Modelación matemática y simulación computacional para el diseño de un mecanismo agitador de pintura

• Escobar Guachambala, Miguel Ángel ^[1] ; Buñay Guaman, Jorge Sebastián ^[1] ; Pozo Safla, Edwin Rodolfo ^[1] ; Aquino Arroba, Sócrates Miguel ^[1]
  1. [1] Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, ESPOCH
• Localización: Polo del Conocimiento: Revista científico - profesional, ISSN-e 2550-682X, Vol. 7, Nº. 7 (JULIO 2022), 2022, págs. 1945-1970
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Modelagem matemática e simulação computacional para o projeto de um mecanismo agitador de tinta
  • Mathematical modeling and computational simulation for the design of a paint agitator mechanism
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• Resumen
  • español

    En el presente trabajo investigativo se planteó el análisis dinámico de un agitador de pintura, para ello se realizó un estudio del estado del arte previo para su posible realización. Los pasos fueron el desarrollar la ingeniería que envuelve el desarrollo de este tipo de productos, después la adecuada selección de componentes así como el dimensionamiento de cada uno de los elementos constitutivos del agitador. Después se procedió a la verificación de las ecuaciones que nos permiten encontrar posiciones, velocidades, aceleraciones y torques. Y todas estas debidamente relacionadas con el tiempo según los ciclos que se deben realizar para garantizar la adecuada mezcla de la pintura. Para lograr esto, con las ecuaciones previamente establecidas se hizo la respectiva simulación en el Matlab, para ello se ocupan diferentes comandos como la resolución a través del método numérico  de Newton Raphson, que nos permite derivar de una mantera cíclica las expresiones que traducen el movimiento. Cuando ya se obtuvieron las diferentes gráficas se procedió a representar el mecanismo del agitador en un programa CAD como Solidworks, obteniendo un esquema dinámico del agitador, posteriormente para validar lo anteriormente encontrado se procedió a la simulación del prototipo en ANSYS, lo que nos permitió encontrar las curvas y el comportamiento del sistema. Finalmente se pudo concluir que la curva de torque está estrechamente ligada a las cargas y la etapa del ciclo de trabajo en que se encuentre, obteniendo así los máximos y mínimos críticos para el diseño.

  • English

    In the present investigative work, the dynamic analysis of a paint agitator was proposed, for which a study of the previous state of the art was carried out for its possible realization. The steps were to develop the engineering that involves the development of this type of product, then the appropriate selection of components as well as the dimensioning of each of the constituent elements of the agitator. Then we proceeded to verify the equations that allow us to find positions, velocities, accelerations and torques. And all these duly related to time according to the cycles that must be carried out to guarantee the adequate mixing of the paint. To achieve this, with the previously established equations, the respective simulation was made in Matlab, for which different commands are used, such as resolution through the Newton Raphson numerical method, which allows us to derive from a cyclical manner the expressions that translate the movement . When the different graphs were obtained, the agitator mechanism was represented in a CAD program such as Solidworks, obtaining a dynamic diagram of the agitator, later to validate what was previously found, the prototype was simulated in ANSYS, which allowed us to find the curves and the behavior of the system. Finally, it was possible to conclude that the torque curve is closely linked to the loads and the stage of the work cycle in which it is found, thus obtaining the critical maximums and minimums for the design.

  • português

    No presente trabalho investigativo, foi proposta a análise dinâmica de um agitador de tinta, para o qual foi realizado um estudo do estado da arte anterior para sua possível realização. As etapas foram desenvolver a engenharia que envolve o desenvolvimento desse tipo de produto, em seguida a seleção adequada dos componentes, bem como o dimensionamento de cada um dos elementos constituintes do agitador. Em seguida, procedemos à verificação das equações que nos permitem encontrar posições, velocidades, acelerações e torques. E tudo isso devidamente relacionado ao tempo de acordo com os ciclos que devem ser realizados para garantir a mistura adequada da tinta.

    Para tal, com as equações previamente estabelecidas, foi feita a respetiva simulação em Matlab, para a qual são utilizados diferentes comandos, como a resolução através do método numérico de Newton Raphson, que permite derivar de forma cíclica as expressões que traduzem o movimento .

    Quando os diferentes gráficos foram obtidos, o mecanismo do agitador foi representado em um programa CAD como Solidworks, obtendo um diagrama dinâmico do agitador, posteriormente para validar o que foi encontrado anteriormente, o protótipo foi simulado no ANSYS, o que nos permitiu encontrar as curvas e o comportamento do sistema. Por fim, foi possível concluir que a curva de torque está intimamente ligada às cargas e à etapa do ciclo de trabalho em que se encontra, obtendo assim os máximos e mínimos críticos para o projeto.