Predicción de vida remanente en ejes de masa superior de molino de caña

Predicting remaining life in upper sugar-mill shafts

En este artículo se presenta un método basado en la mecánica de fractura para el cálculo del tamaño critico de fisuras y la vida remanente de un ele de masa superior de molino de caña de azúcar, con fisuras semielípticas y circunferenciales. Debido a la presencia de un campo de esfuerzos multiaxiales es necesario usar en la ley de París un factor de intensidad de esfuerzos equivalente. Se obtuvieron los intervalos entre inspección requeridos para evitar una falla por fatiga de estos elementos. Para el cálculo de vida residual y tamaño de fisura máxima se considera la zona localizada en el cambio de diámetro del guilo más próximo al acoplamiento cuadrado, donde se encontró el 25% de las fallas.

Introducción

Los ejes de las mazas de los molinos se apoyan sobre cureñas (estructura del molino), y las chumaceras de bronce son usadas como cojinetes que permiten la flotación de la masa superior aplicando sobre esta una presión constante con dos cilindros hidráulicos; la masa a su vez transmite esta fuerza a la caña. Los ejes de molino son por sí mismos elementos críticos, altamente esforzados y de un elevado costo para cualquier ingenio azucarero, todos los ingenios azucareros realizan grandes esfuerzos para evitar la ruptura imprevista de los ejes de molinos de caña de azúcar. Debido a la función que realizan, estos elementos se ven sometidos a cargas considerables que provocan su rotura en un número relativamente corto de ciclos de trabajo. Del estudio de las características de la falla de estos ejes se conoce que las mismas ocurren como producto de un proceso de fatiga. Las grietas surgen a partir  de microdefectos localizados en la superficie o muy cercanos a ella y se propagan en un plano próximo a la sección transversal del eje.

La potencia ingresa al molino por medio de un eje cuadrado llamado entre dos, este acople conecta el eje de salida de la última etapa de reducción de velocidad entre la turbina de vapor y el molino de caña, con el eje de la maza superior. El eje del reductor de baja es unido al entre dos por medio de un acople cuadrado y el entre dos es unido a un cuadrante del eje superior por medio de otro acople cuadrado. La potencia es repartida a las mazas cañera y bagacera por medio de coronas, y la cuarta maza por medio de cadenas a través de la maza cañera o en ocasiones de la maza superior por medio de coronas; cada molino está acoplado a una turbina. Los reportes de fisuras detectadas en los ejes del Ingenio Manuelita S.A. fueron analizados para encontrar los sectores del eje en donde con mayor frecuencia aparecen fisuras o se produce la ruptura; los resultados pueden ser observados en la Figura 1, en donde se muestra el porcentaje de ejes que presentaron fisuras en cada zona. Puede observarse que la zona del eje con el mayor porcentaje de falla (25%) es el cambio de sección guijo maza.