Implementation of an automated dry sand/wet sand rubber wheel tribometer for the evaluation of abrasive wear in materials

Authors

Alfonso Rodríguez-Peña, Universidad del Atlántico; Oscar Fabián Higuera-Cobos, Universidad del Atlántico; Robin Jostin Pico-Montes, Universidad del Atlántico; Omer Yadith Sotelo-Hurtado, Universidad del Atlántico; Carlos Mauricio Moreno-Téllez, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Keywords:

Wet abrasion resistance, dry abrasion resistance, tribology, ASTM G65 Standard, ASTM G105 Standard, redesign

Synopsis

This work covers the redesign of the machine for the evaluation of dry abrasion resistance according to the ASTM G65 standard, from the Universidad del Atlántico; this machine was modified to implement the evaluation of wet abrasion resistance, according to the guidelines established by the ASTM G105 standard, and it was also converted into an automated equipment by means of a PLC. The methodology employed consisted in the first instance in conducting experimental tests to the old equipment (ASTM G65 standard), with which design flaws were detected and the necessary improvements for the implementation of ASTM G105 were identified, and the main elements to install the automated process control were also determined. Then a conceptual design was carried out to select the best option for the manufacture of the structure, based on that, simulations were performed in the SolidWorks software, in order to verify the critical elements of the machine, its permissible loads, validate the deformations, and know the safety factor; then calculations were made to determine the size and shape of the hoppers and the container for the wet abrasion resistance test. In this way, the necessary elements for the construction of the equipment were selected, although some of these elements were designed with a variety of shapes and sizes, which were not found in the market, therefore, it was necessary to manufacture them through different manufacturing processes. In addition, a study was carried out for the selection of the control elements and their fine-tuning, through tests based on ASTM G65 and ASTM G105 standards. The machine developed allows automated tests for the evaluation of dry and wet abrasion.

Chapters

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Alfonso Rodríguez-Peña, Universidad del Atlántico

Ingeniero Mecánico de la Universidad Tecnológica de Bolívar, M.Sc. en Ingeniería Mecánica de la Universidad del Norte. Especialista en Gerencia de Producción y Operaciones de Universidad Autónoma del Caribe. Especialista en Gestión Eficiente de Energía de la Universidad del Atlántico. Especialización Técnica en Fabricación de Productos Metalmecánicos con máquinas CNC del SENA. Especialización Técnica en Sistemas Hidráulicos del SENA. Docente Universitario desde 1998 de la Universidad Autónoma del Caribe, Universidad Libre, Politécnico Costa Atlántica. Desde 2015, se desempeña como Docente de Tiempo Completo en la Universidad del Atlántico. Director del Semillero de Diseño y Simulación del Grupo de Investigación CONFORMAT del Programa de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Atlántico. Es autor de la Patente de Invención Nacional Separador quirúrgico autoestático para cirugía de reemplazo total de cadera. Su área de investigación está relacionada con el diseño, simulación y construcción de productos comerciales, mecánicos y médicos.

Oscar Fabián Higuera-Cobos, Universidad del Atlántico

Ingeniero Metalúrgico y M.Sc. en Ingeniería Metalúrgica de la Universidad Industrial de Santander-UIS. Ph. D. en Ciencia e Ingeniería de los Materiales de la Universidad Politécnica de Cataluña, España. Del 2001 al 2004, trabajó como profesor en la UIS. Fue profesor de planta en la Universidad Tecnológica de Pereira (2005-2015). Actualmente, es Investigador Senior (IS), profesor Titular y director del Grupo de Investigación CONFORMAT adscrito al programa de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Atlántico. Autor de 5 libros relacionados con las áreas de materiales y tribología, y cuenta con artículos relacionados con la Ingeniería Metalúrgica y la Ciencia de los Materiales. Sus áreas de investigación están relacionadas con la deformación plástica severa, la electroquímica y el medio ambiente, la metalurgia física, los tratamientos térmicos y los materiales avanzados.

Robin Jostin Pico-Montes, Universidad del Atlántico

Nació en Barranquilla, Atlántico, Colombia, en 1989. Egresado de la Universidad del Atlántico, en donde obtuvo el título de Ingeniero Mecánico en el año 2022. Desde el año 2020, se ha desempeñado como coordinador de proyectos en el sector de la industria metalmecánica.

Omer Yadith Sotelo-Hurtado, Universidad del Atlántico

Egresado del SENA con un tecnólogo en diseño de elementos mecánicos con máquinas y herramientas CNC en el año 2019. Egresado de la Universidad del Atlántico, en donde obtuvo el título de Ingeniero Mecánico en el año 2022. Actualmente, trabaja de manera independiente por pedidos de empresas realizando proyectos de diseño, asistido por computadora mediante el software SolidWorks.

Carlos Mauricio Moreno-Téllez, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Ingeniero Metalúrgico y M.Sc. en Ingeniería Metalúrgica de la Universidad Industrial de Santander-UIS; Ph. D. en Ingeniería de los Materiales de la Universidad de Navarra - España. Director del Proyecto de Integridad - Ecopetrol llanos Orientales (2008 a 2010). Desde el 2010 hasta la fecha, docente Titular de la Escuela de Ingeniería Metalúrgica de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia - UPTC, sede Tunja. Investigador Principal del Instituto para la Investigación e Innovación en Ciencia y Tecnología de Materiales - INCITEMA e Investigador Asociado del Grupo de Integridad y Evaluación de Materiales – GIEM. Es autor de un libro relacionado con las áreas de materiales y tribología, así como de diferentes artículos relacionados con la Ingeniería Metalúrgica y la Ciencia de los Materiales. Las principales áreas de investigación del Dr. Moreno, están relacionadas con la modificación superficial de materiales, Integridad y corrosión de materiales, metalurgia física, tratamientos térmicos y materiales avanzados.

References

P.J. Blau, Oak Ridge. Introduction to adhesion, friction, and Wear Testing Handbook ASTM Vol8. Mechanical Testing and Evaluation. USA 2000 pp 694.

W. Gutiérrez, J.J. Olaya, M.D.P Torres, “Construcción de un equipo para desgaste abrasivo según norma ASTM G–65” Scientia et Technica Año XX, Vol. 20, No. 3, septiembre de 2015.

T. A. Stolarski, Tribology in Mashine Design, Oxford Auckland Boston Johannesburg Melbourne New Delhi: Butterworth Heinemann, 1990.

D.H. Mesa-Grajales, O.F Higuera-Cobos, E.A Ariza-Echeverri. “Fundamentos de tribología, con énfasis en desgaste” Facultad de Tecnología-UTP. Editorial Universidad Tecnológica de Pereira, 2017.

N. Saka and N. Suh, Fundamentals of Tribology, Massachusetts: MIT Press, 1978.

K. Ludema, FRICTION, WEAR, LUBRICATION: a textbook in tribology, Boca Raton, New York, London, Tokyo: CRC Press, 1996

A. D. Acurio Peralta, “Diseño y construcción de un equipo de laboratorio de desgaste abrasivo según normas ASTM G65, ASTM G105 y ASTM B611”. Tesis de grado, Col ciencias e Ingeniería, Prog. Ingeniería Mecánica. Univ. San Francisco de Quito. Ecuador. 2015

J. L. Soto Trinidad, J.R. Echavarría y G.A. Camilo “Diseño de una máquina para ensayos de abrasión seca y abrasión húmeda”., Eleventh LACCEI Latin American and Caribbean Conference for Engineering and Technology. August 14-16, 2013 Cancun, Mexico.

J. L. Marulanda, A. Z. Meneses, C. A. Estrada. “Construcción de una máquina para ensayo en desgaste abrasivo; según norma técnica ASTM G-65”. Scientia et Technica Año XV, No 41, pp. 373-378, mayo, 2009.

W. Gutiérrez Quintero, “Resistencia al desgaste abrasivo de recubrimientos producidos por proyección térmica para aplicaciones navales”, Bogotá: Universidad Nacional de Colombia, 2014.

F. Romo Aguas, D.J. Ochoa Vanstralhen, “Implementación de un equipo para la evaluación de la resistencia al desgaste abrasivo según norma ASTM G-65” Fac. de Ingeniería, Prog Ingeniería Mecánica. Universidad del Atlántico de Barranquilla. Colombia. 2018.

J. Hugh. Automating Manufacturing Systems with PLC’s. Version 5.0. 2007. p. 20.

C. Smith. Control Automático de Procesos. Teoría y Práctica. México D.F.: Ed. Limusa, 1991. p. 19.

ASTM International, ASTM G40-22a Standard Terminology Relating to Wear and Erosion, West Conshohocken, Pennsylvania: ASTM International, 2022.

S. F. Uribe “Diseño y fabricación de una máquina para ensayo de desgaste abrasivo según lineamientos de la norma ASTM G-65”, Fac. de Ingeniería Mecánica. Universidad Santo Tomas. Bogotá. 2018.

O. F. RODRIGUEZ, “Calidad superficial: Rugosidad, máquinas, métodos y control dimensional del procesamiento”. Escuela de educación técnica (EET), Santa fe, Argentina. 2000.

O.F Higuera-Cobos, I.C. Niño-Camacho, H.A González-Romero, S.A Hurtado-Ferrer, L.F Orozco-Lobo. “Comportamiento microestructural y al desgaste abrasivo de la aleación MOLDMAXX HH (C17200) sometida a ciclos térmicos”. Primera Edición, Editorial Universidad del Atlántico, 2020.

I. M. Hutchings, Tribology: Friction and Wear of Engineering Materials, Gran Bretaña: Butterworth-Heinemann, 1992.

ASTM Handbook Vol. 18 Friction, Lubrication and Wear Technology, ASM International.

ASTM International, ASTM G190 - 15 Standard Guide for Developing and Selecting Wear Tests, West Conshohocken, Pennsylvania: ASTM International, 2015.

ASTM International, ASTM G65 - 00 Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber, West Conshohocken, Pennsylvania: ASTM International, 2000.

ASTM International, ASTM G 105 – 02 Standard Test Method for Conducting Wet Sand/Rubber Wheel Abrasion, West Conshohocken, Pennsylvania: ASTM International, 2007.

ASTM International, ASTM B611- 13 Standard Test Method for Determining the High Stress Abrasion Resistance of Hard Materials, West Conshohocken, Pennsylvania: ASTM International, 2013.

J. Aguilar, Desarrollo de un prototipo tribológico húmedo funcional para pruebas de abrasión en un tribosistema acuoso, Instituto politécnico nacional, agosto del 2002.

J. D. Pérez Quiroga, Estudio de los parámetros de desgaste abrasivo del bronce SAE 40 y SAE 64 bajo la norma ASTM G-65 y su influencia en la pérdida de volumen., Ambato: Universidad técnica de Ambato, 2014.

American Welding Society, Codigo de soldadura estructural - acero, Miami: American Welding Society, 2015.

M. Medina, Innovación tecnológica para máquina de desgaste abrasivo tipo rueda de caucho y arena seca (ASTM G65), Pereira, Universidad tecnológica de Pereira, 2015.

Finning. “ANÁLISIS DE FALLAS 1; MODULO DE DESGASTE”. Departamento de desarrollo profesional Finning sudamerica.

Motorex (2022) [online]. Available: https://www.motorex.com.pe/p/trifasico-ie2-0-75hp-4-polos-weg/

China Yumo electric (2016) [online]. Available: https://www.yumoelectric.com/ZG3-30R-7-NPN-Relay-Output-PLC-HMI-Integrated-XINJE-Touch-Panel-pd94606226.html

IEC supply [online]. Available: https://shop.iecsupply.com/products/134X0711?locale=es_ES

Via industrial (2022) [online]. Available: https://www.viaindustrial.com/fuente-switcheada-riel-din-60w-spb-060- 24-autonics/pp/P101724/

Didácticas electrónicas [online]. Available: https://www.didacticaselectronicas.com/index.php/instrumentaci%C3%B3n-industrial/instrumentaci%C3%B3n/sensor-proximidad-metal-autonics-inductivo-magnetico-autonics-detail

Amazon (1996 – 2022) [online]. Available: https://www.amazon.com/-/es/Compresor-2-1-potencia-m%C3%A1xima-Pretul/dp/B07M7F9GYP

Soluciones neumáticos e hidráulicos E.I.R.L (2022) [online]. Available: https://www.hidrauliconeumatico.com/sistema-naumatico.html

Direct Industry (2022) [online]. Available: https://www. directindustry.es/prod/mindman-industrial/product-16430-1977703.html

Alibaba (1999 – 2022) [online]. Available: https://www.alibaba.com/product-detail/SMC-Type-Air-Filter-Regulator-AW4000_62375995420.html

Ventas Radwell (2022) [online]. Available: https://www.radwell.com/es-ES/Buy/MARSH%20BELLOFRAM/BELLOFRAM/961-112-000/

Ardobot Robótica SAS. 2022 [online]. Available: https://www.ardobot.co/celda-de-carga-50kg.html

Amazon (1996 – 2022) [online]. Available: https://www. amazon.es/dp/B07Z3WPDXT/ref=cm_sw_r_awdo_JE8FB3DMQA5FV6WBAXTN

Vespo Marketing Associates [online]. Available: http://vespo. com/08_08_12%20Uploads/XU2%20Transmitter.htm

Promart Homecenter [online]. Available: https://www.promart.pe/garrucha-plataforma-doble-rueda-fr-80-kg-2- 24223/p

Genebre (2022) Ficha técnica [online]. Available: https://www.genebre.es/10016-v-2027-con-actuador-neumatico

Downloads

Published

31 May 2023

Details about this monograph

ISBN-13 (15)

978-958-660-762-9