An�lisis de Control de Calidad de un elemento aplicando las propiedades mec�nicas entre el ACERO ASTM A36 y la fibra de C��amo mediante simulaci�n computacional

Quality Control Analysis of an element applying the mechanical properties between STEEL ASTM A36 and Hemp fiber through computational simulation

An�lise de controle de qualidade de um elemento aplicando as propriedades mec�nicas entre o A�O ASTM A36 e a fibra de c�nhamo por meio de simula��o computacional

Rodrigo Rigoberto Moreno-Pallares I rodrigo.moreno@espoch.edu.ec https://orcid.org/0000-0003-1877-6942

Milton Israel Quinga-Morales ^II

milton.quinga@espoch.edu.ec

https://orcid.org/0000-0001-7210-4608

Correspondencia: rodrigo.moreno@espoch.edu.ec

Ciencias T�cnicas y Aplicadas Art�culo de Revisi�n

*Recibido: 27 de marzo de 2022 *Aceptado: 18 de abril de 2022 * Publicado: 03 de mayo de 2022

I.             Magister en Ingenier�a Industrial y Productividad Msc, Ingeniero Industrial, Formaci�n de Formadores, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

II.           Maestr�a en Ingenier�a Automotriz, Tecnol�gico de Monterrey, M�xico, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

http://polodelconocimiento.com/ojs/index.php/es

Resumen

El presente estudio es una simulaci�n de impacto utilizando uno de los m�dulos del software Solidworks, el cual nos ayuda a realizar un an�lisis entre las propiedades mec�nicas de ciertos materiales, seg�n el comportamiento a un impacto determinado, en este caso el an�lisis se lo efect�o entre el material de acero ASTM-A36 que es el material m�s utilizado para la fabricaci�n de estructuras y la disponibilidad que existe para la adquisici�n de este, aplicando un nuevo material en el m�dulo del software dando las particularidades f�sicas y mec�nicas que tiene la Fibra de C��amo, experimentar si est� material tiene caracter�sticas similares a la del acero antes mencionado, ya que en la actualidad existen procesos que facilitan la importaci�n de esta fibra, esta posee m�ltiples usos ya sea en la medicina, �rea textil, tambi�n al combinar con otros materiales ayuda en el aumento de la resistencia, esto se ha visto plasmado en la utilizaci�n de los sectores de la construcci�n y sobre todo por la parte automotriz en la elaboraci�n de partes y piezas mec�nicas. El an�lisis se realiz� en base a la tensi�n, desplazamientos y deformaciones.

Palabras clave: simulaci�n; deformaci�n; material; fibras; resistencia; mec�nica; tensi�n.

Abstract

The present study is an impact simulation using one of the Solidworks software modules, which helps us to carry out an analysis between the mechanical properties of certain materials, according to the behavior at a given impact, in this case the analysis was carried out between the material of steel ASTM-A36 that is the most used material for the manufacture of structures and the availability that exists for the acquisition of this, applying a new material in the software module giving the physical and mechanical particularities that the Hemp Fiber has , experiment if this material has characteristics similar to that of the steel mentioned above, since there are currently processes that facilitate the importation of this fiber, it has multiple uses in medicine, textiles, and when combined with other materials, it helps in the increase in resistance, this has been reflected in the use of the construction sectors and especially po r the automotive part in the elaboration of parts and mechanical parts. The analysis was performed based on stress, displacement and deformation.

Keywords: simulation; deformation; material; fibers; endurance; mechanics; strain.

Resumo

O presente estudo � uma simula��o de impacto utilizando um dos m�dulos do software Solidworks, que nos ajuda a realizar uma an�lise entre as propriedades mec�nicas de determinados materiais, de acordo com o comportamento a um determinado impacto, neste caso a an�lise foi realizada entre os material de a�o ASTM-A36 que � o material mais utilizado para fabrica��o de estruturas e a disponibilidade que existe para aquisi��o deste, aplicando um novo material no m�dulo de software dando as particularidades f�sicas e mec�nicas que a Fibra de C�nhamo possui, experimente se este material tem caracter�sticas semelhantes ao do referido a�o, pois atualmente existem processos que facilitam a importa��o desta fibra, tem m�ltiplas utiliza��es quer na medicina, na �rea t�xtil, tamb�m quando combinado com outros materiais ajuda no aumento da resist�ncia, isso se refletiu na utiliza��o dos setores da constru��o e, sobretudo, pela parte automotiva na elabora��o de pe�as e pe�as mec�nicas. A an�lise foi realizada com base em tens�es, deslocamentos e deforma��es.

Palavras-chave: simula��o; deforma��o; material; fibras; resist�ncia; mec�nica; cepa.

Introducci�n

La fibra del c��amo industrial tiene una peculiaridad de bio-almacenamiento de carb�n. Esto quiere decir que mientras el cultivo est� en su tierra absorbe el carb�n en un proceso denominado �bio- captura� [1]. La planta del c��amo en sus ra�ces tiene una caracter�stica de absorci�n de metales pesados que llegan a atraer el carb�n que se encuentra en el suelo [1].

En Europa la elaboraci�n de c��amo industrial a nivel mundial la lideraba la Uni�n Sovi�tica, Italia y Yugoslavia [2]. EEUU para la producci�n de sogas y lonas para su uso en los barcos que se preparaban para la guerra [4].

La fibra de c��amo es uno de los cultivos m�s antiguos realizado por el hombre. Su uso inicia en lo que se conoce como Taiw�n en donde se usaba hilos hechos de esta fibra para moldear figuras de arcilla hechas a mano [5]. En la actualidad se puede encontrar m�s de 10.000 productos hechos a partir del c��amo [3].

Materiales y M�todos

Se ha tomado referencia de distintas investigaciones acerca de las fibras que en este caso son las m�s comerciales en nuestro medio, tomamos en cuenta las caracter�sticas de cada material como se indica en la siguiente tabla:

Tabla 1: Propiedades intr�nsecas a tracci�n, propiedades espec�ficas para algunas fibras sint�ticas [1].

Tabla 2: Tabla propiedades mecanicas del acero ASTM A 36 (tomado del software)

Tabla 3: Tabla propiedades mecanicas de la fibra de Ca�amo (creado nuevo material en el software)

Con este argumento se establecen los valores seg�n condiciones mec�nicas de cada material, a la vez posicionando el estudio y relacionando los resultados, cabe mencionar que la fibra de c��amo no existe en el software por lo que se realiz� la personalizaci�n de un nuevo material para el estudio. La determinaci�n de la m�xima tensi�n, desplazamientos y deformaciones, en este estudio se lo realizo mediante el m�dulo de ca�da que tiene el software y escogiendo la opci�n de impacto, se dise�� una probeta cil�ndrica tipo barra solida de 24,5 mm de di�metro y 200mm de largo, a raz�n de 11 m/s de velocidad y la gravedad respecto a la normal, (estos datos se aplicaron para la ayuda del c�lculo del software, si se incrementa las dimensiones del material y aumento de la velocidad se demoraba en los caculos o simplemente no se cargaban estos) .

Figura 1: Simulaci�n de impacto.

Figura 2: Aplicaci�n de par�metros.

Realizando con la simulaci�n de velocidad de impacto [6], en los dos casos el uno aplicando el material de ACERO ASTM A36 y en el otro aplicando el nuevo material de la fibra de C��amo.

Figura 3: Simulaci�n de tensiones utilizando la Fibra de C��amo

Figura 4: Simulaci�n de tensiones utilizando Acero ASTM A36

Tabla 4: Resultados obtenido de la simulacion

Los datos obtenidos indican las condiciones en que se desarrollan cada material as� podemos referirnos a que si se pueden sustituir alg�n elemento.

Figura 5: Simulaci�n de desplazamiento utilizando la Fibra de C��amo.

Figura 6: Simulaci�n de desplazamiento utilizando Acero ASTM A36.

Tabla 4: Resultados obtenido de la simulacion

Figura 7: Simulaci�n de deformaciones utilizando la Fibra de C��amo.

Figura 8: Simulaci�n de deformaciones utilizando Acero ASTM A36.

Tabla 4: Resultados obtenido de la simulacion

Conclusiones

�           Los resultados de la simulaci�n, con respecto a las tensiones m�ximas podemos determinar que la fibra de C��amo y el Acero ASTM A36, tienen una diferencia considerable al impacto de 1.622.903.296 N/m² y 541.396.800 N/m² respectivamente.

�           Referente al desplazamiento es de 0,511 mm para la fibra de C��amo y de 0,331 mm para el Acero, este resultado puede aumentar si se eleva la velocidad y si afectar�a en la parte estructural a los diferentes materiales.

�           Seg�n el resultado de la deformaci�n unitaria no existe un gran porcentaje de deformaci�n en este caso su comportamiento es el mismo.

Referencias

1.        Agrofibra S. L. (2004) Informe T�cnico. comercialagrofibra@telefonica.net.

2.        Ivanovic, M. (Mayo de 2016). History of cultivation and processing of industrial hemp in Slavonia�������� and������� Baranja.�������� Obtenido������� de������� University�������� of Osijek: http://www.efos.unios.hr/repec/osi/eecytt/PDF/EconomyofeasternCroatiayester daytodaytomorrow04/eecytt0418.

3.        Johnson, R. (2017). Hemp as an agricultural commodity. Washington D.C.: Congressional Research Service.

4.        Lower, G. (Febrero de 1937). The most profitable crop that can be grown. Obtenido de Mechanical���������������������������������������������������������������������������� Engineering:

http://www.electricemperor.com/eecdrom/HTML/EMP/03/ECH03_02.HTM.

5.        Schmader, D. (2016). The user�s guide. Seattle: Sasquatch Books.

6.        Vera, A. (septiembre 2014). Simulaci�n con Solidworks An�lisis est�tico lineal. Editorial Macro. Lima, Per�.

�2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).