Simulación del estado tensional de la placa de respaldo de la bomba KARL KROYER MP 2C120 // Simulation of the stress state of the backing plate in a diaphragm pump

Resumen

La determinación analítica del estado tensional de la placa de respaldo de una bomba de diafragma, tanto por sus características geométricas como por las solicitaciones a que está sometida, implica un elevado grado de complejidad que la hace impracticable. En este trabajo se usó el método de elementos finitos para realizar una simulación de este problema que permitió obtener una solución aproximada, pero suficientemente precisa para su uso con fines prácticos. En la simulación, se tuvo en cuenta la curvatura de la placa, la distribución de los agujeros con las consiguientes concentraciones de tensiones y el efecto, en términos de fuerza, tanto del fluido como del diafragma. Como resultado, se obtuvo la distribución de tensiones en todo el dominio geométrico de la pieza. En todos los casos, los resultados obtenidos estuvieron conforme a lo esperado, desde el punto de vista cualitativo, de los fundamentos de la teoría de la elasticidad. Los resultados se validaron, mediante la comparación de la región de mayor tensión obtenida por la simulación y aquella donde ocurrió la rotura en piezas reales, observándose una excelente coincidencia, además, se podrán utilizar también en la optimización del diseño de estas placas.

Palabras claves: bomba de diafragma; placa curva con agujeros; análisis por elementos finitos; estado tensional.

Abstract

Analytical determination of stress distribution in a backing plate of a diaphragm pump, has a high complexity level, due not only to its geometric characteristics but also to the acting loads. In this work, the finite element method was used to carry out a simulation at this problem, allowing to obtain a solution that, although approximate, is accurate enough for being used for practical applications. In the simulation, the plate curvature, holes space distribution with the corresponding stress concentrations, and the force effect in the fluid and the diaphragm. The outcome was the stress distribution in the whole geometric domain of the part. In all the cases, the obtained results qualitatively matched to those expected from basis of the theory of elasticity. The obtained outcomes were validated by comparing the higher stress region achieved through the simulation and that where the part breakage actually took place. An excellent matching of both regions was observed. The used approach can be also being use in the future, for optimizing the design of these backing plate.

Key words: diaphragm pump; holed curved plate; finite element analysis; stress state.