El desgaste abrasivo es un serio problema que afecta a diversas industrias a nivel mundial. En países que tienen una industria altamente desarrollada como Estados Unidos, Alemania, Japón o China, las pérdidas debido a este tipo de desgaste bordean los miles de millones de dólares anuales. Debido a las exorbitantes cifras de dinero que se pierden año tras año existe la necesidad de realizar investigaciones que minimicen los efectos del desgaste. Debido a este gran problema para la industria, diferentes investigadores vienen desarrollando estudios para minimizar los efectos del desgaste. La Pontificia Universidad Católica del Perú en conjunto con la empresa Soldexa S.A. está desarrollando un proyecto de investigación que abarca el estudio de más de 15 nuevos electrodos para hardfacing con el objetivo de encontrar una formulación química óptima para el desarrollo masivo de un nuevo tipo de electrodo. La presente tesis abarca el estudio de 3 recubrimientos duros con 5% de ferrotitanio y una composición de ferrovanadio que varía entre 0 y 1.85%. Se realizaron ensayos de dureza, de desgaste abrasivo según ASTM G-65, y de metalografía para cada uno de los tres recubrimientos en estudio. Se obtuvieron resultados favorables pues con bajas concentraciones de ferrovanadio, la resistencia al desgaste y la dureza obtenida en los recargues es muy similar a la que obtuvieron otros investigadores con altas concentraciones de ferrovanadio. Asimismo, las microestructura para todos los casos fue la de una matriz de austenita retenida con colonias de martensita, lo que evidencia una correlación con las propiedades mecánicas evaluadas. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / Un alto porcentaje de fallas en las líneas en transmisión es producido por impactos de rayos. A su vez, en líneas con cables de guardia, las fallas más comunes producidas por descargas atmosféricas son las causadas por arco inverso, las cuales se deben a una elevación de potencial en la torre provocada principalmente por la corriente de rayo circulante por la estructura o que se drena vía la resistencia de puesta a tierra. En función de lo anterior, el objetivo principal de esta memoria es determinar el valor de diseño de la resistencia de puesta a tierra a pie de torre en líneas de transmisión de alta tensión con el fin de reducir la tasa de fallas producidas por arco inverso, como parte de la coordinación de aislamiento. La metodología llevada a cabo en este trabajo consistió en realizar una búsqueda bibliográfica especializada, para luego implementar un método de cálculo de la tasa de fallas producida por arco inverso en función del valor de la resistencia de puesta a tierra. El método fue desarrollado en VBA (Visual Basic for Applications), lenguaje de macros de Microsoft Excel. Los resultados que se obtuvieron con el programa fueron comparados con datos de operación reales de líneas de transmisión, donde se obtuvieron resultados aceptables. Además, se revisaron otros métodos para mejorar el desempeño de una línea de transmisión con respecto al impacto de rayos y se realizó un caso de estudio para una línea de transmisión de 345 kV ubicada en zonas cordilleranas altiplánicas del norte de Chile. Como conclusión, se logró comprobar que el programa de cálculo de la tasa de fallas producidas por arco inverso es adecuado para dar una estimación del valor de la resistencia de puesta a tierra, con el fin de obtener un desempeño aceptable para la aislación de una línea en relación al fenómeno de arco inverso. Como trabajo futuro se podrían realizar mejoras al programa, ya sea incluyendo más variables, o agregando la tasa de fallas de blindaje de las líneas.

Se define al desgaste como la pérdida progresiva de material sólido de la superficie de un determinado componente, el desgaste en operación es uno de los problemas que originan mayores pérdidas económicas; esto ha conllevado a que diferentes rubros de la industria busquen opciones viables y de bajo costo en el mantenimiento de componentes mecánicos. Uno de los métodos más utilizados para mitigar los efectos del desgaste es mediante la aplicación de recubrimientos duros de soldadura denominado “HARDFACING”; sin embargo, se necesitan ciertos insumos como el Ferro-Titanio, Ferro-Vanadio, Grafito, entre otros para generar microestructuras duras y resistentes al desgaste. Estos insumos utilizados en la fabricación de electrodos de recargue evidencian un incremento en su costo lo cual conllevaría al encarecimiento de este método de protección. En el presente tema de tesis, se ha evaluado el desempeño de depósitos de hardfacing fabricados empleando un conjunto de nuevos electrodos propuestos por una compañía de consumibles local. En particular se busca evaluar el efecto del contenido de Ferro- Vanadio (2.85%, 3.85% y 5.85%) en el revestimiento de electrodos con un porcentaje de 5% de Ferro-Titanio y libres de grafito, sobre la microestructura, dureza y resistencia al desgaste abrasivo de depósitos obtenidos mediante proceso SMAW sobre planchas de acero ASTM A-36, finalmente se determinó cuál de los electrodos proporciona un recargue con mayor resistencia al desgaste. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / Es sabido que Chile es el primer productor de cobre en el mundo, ya sea en el formato de cátodos o concentrado. Los equipos usados en esta industria, tales como, palas retroexcavadoras, cargadores frontales y molinos de cono, están sometidos a un ambiente abrasivo que se traduce en desgaste (pérdida de material), lo que genera grandes costos para las empresas mineras. El presente trabajo está motivado en conocer la oferta de soluciones disponibles en Chile, para proteger equipos contra el desgaste abrasivo, respondiendo algunas preguntas, tales como ¿Qué materiales se utilizan para recubrir? ¿Qué procesos se usan? Entendiendo la necesidad de proteger los equipos de minería del cobre contra el desgaste generado por los efectos de la abrasión. El objetivo de la memoria es realizar una evaluación de algunas soluciones tecnológicas en recubrimientos resistentes a la abrasión para aplicaciones de minería en Chile. El trabajo no pretende entregar una solución, sino que hacer una revisión de las tecnologías utilizadas actualmente en el país. En el mundo, los materiales más utilizados para proteger equipos contra el desgaste abrasivo, son los recubrimientos de carburos de cromo (placas bimetálicas) y los carburos de tungsteno en base níquel. Este último tiene un mejor rendimiento, pero es casi tres veces más costoso que los carburos de cromo. La mayoría de los recubrimientos son aplicados por procesos de soldadura, tales como soldadura por arco sumergido (SAW, por sus siglas en inglés), soldadura por arco de plasma transferido (PTAW, por sus siglas en inglés), entre otros métodos. La metodología de este trabajo de título se dividió en tres etapas. La primera consistió en el intercambio de información a través de una encuesta online con empresas relacionadas con la oferta de soluciones contra el desgaste. En la segunda etapa, se entrevistó en forma presencial a algunas empresas del rubro y se obtuvieron algunas muestras representativas de la oferta del mercado. En la tercera etapa, las muestras fueron analizadas a nivel de laboratorio (análisis de metalografía, dureza y resistencia al desgaste por abrasión). De las encuestas se puede determinar que, en Chile, los materiales preferidos para proteger contra el desgate por abrasión son los aceros austeníticos, fundiciones blancas y las placas bimetálicas. En cuanto a los procesos preferidos, se encuentra la soldadura por electrodo protegido (SMAW) y alambre tubular (FCAW). En las entrevistas, se indica que esta última tiene como ventaja su alta productividad y fácil manejo. Las empresas también indicaron que la decisión de utilizar un material para recubrir se basa en la experiencia del cliente. Del análisis en laboratorio, se observa que el material que presentó mejor comportamiento frente al ensayo de desgaste por abrasión ASTM G65 es la placa bimetálica.

Ingeniero Civil Mecánico / A lo largo de los años, se ha identificado que uno de los mecanismos de desgaste más común en la industria minera es el desgaste por abrasión, siendo evidente en los equipos como chancadores y bombas de pulpa mineral entre otros. Resulta entonces importante estudiar materiales que puedan ser aplicados en piezas de estos equipos con el objetivo de disminuir los costos asociados a su reparación o reemplazo, producidos por el desgaste masivo y efectos de corrosión. El propósito de esta investigación fue analizar el efecto del contenido de molibdeno y vanadio en la microestructura y resistencia al desgaste abrasivo de cinco fundiciones blancas de alto cromo Fe-23Cr-3C.Se utilizaron cinco placas fundidas fabricadas según la norma ASTM A532 Clase II tipo D, modificadas con 1% Mo, 1,5% Mo, 3% Mo, 3% Mo - 1% V, y 3% Mo - 2%V. Estas placas se cortaron por electroerosión para obtener las probetas necesarias para estudiar la metalografía, las propiedades mecánicas y la resistencia al desgaste de cada una de ellas. Los materiales se caracterizaron mediante microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, ensayos de micro y macrodureza, ensayo de impacto Charpy y ensayos de desgaste según la norma G-65. El análisis metalográfico reveló que la microestructura de las aleaciones está compuesta de estructuras aciculares y carburos hexagonales del tipo M_7 C_3 comunes de esta clase de fundiciones. A través del análisis de difracción de rayos X se confirmó la presencia de carburos de cromo, molibdeno y vanadio del tipo M_7 C_3, y compuestos intermetálicos en una matriz autenítica-martensítica. Los análisis de microdureza Vickers mostraron valores entre 700 y 1000 〖Hv〗_0.2, mientras que en la escala Rockwell C dichos valores estuvieron en el rango 58 a 62. El ensayo de impacto Charpy entrego un promedio de 0,9 [J] para todas las fundiciones. Los ensayos de desgaste abrasivo reportaron tasas de desgaste en el rango de 7.2 8.6 [〖mm〗^3⁄km]. Se concluyó que el adicionamiento de Mo provoca una disminución en la fracción volumétrica de carburos y en el tamaño de estos. Esta disminución produce una disminución en la dureza lo que a su vez afecta en forma negativa la resistencia al desgaste abrasivo. Además se concluyó que el adicionamiento de V provoca un aumento de los carburos de menor tamaño sin afectar la fracción volumétrica total de estos. Este aumento produce una leve mejora de la dureza, lo cual determina un mejor desempeño frente al desgaste abrasivo. Finalmente se observó que la fundición con una adición de 3% de Mo y 1% de V presentó la menor tasa de desgaste (7.2 [〖mm〗^3⁄km]) producto de su microestructura compuesta de carburos pequeños (< 2500 〖μm〗^2) y su matriz martensítica. Por otra parte la fundición con una adición de 3% de Mo y 2% de V presentó la mayor tasa de desgaste (8.6 [〖mm〗^3⁄km]) producto de su mayor tamaño promedio de carburos (>10000 〖μm〗^2) y su matriz austenítica, lo que también explica su menor dureza (700 〖Hv〗_0.2) en comparación a las otras fundiciones blancas.

Los ensayos de desgaste según la norma ASTM G-65 son realizados para determinar la resistencia al desgaste abrasivo de bajo esfuerzo de un material mediante su exposición al contacto con arena seca. Estos ensayos permiten la evaluación de recargues duros o hardfacing con la finalidad de encontrar los efectos de los elementos aleantes sobre la microestructura y la resistencia al desgaste. Por su parte, el aprendizaje automático, conocido como Machine Learning, es una técnica del campo de la inteligencia artificial que busca desarrollar modelos computacionales con la capacidad de realizar tareas de clasificación y regresión. La metodología utilizada para realizar el entrenamiento, y posterior evaluación de los modelos obtenidos, consiste en la digitalización de los registros de ensayos de desgaste ejecutados por la American Welding Society, el análisis del comportamiento de la pérdida de masa en función del porcentaje de la concentración de los elementos presentes en el depósito del recargue duro y el desarrollo de los siguientes algoritmos de modelos de aprendizaje automático: k-vecinos cercanos (KNN), red neuronal artificial (ANN) y máquina de aprendizaje extremo (ELM). Posterior al entrenamiento, se emplearon los modelos ya entrenados para calcular la pérdida de masa en probetas previamente ensayadas en el Laboratorio de Materiales de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) y así evaluar la efectividad de los modelos en la sección de resultados. Para los modelos entrenados se identificaron las variantes con mejor efectividad en la predicción de pérdida de masa, las cuales fueron la red neuronal artificial de 3 capas entrenada en 1000 épocas, el modelo de k-vecinos cercanos con 6 vecinos y la máquina de aprendizaje extremo con 10,000 neuronas. Para la comparación con datos de ensayos realizado sen la PUCP se obtuvo un error medio absoluto de 0.086 g para ANN, 0.726 g para KNN 0.853 g para ELM; en contraste con los valores de 0.228 g, 0.321 g y 0.666 g obtenidos para los ensayos realizado por la AWS, respectivamente. De entre los 3 modelos entrenados, se identifica que la red neuronal artificial congrega la mayor cantidad de puntos cercanos a la igualdad entre el valor real de pérdida de masa y la predicción calculada mediante el modelo. Se concluye que la ANN puede predecir con éxito la pérdida de masa en función de la composición química del depósito y su dureza, alcanzando una precisión del 85.75%. Por otro lado, la ELM requiere elevados recursos computacionales para entrenarse por encima de las 500,000 neuronas, así como un análisis más profundo para evitar el sobreajuste del modelo a los datos de entrenamiento. El algoritmo KNN no calcula exitosamente la masa perdida en un ensayo de desgaste debido a que entrega valores de promedios locales para datos que no se estructuran de forma ordenada. Finalmente, los resultados alcanzados brindan validez a la aplicación de técnicas de aprendizaje automático para encontrar la pérdida de masa en ensayos de desgaste.

El desgaste abrasivo es un serio problema que afecta a diversas industrias a nivel mundial. En países que tienen una industria altamente desarrollada como Estados Unidos, Alemania, Japón o China, las pérdidas debido a este tipo de desgaste bordean los miles de millones de dólares anuales. Debido a las exorbitantes cifras de dinero que se pierden año tras año existe la necesidad de realizar investigaciones que minimicen los efectos del desgaste. Debido a este gran problema para la industria, diferentes investigadores vienen desarrollando estudios para minimizar los efectos del desgaste. La Pontificia Universidad Católica del Perú en conjunto con la empresa Soldexa S.A. está desarrollando un proyecto de investigación que abarca el estudio de más de 15 nuevos electrodos para hardfacing con el objetivo de encontrar una formulación química óptima para el desarrollo masivo de un nuevo tipo de electrodo. La presente tesis abarca el estudio de 3 recubrimientos duros con 5% de ferrotitanio y una composición de ferrovanadio que varía entre 0 y 1.85%. Se realizaron ensayos de dureza, de desgaste abrasivo según ASTM G-65, y de metalografía para cada uno de los tres recubrimientos en estudio. Se obtuvieron resultados favorables pues con bajas concentraciones de ferrovanadio, la resistencia al desgaste y la dureza obtenida en los recargues es muy similar a la que obtuvieron otros investigadores con altas concentraciones de ferrovanadio. Asimismo, las microestructura para todos los casos fue la de una matriz de austenita retenida con colonias de martensita, lo que evidencia una correlación con las propiedades mecánicas evaluadas.

Se define al desgaste como la pérdida progresiva de material sólido de la superficie de un determinado componente, el desgaste en operación es uno de los problemas que originan mayores pérdidas económicas; esto ha conllevado a que diferentes rubros de la industria busquen opciones viables y de bajo costo en el mantenimiento de componentes mecánicos. Uno de los métodos más utilizados para mitigar los efectos del desgaste es mediante la aplicación de recubrimientos duros de soldadura denominado “HARDFACING”; sin embargo, se necesitan ciertos insumos como el Ferro-Titanio, Ferro-Vanadio, Grafito, entre otros para generar microestructuras duras y resistentes al desgaste. Estos insumos utilizados en la fabricación de electrodos de recargue evidencian un incremento en su costo lo cual conllevaría al encarecimiento de este método de protección. En el presente tema de tesis, se ha evaluado el desempeño de depósitos de hardfacing fabricados empleando un conjunto de nuevos electrodos propuestos por una compañía de consumibles local. En particular se busca evaluar el efecto del contenido de Ferro- Vanadio (2.85%, 3.85% y 5.85%) en el revestimiento de electrodos con un porcentaje de 5% de Ferro-Titanio y libres de grafito, sobre la microestructura, dureza y resistencia al desgaste abrasivo de depósitos obtenidos mediante proceso SMAW sobre planchas de acero ASTM A-36, finalmente se determinó cuál de los electrodos proporciona un recargue con mayor resistencia al desgaste.