Citrus Product
En el momento en que realizamos un zumo mediante un exprimidor de frutas, realizamos una serie de acciones que interactúan con el mismo producto; éstas modifican estructuralmente los componentes que confeccionan el exprimidor.
En la sección de simulación estructural se ha realizado un estudio sobre el comportamiento estructural de las piezas que reciben mayores cargas en su uso; se han estudiado parámetros estructurales tales como las tensiones de Von Mises, los desplazamientos y la fatiga que se producen desde la aplicación de la carga en los cabezales transmitidas al eje y finalmente a la base superior.
Se ha considerado la idealización mediante "shells" de los sólidos que comforman los elementos de estudio, dado que los espesores de cada pieza se mantenían constantes; mediante la idealización con "shells" se pretende facilitar el cálculo al procesador reduciendo el número de elementos para el cálculo de modo considerable.
Para los cálculos se ha supuesto una carga aplicada de 75 N (7.5 Kg. aproximadamente) sobre los diferentes cabezales formando ésta un ángulo de 45º respecto al plano del suelo.
El primer componente de estudio ha estado el cabezal; los 4 cabezales comparten material, restricciones y las cargas de aplicación, diferenciándose entre los mismos por la geometría.
El material seleccionado para el estudio estructural de los cabezales es el PP de propiedades físicas y mecánicas de interés para los cálculos:
*Densidad: 0.9 g/cm3
*Poisson: 0.4
*Módulo de Young: 1.6 GPa
*Límite elástico: 33 MPa
Cabezal para exprimir limas
Simulación estructural
Se puede observar en las imágenes la casuística discreta para el cabezal de exprimir limas, la cáscara del modelo y la malla generada para el cálculo estructural respectivamente. La malla con la que se han realizado los cálculos de ésta pieza contiene 272 elementos.
Tensión Von Mises cabezal para exprimir limas
En las imágenes mostradas relativas a la tensión Von Mises del cabezal para exprimir limas se puede observar que los puntos dónde se produce mayor tensión son aquellos dónde se aplica la fuerza directamente y se distribuyen las tensiones de derecha a izquierda reduciéndose progresivamente.
Las tensiones máximas a las que trabaja el cabezal están sobre los 1.5 MPa.
En los gráficos se pueden observar diferentes picos de tensiones disparadas hasta los 17.58 MPa, éstas tensiones se producen en puntos como aristas o vértices. Los resultados en las aristas o vértices no los podemos dar ni tratar como certeros dado que se trata de un problema de cálculo del programa.
Deformación cabezal para exprimir limas
En las imágenes se pueden observar las diferentes deformaciones que sufre el cabezal para exprimir limas. Las deformaciones se producen a partir del punto dónde las restricciones de movimiento dejan de actuar o no están activas.
Se puede observar un desplazamiento máximo de 0.04 mm.
Cabezal para exprimir limones
Se puede observar en las imágenes la casuística discreta para el cabezal de exprimir limones, la cáscara del modelo y la malla generada para el cálculo estructural respectivamente. La malla con la que se han realizado los cálculos de ésta pieza contiene 401 elementos.
Tensión Von Mises cabezal para exprimir limones
En las imágenes mostradas relativas a la tensión Von Mises del cabezal para exprimir limones se puede observar que los puntos dónde se produce mayor tensión son aquellos dónde se aplica la fuerza directamente y se distribuyen las tensiones de delante o desde el observador a detrás reduciéndose progresivamente.
Las tensiones máximas a las que trabaja el cabezal están sobre los 2 MPa.
En los gráficos se pueden observar diferentes picos de tensiones disparadas hasta los 19.9 MPa, éstas tensiones se producen en puntos como aristas o vértices. Los resultados en las aristas o vértices no los podemos dar ni tratar como certeros dado que se trata de un problema de cálculo del programa.
Deformación cabezal para exprimir limones
En la imagen se pueden observar las diferentes deformaciones que sufre el cabezal para exprimir limones. Las deformaciones se producen a partir del punto dónde las restricciones de movimiento dejan de actuar o no están activas.
Se puede observar un desplazamiento máximo de 0.08 mm.
Cabezal para exprimir naranjas
Se puede observar en las imágenes la casuística discreta para el cabezal de exprimir naranjas, la cáscara del modelo y la malla generada para el cálculo estructural respectivamente. La malla con la que se han realizado los cálculos de ésta pieza contiene 435 elementos.
Tensión Von Mises cabezal para exprimir naranjas
En las imágenes mostradas relativas a la tensión Von Mises del cabezal para exprimir naranjas se puede observar que los puntos dónde se produce mayor tensión son aquellos dónde se aplica la fuerza directamente y se distribuyen las tensiones de izquierda a derecha y de atrás a alante desde el observador, reduciéndose progresivamente.
Las tensiones máximas a las que trabaja el cabezal están sobre los 2.2 MPa.
En los gráficos se pueden observar diferentes picos de tensiones disparadas hasta los 25.21 MPa, éstas tensiones se producen en puntos como aristas o vértices. Los resultados en las aristas o vértices no los podemos dar ni tratar como certeros dado que se trata de un problema de cálculo del programa.
Deformación cabezal para exprimir naranjas
En la imagen se pueden observar las diferentes deformaciones que sufre el cabezal para exprimir naranjas. Las deformaciones se producen a partir del punto dónde las restricciones de movimiento dejan de actuar o no están activas.
Se puede observar un desplazamiento máximo de 0.59 mm.
Cabezal para exprimir pomelos
Se puede observar en las imágenes la casuística discreta para el cabezal de exprimir pomelos, la cáscara del modelo y la malla generada para el cálculo estructural respectivamente. La malla con la que se han realizado los cálculos de ésta pieza contiene 413 elementos.
Tensión Von Mises cabezal para exprimir pomelos
En las imágenes mostradas relativas a la tensión Von Mises del cabezal para exprimir pomelos se puede observar que los puntos dónde se produce mayor tensión son aquellos dónde se aplica la fuerza directamente y se distribuyen las tensiones de izquierda a derecha y de atrás a alante desde el observador, reduciéndose progresivamente.
Las tensiones máximas a las que trabaja el cabezal están sobre los 2.5 MPa.
En los gráficos se pueden observar diferentes picos de tensiones disparadas hasta los 67.7 MPa, éstas tensiones se producen en puntos como aristas o vértices. Los resultados en las aristas o vértices no los podemos dar ni tratar como certeros dado que se trata de un problema de cálculo del programa.
Deformación cabezal para exprimir pomelos
En la imagen se pueden observar las diferentes deformaciones que sufre el cabezal para exprimir pomelos. Las deformaciones se producen a partir del punto dónde las restricciones de movimiento dejan de actuar o no están activas.
Se puede observar un desplazamiento máximo de 0.52 mm.
El segundo componente de estudio ha estado el eje; El eje recibe una carga igual al peso del cabezal más la fuerza aplicada de 75N (Se ha considerado como negligible el peso del cabezal dado que el valor es mínimo y no afectaría a los cálculos). También se ha considerado en el cálculo un par transmitido al eje de 0.21Nm producido por el motor que activa el movimiento en el exprimidor.
El material seleccionado para el estudio estructural del eje es el ABS de propiedades físicas y mecánicas de interés para los cálculos:
*Densidad: 1.04 g/cm3
*Poisson: 0.38
*Módulo de Young: 2.5 GPa
*Límite elástico: 40 MPa
Eje
Se puede observar en las imágenes la casuística discreta para el eje del exprimidor, la cáscara del modelo y la malla generada para el cálculo estructural respectivamente. La malla con la que se han realizado los cálculos de ésta pieza contiene 137 elementos.
Tensión Von Mises para el eje
Las tensiones máximas a las que trabaja el eje están sobre los 20 MPa. El dato se ha tomado midiendo sobre el análisis mediante la función de información dynamic query.
En los gráficos se pueden observar diferentes picos de tensiones disparadas hasta los 34.29 MPa, éstas tensiones se producen en puntos como aristas o vértices. Los resultados en las aristas o vértices no los podemos dar ni tratar como certeros dado que se trata de un problema de cálculo del programa.
Deformación eje
En la imagen se pueden observar las deformaciones que sufre el eje. Las deformaciones se producen a partir del punto de aplicación de la fuerza de la persona hasta los puntos de restricción de movimiento de modo progresivo.
En la leyenda se pueden observar deformaciones de hasta 4.7 mm, esto puede ser debido al modo en que se ha aplicado la carga que va directa al eje por dónde se sujetaría el cabezal
Se haconsiderado un desplazamiento máximo de 2.5 mm medido mediante la función de información dynamic query.
El tercer componente de estudio ha estado la base superior; la base superior recibe una carga igual al peso del cabezal más el del eje más la fuerza aplicada de 75N (Se ha considerado como negligible el peso del cabezal y el del eje dado que el valor es mínimo y no afectaría a los cálculos). El cálculo se ha realizado bajo la suposición más crítica de aplicar los 75 N en vertical sobre dónde se apoyaría el eje.
El material seleccionado para el estudio estructural de la base superior es el ABS de propiedades físicas y mecánicas de interés para los cálculos:
*Densidad: 1.04 g/cm3
*Poisson: 0.38
*Módulo de Young: 2.5 GPa
*Límite elástico: 40 MPa
Base superior
Se puede observar en las imágenes la casuística discreta para la base superior del exprimidor, la cáscara del modelo y la malla generada para el cálculo estructural respectivamente. La malla con la que se han realizado los cálculos de ésta pieza contiene 718 elementos.
Tensión Von Mises para la base superior
Las tensiones máximas a las que trabaja la base superior están sobre los 6 MPa alrededor de la geometría del radio en el cuello . El dato se ha tomado midiendo sobre el análisis mediante la función de información dynamic query.
En los gráficos se pueden observar diferentes picos de tensiones disparadas hasta los 8.71 MPa, éstas tensiones se producen cerca de las aristas o vértices como los de las torretas , el orificio de encaje con la jarra o el cuello que soporta el eje. Los resultados en las aristas o vértices como los de la geometría del orificio de encaje con la jarra o las areas cerca o en contacto con las torretas no los podemos dar ni tratar como certeros dado que se trata de un problema de cálculo del programa.
Deformación base superior
En la imagen se pueden observar las deformaciones que sufre la base superior. Las deformaciones se producen a partir del punto de aplicación de la fuerza de la persona en el centro de la pieza, reduciéndose hasta los puntos de restricción de movimiento en la base de modo progresivo.
En la leyenda se pueden observar deformaciones de hasta 0.47 mm cerca del punto de aplicación de la fuerza
Se puede observar en la imagen adjunta de la deformación como siendo una restricción simétrica y uniforme en el contorno de la base, y aplicando una fuerza igual sobre la curva del cuello; se produce una mayor deformación fuera de la uniformeidad de la pieza, cerca del orificio de encaje con la jarra, dado que encuentra menor masa y se aproxima a la arista.
Casuística desfaborable
Una vez estudiada la casuística habitual o cotidiana, considerando las cargas de fuerza de un uso correcto del producto, se ha realizado un estudio del exprimidor considerando una carga de 30 Kg.(294N) correspondiente a la fuerza que ejercería el usuario apoyándose sobre el producto con las manos. En el estudio se han tratado los siguientes componentes estructurales: el cabezal para exprimir pomelos, dado que es el que salía más desfavorecido en el primer análisis, el eje y la base superior. Los materiales y restricciones de las piezas se han estudiado del mismo modo que en el primer estudio.
Cabezal para exprimir pomelos
Se puede observar en la imagen la casuística discreta para el cabezal de exprimir pomelos, la malla contiene los mismo elementos que en la primera casuística.
Tensión Von Mises cabezal para exprimir pomelos (Casuística desfaborable)
En las imágenes mostradas relativas a la tensión Von Mises del cabezal para exprimir pomelos se puede observar que los puntos dónde se produce mayor tensión son aquellos dónde se aplica la fuerza directamente y se distribuyen las tensiones de derecha a izquierda reduciéndose progresivamente.
Las tensiones máximas a las que trabaja el cabezal están sobre los 8 MPa.
En los gráficos se pueden observar diferentes picos de tensiones disparadas hasta los 265.70 MPa, éstas tensiones se producen en puntos como aristas o vértices. Los resultados en las aristas o vértices no los podemos dar ni tratar como certeros dado que se trata de un problema de cálculo del programa.
Deformación cabezal para exprimir pomelos(Casuística desfaborable)
En la imagen se pueden observar las diferentes deformaciones que sufre el cabezal para exprimir pomelos en la casuística desfaborable . Las deformaciones se producen a partir del punto dónde las restricciones de movimiento dejan de actuar o no están activas.
Se puede observar un desplazamiento máximo de 2.04 mm.
Eje
Se puede observar en la imagen la casuística discreta para el eje, la malla contiene los mismo elementos que en la primera casuística.
Tensión Von Mises eje (Casuística desfaborable)
Factor de seguridad = 0.5
Las tensiones máximas a las que trabaja el eje están sobre los 80 MPa. El dato se ha tomado midiendo sobre el análisis mediante la función de información dynamic query; coincide también que los 30Kg (294N) son casi 4 veces la carga de la hipótesis inicial de 7.5 Kg, viéndose reflejado en la relación del resultado con el resultado de la primera casuística
En los gráficos se pueden observar diferentes picos de tensiones disparadas hasta los 134.5 MPa, éstas tensiones se producen en puntos como aristas o vértices. Los resultados en las aristas o vértices no los podemos dar ni tratar como certeros dado que se trata de un problema de cálculo del programa.
El eje está trabajando con un factor de seguridad de 0.5, por debajo de 1. Esto nos indica la fallida a nivel estructural del componente eje.
Deformación eje(Casuística desfaborable)
En la imagen se pueden observar las deformaciones que sufre el eje en la casuística desfaborable. Las deformaciones se producen a partir del punto de aplicación de la fuerza de la persona hasta los puntos de restricción de movimiento de modo progresivo.
En la leyenda se pueden observar deformaciones de hasta 18.27 mm, esto puede ser debido al modo en que se ha aplicado la carga que va directa al eje por dónde se sujetaría el cabezal
Se haconsiderado un desplazamiento máximo de 10 mm medido mediante la función de información dynamic query, éste desplazamiento se debe de tomar como excesivo para el diseño del exprimidor que de que trata el proyecto.
Base superior
Se puede observar en la imágen la casuística discreta desfavorable para la base superior del exprimidor . La malla con la que se han realizado los cálculos de ésta pieza contiene 718 elementos como en el del caso estándar.
Tensión Von Mises para la base superior(Casuística desfaborable)
Las tensiones máximas a las que trabaja la base superior en la casuística desfaborable están sobre los 24 MPa alrededor de la geometría del radio en el cuello . El dato se ha tomado midiendo sobre el análisis mediante la función de información dynamic query.
En los gráficos se pueden observar diferentes picos de tensiones disparadas hasta los 34.1 MPa, éstas tensiones se producen cerca de las aristas o vértices como los de las torretas de igual modo que en el caso cotidiano , el orificio de encaje con la jarra o el cuello que soporta el eje. Los resultados en las aristas o vértices como los de la geometría del orificio de encaje con la jarra o las areas cerca o en contacto con las torretas no los podemos dar ni tratar como certeros dado que se trata de un problema de cálculo del programa.
Deformación base superior(Casuística desfaborable)
Factor de seguridad = 1.66