¡Descarga Análisis de Falla del Cigüeñal y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Gestión Ambiental solo en Docsity!
INDICE
- Introducción. ------------------------------------------------------------------------------------------------------
- Objetivo --------------------------------------------------------------------------------------------------------------
- Identificar los modos de falla (la forma de fallar del producto o pieza) ----------------
- Causas ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
- Por funcionamiento indebido del motor --------------------------------------------------------------
- Por errores en el montaje y uso cotidiano ----------------------------------------------------------
- Establecer el mecanismo de falla (el fenómeno físico involucrado en la falla) ----
- Documentar la causa raíz (el diseño, defecto, o cargas que llevaron a la falla) ---
- Recomendar métodos de prevención de la falla. ------------------------------------------------
- Consejos y trucos para una larga vida del cigüeñal -----------------------------------------------
- ¿Cuándo rectificar el cigüeñal? -----------------------------------------------------------------------------
- Conclusiones. --------------------------------------------------------------------------------------------------
- Bibliografía -------------------------------------------------------------------------------------------------------
1. Introducción.
En este resultado de aprendizaje veremos sobre las fallas de las piezas, lo que se hará es un análisis de falla de una pieza que se tendrá que seleccionar, en mi caso hablare de: Falla de un cigüeñal, tendremos que desarrollar esta falla con los puntos se dieron en un archivo aparte, para así tener soluciones ante esta situación. Para mi esta pieza es de las más importantes en el motor, ya que se encarga de transformar el movimiento alternativo del pistón en movimiento circular. Las fuerzas que se desarrollan en los cilindros son transformadas en energía mecánica gracias a los elementos móviles del bloque, para posteriormente ser enviada al cigüeñal. Gracias a la distribución de todos los componentes, es capaz de generar el movimiento circular fundamental para el desplazamiento de la unidad; también es conocido en algunos lados como eje cigüeñal, eje motor o árbol de manivelas.
- No se renovaron el refrigerador de aceite, aceite para el motor y el filtro de aceite.
- El diámetro del orificio de los cojinetes de bancada en el cárter no fue controlado o reparado después de un daño previo.
- Las tapas de cojinete principal/del cojinete de biela fueron permutadas entre sí o montadas con torsión.
- Se utilizaron pares de apriete incorrectos y/o tornillos de tapa de cojinete antiguos.
- En la primera puesta en marcha del motor no se consideraron las especificaciones del fabricante. Si bien comentamos que el cigüeñal está pensado para no tener que repararse en ningún momento, nadie está exento de sufrir una avería. Entre las fallas más comunes en este componente del motor se encuentran:
- La rotura por fatiga
- El rallado de las muñequillas Un cigüeñal dañado envía señales como un ruido que se hace más notorio al acelerar o revolucionar la unidad, además de que visiblemente se puede apreciar el daño con los cilindros afuera. Si está desequilibrado o descentrado, también podríamos escuchar un sonido o tintineo, acompañado de pérdida de potencia y, sobre todo, de vibraciones. En el caso de la rotura del cigüeñal por fatiga, puede presentarse por diferentes factores, tales como vibraciones de torsión, el forzamiento anormal derivado del bajo número de revoluciones, el constante golpeteo contra la culata, un funcionamiento errático en uno o más cilindros o, sencillamente, por un equilibrado defectuoso. Si se trata de rayado de las muñequillas, es consecuencia de una mala lubricación del motor. Por ejemplo, una aceleración poderosa en frío, cuando el aceite aún no ha alcanzado todos los componentes, podría derivar en esta clase de daño. Nadie debe ignorar las señales que adviertan sobre un cigüeñal dañado, debido a que figura entre las composturas más costosas porque es necesario desmontar varios elementos del motor.
4. Establecer el mecanismo de falla (el fenómeno físico
involucrado en la falla)
El cigüeñal en estudio presentó una rotura sobre el radio de encuentro entre un muñón de biela y el contrapeso más próximo a la brida de montaje con el volante fracturándose en dos partes. Los radios de encuentros constituyen concentradores geométricos de tensión, allí́ la magnitud de los esfuerzos se ve incrementada debido al cambio en la geometría de la pieza Al efectuar las primeras inspecciones visuales en las superficies de fractura se pudo observar una evidencia fractográ fica típica del fenómeno de rotura denominado comúnmente fatiga. Este es un mecanismo progresivo, y se da como consecuencia de la acción de cargas cíclicas (fluctuantes) en el tiempo. La evidencia fractográ fica a la que se hace referencia son las marcas de playa (o beach marks) y corresponden a la etapa de propagación de diferentes fisuras en distintos momentos y valores de carga de trabajo.
5. Documentar la causa raíz (el diseño, defecto, o cargas que
llevaron a la falla)
La caracterización del mecanismo de falla de un cigüeñal permitió́ determinar que el mismo se produjo por el mecanismo de progresión subcrítico de fisura denominado comúnmente fatiga. Este quedó evidenciado por la presencia de marcas de playa, siendo estas características típicas de los fenómenos de roturas. El mecanismo particular de falla corresponde al de fatiga por torsión, dado que en la zona de inicio se registraron marcas tipo “diente de serrucho” y la superficie de progresión se encontraba inclinada a 45o respecto del eje de rotación, ambas evidencias indican la acción de esfuerzos de torsión de elevada magnitud. La zona de inicio se ubicó́ en un radio de encuentro que vincula el primer contrapeso con el muñón de biela, lo cual es esperable dado que allí́ la magnitud de los esfuerzos de torsión es mayor al resto de la pieza por estar más próximo al volante y además se ve incrementada por constituir un concentrador de tensiones del tipo geométrico. La zona de progresión ocupó menos de la mitad de la superficie de fractura, lo cual indica que la carga nominal a la que estaba sometido el cigüeñal ha sido elevada. Por su parte, la rotura final se dio en forma instantánea y bajo la modalidad dúctil, caracterizada por el aspecto mate u opaco de la superficie de fractura. Mediante ensayos no destructivos de partículas magnetizables se detectaron fisuras circunferenciales en todos los radios de encuentro entre los muñones de bielas con sus respectivos contrapesos, presentando mayor ramificación los más cercanos al volante, disminuyendo en sentido opuesto, en concordancia con la disminución de los esfuerzos de torsión. A través del análisis metalográfico se determinó́ la elevada presencia de inclusiones no metálicas, tanto en la zona aledaña a la superficie de fractura como hacia el interior de la sección. Las inclusiones no metálicas constituyen concentradores de tensión a nivel metalúrgico o microestructural, produciendo discontinuidades que tienden a reducir las prestaciones del material a fatiga. Otro aspecto a tener en cuenta es el referente a las propiedades mecánicas del material. Las mediciones de dureza efectuadas en el material base arrojaron un valor promedio de 23 HRC, el cual puede considerarse bajo para piezas sometidas a esfuerzos de fatiga, de acuerdo al grado de acero en que la pieza fue construida. Es por ello posible lograr una mejora sustancial en el desempeño del cigüeñal a fatiga mediante tratamientos térmicos adecuados que arrojen estructuras metalográficas adecuadas para este tipo de esfuerzos (martensita revenida).
En referencia a la caracterización de material del cigüeñal, el mismo fue construido a partir de un acero de mediano tenor de carbono aleado con cromo y molibdeno, el cual podría encuadrarse dentro del grado 4135 de la norma SAE J404. La estructura metalográfica es de morfología bandeada y está constituida por bainita superior e inferior. Las mediciones de dureza arrojaron un valor promedio de 23, HRC, encontrándose todos los valores en el rango 23,3 HRC – 23,7 HRC. Resumidamente, la falla del cigüeñal se produjo bajo la acción del mecanismo progresivo de fatiga, siendo los factores relevantes en el proceso de falla los elevados esfuerzos de torsión debido al par transmitido, la presencia de un concentrador de tensión del tipo geométrico (atribuido a un cambio de sección), concentradores de tensión microestructurales (correspondientes a la presencia de inclusiones no metálicas), sumadas a una estructura metalográfica que no es la que mejores prestaciones ofrece para piezas que trabajan a fatiga dado que los valores de dureza que posee no son de magnitud suficiente para lograr buen desempeño en servicio.
7. Conclusiones.
En este resultado de aprendizaje trabaje con las fallas del cigüeñal, desarrolle este tema buscando cuales son los modos en que puede fallar, en ese punto encontré que puede fallar por Sobrecarga mecánica del cigüeñal por fallos en la combustión, golpes de agua, etc., Bloqueo repentino del motor debido al cambio averiado, contrapesos sueltos, etc., también por la fatiga, que de esto se inclinó más el problema, de allí analice el fenómeno físico que lo puede provocar desde el mínimo detalle, también un punto fue investigar qué es lo que le llevo a fallar, y para finalizar cerramos con mencionar prevenciones que se puede tomar para que no suceda ese fallo. Sin lugar a dudas el cigüeñal es un elemento de suma importancia dentro del motor, y sabemos que el motor es el alma de nuestro vehículo. Es de suma importancia conocer a profundidad todos los elementos que influyen en el desempeño de nuestro vehículo, ya que, de esa manera, sabremos en mejor medida cómo cuidarlo. La recomendación es, realizar una periódica y constante revisión a nuestro vehículo, y estar siempre atentos a los ruidos, porque como por ahí dicen, los vehículos hablan.
8. Bibliografía https://automexico.com/mantenimiento/que-es-un-ciguenal-y-las-fallas-del-ciguenal- aid2764#:~:text=Entre%20las%20fallas%20m%C3%A1s%20comunes,da%C3%B1o%20con%20los% 20cilindros%20afuera. https://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-de-medicion/caracterizacion-del- mecanismo-de-falla-de-ciguenal https://www.mundodelmotor.net/ciguenal/
