Tesis doctorales DING - INGS Doktoretza tesiak

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http://hdl.handle.net/2454/29499

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Browsing Tesis doctorales DING - INGS Doktoretza tesiak by Author "Berlanga Labari, Carlos"

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    PublicationEmbargo
    Estudio de cálculo de frecuencias propias y resistencia a fatiga de tubos de Cu-DHP usados en bombas de calor
    (2025) Jiménez Ruiz, Eduardo; Berlanga Labari, Carlos; Lostado Lorza, Rubén; Ingeniería; Ingeniaritza
    Esta tesis se centra en el análisis de la vida a fatiga de tubos de Cu-DHP sometidos a las cargas típicas de una bomba de calor utilizada en electrodomésticos. Debido a la relevancia de las cargas dinámicas generadas por el compresor en este cálculo, se ha dado especial importancia al estudio de las frecuencias naturales, incluyendo su determinación y los factores que las afectan. Entre estos factores, el módulo de Young juega un papel crucial, y para el Cu-DHP este varía dependiendo del nivel de trabajo en frío. Dado que los tubos de cobre se fabrican mediante extrusión en caliente, el nivel de trabajo en frío exacto es desconocido, aunque se asume que se encuentra en el rango superior. Para reducir la incertidumbre asociada al módulo de Young, se desarrolló un método para medir este parámetro junto con el coeficiente de Poisson en tubos pequeños, utilizando mediciones acústicas con micrófonos. Con el objetivo de predecir las frecuencias naturales desde la fase de diseño, se ha propuesto un modelo del sistema compuesto por los tubos de cobre, el compresor y los apoyos hiperelásticos mediante análisis modal por elementos finitos. En este modelo, los apoyos hiperelásticos se sustituyeron por materiales elásticos lineales con la misma geometría, y las conexiones se consideraron fijas, variando la longitud de tubo las secciones tratadas como tales. También se incluyeron análisis de factores como la temperatura, densidad y módulo de Young, entre otros, que influyen en las frecuencias naturales. Además, se recopiló información sobre la resistencia a fatiga del Cu-DHP y, debido a la limitada disponibilidad de datos, se extendió la revisión a cobres puros de composición química similar. Se analizaron los factores que afectan la resistencia a fatiga tanto en bajo ciclo como en alto ciclo, y se propuso un criterio de fallo basado en los modelos de Gerber elíptico y Langer. Paralelamente, se examinaron los diferentes tipos de carga soportados por los tubos de la bomba de calor y se desarrollaron métodos para calcular las tensiones producidas por estas cargas. A partir de un análisis modal ajustado, se realizaron simulaciones de cargas asociadas al transporte y dinámicas. Dado que las simulaciones de fatiga por elementos finitos con materiales no lineales, considerando endurecimiento cíclico, demandan altos recursos computacionales, se optó por aplicar la metodología de Yoichi Tamiya. Este enfoque utiliza tensiones lineales a las que se aplica la regla de Neuber en conjunto con la curva de Ramberg-Osgood. En este estudio, también se validó el uso de una curva bilineal isotrópica ajustada mediante ensayos de tracción como alternativa. Para validar esta metodología, se realizaron ensayos en tubos sometidos a presión interna con variaciones en espesores de pared y niveles de carga de flexión. Los resultados mostraron buena concordancia con los límites propuestos por Yoichi Tamiya y por este estudio, aunque el enfoque propuesto resultó ligeramente menos conservador. Adicionalmente, los ensayos de fatiga identificaron tres tipos de fallos, cuyas implicaciones en la vida a fatiga fueron evaluadas. Finalmente, se propuso el uso del cálculo de daño acumulado de Miner-Palmgren para evaluar los daños causados por cada una de las cargas consideradas. Sin embargo, se destaca la necesidad de realizar más ensayos para determinar con precisión la constante de Miner-Palmgren y mejorar la robustez de los resultados obtenidos. Para aumentar la fiabilidad se propone la medición de las deformaciones con galgas extensométricas y validar el modelo propuesto. La distribución de tensiones obtenida como resultado de los análisis por elementos finitos nos ayuda a localizar la mejor ubicación de las galgas y no posicionarlas en una zona que pueda sufrir deformación permanente.