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Un análisis exhaustivo de la falla de un perno de sujeción en una peletizadora, explorando las causas y efectos de la falla. Se realiza un diagnóstico físico detallado, incluyendo estudios metalográficos y pruebas de dureza, para determinar la causa raíz de la falla. El documento también incluye un análisis de causa raíz mediante la herramienta árbol lógico, identificando las causas físicas, humanas y latentes que contribuyeron a la falla. Se concluye que la falla se debió principalmente a la mala operación de la caldera y a la aplicación inadecuada de soldadura en las uniones.
Typology: Exercises
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Tesis o trabajo de investigación presentada(o) como requisito parcial para optar al título de: Ingeniería Mecánica
Director: Ing. Jesús Manuel Gutiérrez - Magister en ingeniería mecánica
Línea de investigación: Análisis de falla y fractografía
Agradecimientos:
A mi director de proyecto el Ingeniero Jesús Manuel Gutiérrez por su guía y por brindar el apoyo para realizar y sacar este proyecto adelante sin su ayuda no hubiera sido posible desarrollarlo con éxito. A la Fundación Universitaria los Libertadores por brindarnos los medios para obtener un título profesional. Al cuerpo docente por transmitirnos los conocimientos necesarios los cuales nos aportan bastante en el campo profesional e industrial.
El proyecto de grado Análisis de falla de un perno de sujeción de una peletizadora es un diagnóstico de causas y efectos de fallas que se presentan en componentes que trabajan en una peletizadora, en este caso, el perno que sujeta las cuchillas de la peletizadora. Para llegar a este fin, se realizó una observación inicial de los componentes, un análisis detallado de los elementos por medio de estudios metalográficos y pruebas de dureza. Haciendo recopilación de los resultados obtenidos, se profundiza en los datos obtenidos por medio de bibliografía especializada, para hacer un diagnóstico correcto de las fallas. Después de analizados los datos, se llegó a la conclusión que los componentes fallan principalmente por mala operación de la caldera, la cual no trabaja con los parámetros adecuados. Adicional a esto, la aplicación de soldadura en las uniones no es la más correcta, lo cual también juega un papel importante en la causa raíz de las fallas presentes.
Palabras clave: Metalografía, diagrama de fase, microestructura, dureza Rockwell.
pág. Diagrama 1. Metodología del desarrollo del proyecto 27 Diagrama 2. Procedimiento practico en el laboratorio de la fundacion universitaria los libertadores. 33 Diagrama 3. Diagrama de fase temperatura composicion Fe-C (verdezoto, 2013) 40
Con el avance de la tecnología en toda las ramas de la industria, observamos cada vez máquinas más sofisticadas, para agilizar la producción y así aumentar la producción con el fin de generar más ganancias; como se puede observar en la industria de alimentos concentrados para animales, es un sector que ha crecido exponencialmente debido a la gran demanda de consumo de carnes, el ser humano se ha visto en la obligación de generar alimentos balanceados, de fácil digestión y con formas de una manera consumible para cada animal. Para esto, la humanidad ha desarrollado máquinas con las cuales ha llegado a lograr aumentar la producción. Pero estas máquinas, en algunas ocasiones presentan fallas mecánicas en los rodillos, la cual es una pieza fundamental dentro de las máquinas de producción de alimentos. Partes como pernos de sujeción, motores y demás piezas, son de vital importancia para que los rodillos no fallen. El objeto de este estudio es encontrar la causa raíz de falla de un perno de sujeción de una peletizadora marca MUYANG 1640 instalada en la empresa finca S.A. La importancia de este estudio, radica en determinar un plan de acción para que esto no se repita y que la empresa no sienta alguna repercusión de tipo económica.
El análisis de falla por causa raíz es hacer una investigación por algún tipo de problema, se basa en descartar una serie de posibles causas que se pudieron presentar para llegar a la raíz del mismo, siguiendo una serie de preguntas las cuales facilitan y agilizan la llegada al problema. Al hallar el problema vendrá la reflexión de cuáles son los principales factores que causaron este problema o que pudieron estar relacionados, descartando cada uno de estos por la lejanía de ser la causa principal. Así se llegará a la respuesta principal que se ha buscado con este ejercicio de causa raíz, con esto será muy sencillo poner en marcha o solucionar cualquier tipo de dificultad. A continuación, se realizaron estudios a una boquilla de un reactor que trabaja con altas temperaturas, el cual sufrió un agrietamiento en las boquillas principales del mismo por lo cual, no estaba llegando a la presión que se requería. La pieza estaba compuesta de acero inoxidable 2205, los indicios fueron, agrietamiento causado por el frecuente contacto con el vapor del agua generando una corrosión y grieta por la alta presión que este maneja la cual es de 1800 Kpa, lo cual llevó a realizar los estudios a cinco boquillas de reactores, que habían estado en funcionamiento hace 1 año. Mediante la fractografía “técnica microscópica con aumento de 500 a 1000 diámetros, que en vez de examinar las superficies pulidas de los metales, en realidad, se observa con un gran aumento, las caras de los pequeños cristales o las facetas de los bloques de metal, a través de los cuales se produce la fractura” (Morral, Jimeno, & Molera, 2004) este determinó las características de la deficiencia en el perno de sujeción y las causas en el desperfecto de cierto tipo de material, el procedimiento fue el análisis de la superficie de la muestra donde sucedió la fractura para así determinar la falla en el perno.
trinquete fueron de tracción, al extraer algunas probetas de 16 mm de objetos que ya habían estado expuestos a altas temperaturas por 1 hora a 1050 °C, luego estuvieron varias horas a 750 °C para hacer un proceso que se llama impregnación y poder realizar las pruebas microscópicas y de dureza. Estas pruebas se realizaron debido a las fallas que estaba presentando el trinquete, estos eran expuestos a vapores de alta temperatura, y no se encontraba una explicación ni causa de la deficiencia, si no se notaba nada en la superficie del trinquete que mostrara que estuviera en un punto cercano a la fatiga. Después de obtener las fotografías se hizo su respectivo análisis y de allí se observó que todo depende de la composición química de cada uno de los aceros y del tratamiento que estos hayan recibido, pues afecta la dureza y la resistencia del acero inoxidable. Al igual que sus componentes, no es lo mismo un acero compuesto con alto cromo que uno compuesto con alto carbono. Después se obtuvieron los resultados de las imágenes, y se concluye que los aceros inoxidables son cíclicamente ablandables con la temperatura. Los agrietamientos se produjeron por corrosión intragranular, luego de aumentar el estrés en los trinquetes esto se generaba al aumentar la carga. Por otro lado, las fotografías se puede decir que existió fractura dúctil debido a la cantidad de poros que existían en el material. (yang, wang, wei, & guan., 2014)
1.2. IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
Actualmente las máquinas para hacer alimentos peletizados se están usando cada vez más para atender la demanda de alimentación en los animales. Para el caso específico las peletizadoras están presentando fallas en los pernos de sujeción ya que están llegando a los rodillos en donde se prolonga el daño debido a su material, son piezas muy duras que no son fáciles de peletizar, por lo cual produce un atascamiento en la máquina y esto genera en ocasiones rotura de algunas otras piezas importantes en la peletizadora. En varias ocasiones lo que se ha encontrado son tornillos y tuercas que han llegado a generar paros de hasta 8 horas, esto cuando el daño no es muy grave. Se desconoce cómo ingresan estas piezas a la
cámara de peletizado, pero lo cierto es que cuando llega un elemento ajeno, entre el rodillo y el troquel que gira a altas revoluciones es bastante fuerte el impacto que se produce. La magnitud del daño que puede llegar a ocasionar el objeto ajeno que ingresa a la cámara de peletizado, depende netamente del tamaño.
1.3. JUSTIFICACIÓN
Las peletizadoras son de suma importancia debido a que nos entrega el producto final, luego de ser una harina pasa a tomar una forma de pastilla en donde se genera la cocción del producto, sin esta máquina no se podrían fabricar la cantidad de toneladas que se generan en unas horas, por lo cual si se detiene una máquina el sistema de dosificación suspende la operación, generando un paro en cadena sin tener salida del producto, es necesario saber qué está pasando en este caso y porque se están presentando frecuentemente estos errores, como resultado interrumpe la producción de la planta. Cabe señalar, que al dañarse las piezas de la cámara de peletizado se hace necesaria la reparación, pero incurriría en elevados costos al reinstalar.
El análisis se basa en anteriores investigaciones, pruebas de laboratorio y ejecución de la metodología causa raíz, refiere a detectar la principal razón de los fallos de estos materiales y dar recomendaciones para prevenir estos mantenimientos correctivos que se generan frecuentemente.
Una peletizadora es una máquina que se utiliza para convertir una harina en una pastilla de forma cilíndrica de diferentes tamaños y de diferentes grosores, por medio de un proceso llamado extrusión, esto se genera por la presión que se le ejerce a la harina y se obliga a pasar por las secciones transversales del troquel. La harina que contiene la peletizadora al ser forzada a pasar por los orificios de la matriz es allí donde sucede la cocción de dicha mezcla, además de la extrusión, se genera una fricción muy alta por lo cual se solidifica el producto mediante la temperatura que genera la fricción, la pastilla que sale de la peletizadora inicialmente era solo una serie de componentes mezclados, luego de pasar por la peletizadora sale el producto listo para ser empacado. (Escobar, Colorado, & Daza,
2.1.1. Partes Figura 2. Partes de una peletizadora (GROUP, 2008).
A continuación se hará una descripción detallada de las partes de una peletizadora, las cuales están evidenciadas en la Figura 2.
Cámara de peletizadora: es el sitio principal de la peletizadora en donde se convierte la harina en la pastilla además de cocinarse el producto. (Escobar, Colorado, & Daza, 2010)
Acondicionador: como su nombre lo indica es el que se encarga de acondicionar el producto, añadiendo ciertas cantidades de vapor, melaza o aceites según se requiera , con el propósito de mejorar la mezcla y aumentar el rendimiento de la peletizadora, ya que entre un producto más suave mayores toneladas se pueden producir por hora, entre más dura la masa menos cantidades se obtendrán por hora, La dureza de la masa depende del porcentaje de humedad que contenga el producto. (Escobar, Colorado, & Daza, 2010)