4.2. EL RIN CON DIFERENTES PRESIONES DE INFLADO Y CANTIDAD DE SUPERFICIES DE CONTACTO 4.2.1. Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib. Los resultados obtenidos una vez realizada la variación de la presión para cada zona de contacto de la llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib se muestran en las Figuras 30 y 31.

Figura 30. Desplazamientos en Y generados por la variación de la presión por zona de contacto - llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia

Los desplazamientos fueron constantes con una leve disminución al incrementar la presión de inflado para cada zona de contacto (Figura 30), lo cual evidencia el efecto de protección que generan las lonas metálicas presentes en este tipo de llanta.

54

Figura 31. Esfuerzos rin generados por la variación de la presión por zona de contacto - llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia Por otra parte los esfuerzos producidos en el rin (Figura 31) aumentaron cuando se incrementa la presión de inflado, y son independientes de la zona de contacto entre la banda de rodamiento y el suelo. 4.2.2. Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear. Los resultados obtenidos una vez realizada la variación de la presión para cada zona de contacto de la llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear se muestran en las Figuras 32 y 33.

55

Figura 32. Desplazamiento en Y generados por la variación de la presión por zona de contacto llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia

Los desplazamientos en Y muestran un comportamiento inversamente proporcional con la presión de inflado (Figura 32), los desplazamientos disminuyen al elevar la presión de inflado, lo cual es ocasionado por la ausencia de cables metálicos en este tipo de estructura, haciendo que los desplazamientos se incrementen 109% comparados con los de la llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib. Figura 33. Esfuerzos rin generados por la variación de la presión por zona de contacto - llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia

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Por otra parte se evidencia un incremento en los esfuerzos producidos sobre el rin a medida que se aumenta la presión de inflado (Figura 33), presentando un aumento del 21% en comparación con los resultados para la llanta 620/75R26 MICHELIN MEGAXBIB. 4.3. EL RIN BAJO CONDICIÓN DE IMPACTO ENTRE LAS LLANTA Y UN HUECO

4.3.1. Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib – Carga Máxima. Al “aumentar la carga soportada por la llanta un 250%”12, se incrementaron el máximo desplazamiento (65,19 mm) y el máximo esfuerzo de von Mises (13,34 MPa) de la llanta, comparados con las condiciones normales de operación (Figuras 34 y 35). Porcentualmente, el desplazamiento máximo presentó un aumento del 60% y el esfuerzo máximo de von Mises del 69%. Este incremento no muestra una falla por diseño de la llanta bajo condición de impacto, debido a que el esfuerzo máximo equivale al 88% del esfuerzo de rotura del caucho (15 MPa). En el caso del rin, los desplazamientos máximos y esfuerzos máximos de von Mises se incrementaron a 0,0001506 mm y 53,26 MPa respectivamente (Figuras 36 y 37). El desplazamiento máximo aumento un 46% y el esfuerzo máximo de von Mises un 60%. Este incremento muestra un adecuado funcionamiento del rin bajo condición de impacto, debido a que el esfuerzo máximo equivale al 16% del esfuerzo de fluencia del material del rin.

12 HAW, M. The effect of road surfacing condition on tyre life. Bridgestone, Pretoria, Sudafrica. Disponible en Internet: http://repository.up.ac.za/bitstream/handle/2263/6416/048.pdf;jsessionid=B69C25380ABDF007E623D0A07661E60C?sequence=1

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Figura 34. Desplazamiento Máxima Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia Figura 35. Esfuerzos de Von Mises Máximo llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia

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Figura 36. Desplazamiento Máximo Rin 26” – Michelin Megaxbib

Fuente: Elaboración propia

Figura 37. Esfuerzos de Von Mises Máximos Rin 26” – llanta radial

Fuente: Elaboración propia

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4.3.2. Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear – Carga Máxima. Al “aumentar la carga un 250%”13, se encontró un incremento en el desplazamiento máximo y en el esfuerzo máximo de von Mises comparado con las condiciones normales de operación. Los desplazamientos pasaron de 40,92 mm a 175,1 mm y los esfuerzos de 9,63 MPa a 34,47 MPa (Figuras 38 y 39). Porcentualmente, el desplazamiento máximo presentó un aumento del 327% y el esfuerzo máximo de von Mises del 257%. Este incremento muestra que la llanta falla bajo condición de impacto, debido a que el esfuerzo máximo fue 129% del esfuerzo de rotura del caucho (15 MPa). En el caso del rin, se presentó un incremento en el desplazamiento máximo y el esfuerzo máximo de von Mises comparado con las condiciones normales de operación. Los desplazamientos y los esfuerzos fueron 0,0002263 mm y 189,6 MPa respectivamente (Figuras 40 y 41). Porcentualmente, el desplazamiento máximo aumentó un 213% y el esfuerzo máximo de von Mises un 571%. Este incremento muestra un adecuado funcionamiento del rin bajo condición de impacto, debido a que el esfuerzo máximo fue 57% del esfuerzo de fluencia del material del rin. Figura 38. Desplazamiento Máxima Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia

13 HAW, M. Op. cit., p. 6. Disponible en internet: http://repository.up.ac.za/bitstream/handle/2263/6416/048.pdf;jsessionid=B69C25380ABDF007E623D0A07661E60C?sequence=1

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Figura 39. Esfuerzos de von Mises Máximo Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia

Figura 40. Desplazamiento Máximo Rin 26” – llanta convencional

Fuente: Elaboración propia

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Figura 41. Esfuerzos Máximos de Von Mises Rin de 26” – Tractocañera Goodyear

Fuente: Elaboración propia 4.4. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

Se encontró que los desplazamientos para los dos tipos de llantas dependen de la presión de inflado, presentando menores desplazamiento al utilizar la llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib como consecuencia de su estructura tipo radial. Lo cual concuerda con los resultados obtenidos por Holscher et al14.

En el análisis estático realizado sobre el rin se evidenció que trabaja en óptimas condiciones con los dos tipos de llantas, independientemente de la presión de inflado y las zonas de contacto, mostrando un aumento de los esfuerzos al

emplear la llanta convencional y elevar la presión de inflado a 50 [𝑙𝑏/𝑓𝑡2], pero sin poner en riesgo la operación de los mismos. Esto muestra que la ausencia de lonas metálicas en las llantas convencionales, ocasionan mayores esfuerzos en el rin, como consecuencia de no contar con protección durante su funcionamiento.

14 HOLSCHER, H. et al, Op. cit., p. 7. Disponible en internet: http://www-m6.ma.tum.de/~turova/html/TireSensor.pdf

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Los desplazamiento obtenidos para la llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear muestran una dependencia de la presión de inflado, siendo mayores cuando hay menor presión y menores cuando hay mayor presión, esto en comparación con los resultados obtenidos para la llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib, donde los desplazamientos son constantes. Lo anterior se explica debido a la ausencia de lonas metálicas en las llantas convencionales, lo que produce que la llanta convencional sea mucho más inestable y ocasione desplazamientos mayores.

Los esfuerzos producidos sobre el rin bajo condiciones críticas al utilizar los dos tipos de llantas, muestran que la presencia de lonas metálicas en la llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib genera una protección sobre el rin y ocasiona un esfuerzo máximo equivalente al 16% del esfuerzo de fluencia del material, lo cual comparado con los resultados de la llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear evidencian un incremente del esfuerzo máximo de von Mises de un 355%, pero sin poner en riesgo la vida útil del rin. Lo anterior muestra que la falla de los rines no se debe al uso de una llanta en partícular. El incremento de la carga un 250%, evidencio un aumento en los desplazamientos de cada llanta siendo mayor para la convencional (23.1-26 Tractocañera Goodyear).

Dado que la falla en los rines no es ocasionada por las llantas empleadas por el ingenio Mayagüez, se recomienda analizar otros factores, como cordones de soldadura, fatiga en las zonas afectadas por el calor, oxidación ocasionada por el entorno, fracturas por torque inadecuados durante el montaje y desmontaje, o defectos de fábrica, los cuales son los mecanismos de falla más comunes. En esta dirección, Bhattacharyya et al15, analizaron los patrones de las fallas ocasionadas en las soldaduras de cinco rines, utilizados en llantas sellomatic de vehículos livianos y medianos. Relacionaron las propiedades mecánicas y metalúrgicas del material de fabricación, para comparar los resultados obtenidos con rines en buen estado y encontraron que el agrietamiento producido en las soldaduras generalmente se propagaba en la zona media del rin, presentando un patrón similar en todos los rines. Se estableció como causa principal que la grieta se generaba en la microestructura de la zona afectada por el calor (ZAC) de la soldadura, debido a esfuerzos de tracción.

15 BHATTACHARYYA, Sandip. Failure analysis of cracking in wheel rims - material and manufacturing aspects [en línea]. En: Engineering Failure Analysis. Julio, 2007, vol 15 [consultado el 05 de Mayo de 2016]. Disponible en internet: http://dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2007.04.007

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5. EVALUACIÓN ECONÓMICA El transporte de la caña de azúcar es una labor que requiere que todos los equipos involucrados (Tractores, Tractomulas, Vagones, etc...) se encuentren en óptimas condiciones, por esta razón, para evitar retrasos durante las operaciones el Ingenio Mayagüez utiliza los servicios ofrecidos por KalTire, encargados del abastecimiento y mantenimiento de llantas. Las fallas producidas en los rines de 26” generan pérdidas económicas, debido a la demanda de servicios que deben ser suministrados por parte de KalTire. En el presente capítulo se presenta la evaluación económica de las pérdidas generadas por parte del Ingenio Mayagüez, y se muestran dos alternativas de solución con las cuales podría darse una respuesta al problema. 5.1. EVALUACIÓN ECONÓMICA El servicio de mantenimiento y abastecimiento de llantas que ofrece KalTire cuenta con gran variedad de opciones, las cuales tienen un costo dependiendo del tipo de vehículo al cual se le va a prestar el servicio, como se muestra en la Cuadro 6. Cuadro 6. Tarifas de Servicios ofrecidos por KalTire

DESCRIPCIÓN COSTO

MONTAJE DE LLANTA EQUIPO PESADO $ 28.000

DESMONTAJE DE LLANTA EQUIPO PESADO $ 27.000

REPARACIÓN RIN 26” $ 180.000

RIN 26” NUEVO $ 675.000

Fuente: Elaboración propia

Los servicios brindados en el año 2015, evidencian que se desmontaron en total 1008 rines de 26” por fallas durante la operación, lo que implica que a diario se desmontaron tres rines, una tasa muy elevada debido a que equivale a tres Carros Cañeros Millenium (Vagón CCMIL) varados cada día. De acuerdo con el gerente del proyecto Mayagüez de KalTire16, durante el 2015, el 80% de los rines que se desmontaron no pudieron ser reparados por la gravedad de las fallas, y tan solo el

16 GOMEZ, W. Informe de Gestión Mayagüez. Candelaria, 2015. p.7.

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20% logro ser reparado, por lo que se realizó el registro de la cantidad de rines desmontados de acuerdo con la posición en la cual fueron ubicados en los vagones CCMIL (Figuras 42 y 43). Figura 42. Posiciones de la llanta en vagón CCMIL

Fuente: Elaboración propia Figura 43. Rines desmontados por posición de llanta en vagón CCMIL 2015

Fuente: GOMEZ, Wilson. Informe de Gestión Mayagüez. Santiago de Cali, 2015. 1 archivo de computador.

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Adicionalmente, “se encontró que el servicio de reparación puede ser repetido hasta más de 3 veces por rin, evidenciando que el 60% de los rines reparados repite el proceso 2 veces hasta presentar la pérdida total de su funcionalidad, el 20% una vez, el 15% tres veces, y el 5% más de tres veces”17, como se muestra en la Figura 44. Figura 44. Número de reparaciones realizadas en los rines ya reparados

Fuente: GOMEZ, Wilson. Informe de Gestión Mayagüez. Santiago de Cali, 2015. 1 archivo de computador. De acuerdo con la forma en la cual KalTire presta el servicio de abastecimiento y mantenimiento de llantas, en la Figura 45 se muestra el consolidado de los costos facturados para el 2015, por las fallas de los rines.

17 GOMEZ, W. Informe de Gestión Mayagüez. Candelaria, 2015, Op. cit., p.8.

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Figura 45. Consolidado de costos facturados 2015 KalTire

Fuente: GOMEZ, Wilson. Informe de Gestión Mayagüez. Santiago de Cali, 2015. 1 archivo de computador.

El consolidado de costos facturados para el 2015 evidencia que el proceso de reparación brindado prolonga la vida de los rines de 26”, pero no es perdurable (inferior a 3 meses) y equivale a $46’567.200 pesos, haciendo que el ingenio Mayagüez asuma sobrecostos una vez los rines fallen en su totalidad, generando un costo anual de $754’183.200 pesos. 5.2. PROPUESTA DE SOLUCIÓN Para evitar sobrecostos durante el periodo anual generado por las repetidas reparaciones de los rines de 26”, se propone como método de solución, establecer como prioridad el óptimo funcionamiento de los equipos, comprando el 100% de los rines desmontados, lo cual beneficia las labores del Ingenio Mayagüez, debido a la reducción de los tiempos muertos, y permite evitar los servicios de reparación en su totalidad. En la Figura 46 se muestra el consolidado de costos facturados realizando la compra de los rines enviados a reparación, obteniendo como costo anual final $707’616.000, lo cual en comparación con el costo anual inicial genera un ahorro de $46’567.200 (Figura 47).

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Figura 46. Consolidado de costos facturados final 2015

Fuente: Elaboración propia Figura 47. Comparación de consolidados 2015

Fuente: Elaboración propia

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5.3. DISCUSION Y CONCLUSIONES De acuerdo con la información obtenida al realizar la comparación de los consolidados de costos, se puede observar una clara reducción en el consolidado final, debido al ahorro del 6,17% producido por la ausencia de reparaciones. Estas reparaciones provocan retrasos en las operaciones, lo cual se ve reflejado en el consolidado inicial, en el cual el 20% de los rines desmontados es enviado a reparación, aumentando de esta forma los gastos anuales del Ingenio Mayagüez.

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6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el análisis estático realizado sobre el rin de 26 pulgadas se evidenció que trabaja en óptimas condiciones con los dos tipos de llantas, independientemente de la presión de inflado y las zonas de contacto, mostrando un aumento de los esfuerzos al emplear la llanta convencional y elevar la presión de inflado a 50 [𝑙𝑏/𝑓𝑡2], pero sin poner en riesgo la operación de los mismos.

Los esfuerzos producidos sobre el rin bajo condiciones críticas al utilizar los dos tipos de llantas, muestran que la presencia de lonas metálicas en la llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib genera una protección sobre el rin y ocasiona un esfuerzo máximo equivalente al 16% del esfuerzo de fluencia del material, lo cual en comparación con los resultados de la llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear evidencian un incremente del esfuerzo máximo de von Mises de un 355%, pero sin poner en riesgo la vida útil del rin. Comprobando que la falla de los rines no es ocasionada por ninguna de las dos llantas de estudio.

El incremento de la carga un 250%, evidencio un aumento en los desplazamientos de cada llanta siendo mayor para la convencional (23.1-26 Tractocañera Goodyear), donde la deformación producida fue cuatro veces el resultado obtenido bajo el análisis estático.

Se encontró que los desplazamientos para los dos tipos de llantas dependen de la presión de inflado, presentando menores desplazamiento al utilizar la llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib como consecuencia de se estructura tipo radial.

Dado que la falla en los rines de 26” no es ocasionada por las llantas empleadas por el ingenio Mayagüez, se recomienda analizar otros factores, como cordones de soldadura, fatiga en las zonas afectadas por el calor, oxidación ocasionada por el entorno, fracturas por torque inadecuados durante el montaje y desmontaje, o defectos de fábrica, los cuales son los mecanismos de falla en rines más comunes, de acuerdo con el Manual de Servicios para Rines de Alcoa.

Los desplazamiento obtenidos para la llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear muestran una completa dependencia de la presión de inflado, siendo mayores cuando hay menor presión y menores cuando hay mayor presión, esto en

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comparación con los resultados obtenidos para la llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib, donde los desplazamientos son constantes.

Los máximos esfuerzos de von Mises obtenidos para los dos tipos de llantas bajo condición de impacto evidencian que la llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear falla sin afectar el rin, como consecuencia de la ausencia de protección brindada por las lonas metálicas.

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BIBLIOGRAFÍA

BHATTACHARYYA, Sandip. Failure analysis of cracking in wheel rims - material and manufacturing aspects [en línea]. En: Engineering Failure Analysis. Julio, 2007, vol 15 [consultado el 05 de Mayo de 2016]. Disponible en internet: http://dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2007.04.007 CANSECO DE LA CRUZ, Rene Alejandro. Experimentación y Análisis por MEF del Comportamiento Hiperelástico en Materiales usados en Calzado Deportivo [en línea]. En: Ingeniería Mecánica Tecnología y Desarrollo, León Guanajuato. Marzo, 2011, vol. 4, no, 1, p. 023-031 [Consultado 15 de marzo de 2017]. Disponible en internet: <http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1665-73812011000100004&lng=es&nrm=iso>. ISSN 1665-7381. CASTRO Guillermo. Materiales y Compuestos para la Industria del Neumático [en línea]. Buenos Aires, 2008 [consultado 17 de agosto de 2015]. Disponible en Internet: http://campus.fi.uba.ar/file.php/295/Material_Complementario/Materiales_y_Compuestos_para_la_Industria_del_Neumatico.pdf. GOMEZ, W. Informe de Gestión Mayaguez. Candelaria, 2015. 15 p. HAW, M. The effect of road surfacing condition on tyre life. Bridgestone, Pretoria, Sudafrica [en línea]. Disponible en Internet: http://repository.up.ac.za/bitstream/handle/2263/6416/048.pdf;jsessionid=B69C25380ABDF007E623D0A07661E60C?sequence=1 HOLSCHER, H. et al. Modeling of pneumatic tires by a finite element model for the development a tire friction remote sensor [en línea]. Bonn: Center of Advanced European Studies and Research, 2004 [consultado 15 de marzo de 2017]. Disponible en internet: http://www-m6.ma.tum.de/~turova/html/TireSensor.pdf KOVAK, Ivan Y KRAMELA, J. Fe analysis of automobile tire. 2012 En: Advanced Research in Scientific Areas. Noviembre, 2012. Disponible en Internet: http://arsa-conf.com/archive/?vid=1&aid=3&kid=60101-78&q=f1

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MICHELIN. Manual de Informaciones Técnicas Neumáticos/Llantas de Carga. América del sur. 40 p. MOHSENIMANESH, A. Stress analysis of a multi-laminated tractor tyre using non-linear 3D finite. ELSEVIER, 2008. Disponible en Internet: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0261306908003026 PATIL, Chetan. Structural Simulation of Tire to Improve Ride Quality. Santiago de Cali, 2015. 1 archivo de computador. REIMPELL, Jornsen. The Automotive Chassis: Engineering Principles Second Edition. SAE INTERNATIONAL, Butterworth-Heinemann, 2002. Disponible en Internet: http://users.telenet.be/AudiR8/Mechanical%20Engineering%20-%20SAE%20-%20The%20Automotive%20Chassis%20OCR.pdf

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ANEXOS

Anexo A. Plano Llanta 620/75R26 Michelin Megaxbib

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Anexo B. Plano Llanta 23.1-26 Tractocañera Goodyear