Tesis Gestión de análisis de fallas en elemento mecánico

Gestión de análisis de fallas en elemento mecánico

“RODAMIENTO RÍGIDO DE UNA HILERA DE BOLAS CORRESPONDIENTE A BOMBA ROTATIVA DIESEL MARCA DELPHI MODELO DPC”

Para optar al título profesional de:

Ingeniero en maquinaria y vehículos automotrices

Alumnos:

Esteban Arancibia Jaña

Diego Piñones García

Profesor guía y tutor:

Luis Gutiérrez Meneses

Valparaíso, 15 de Diciembre de 2014

Contenido

Agradecimientos 6

Introducción 7

Objetivos 8

Objetivo general 9

Objetivos específicos 10

Cap.1 Presentación del elemento mecánico 11

Descripción del elemento mecánico 12

¿Qué es un rodamiento? 13

Tipos de rodamientos 13

Cargas en los rodamientos 14

Cargas radiales 15

Cargas axiales 15

Cargas predominantes en rodamientos 16

Normalización de rodamientos 17

Normas ISO en rodamientos 17

Simbolización especial de rodamientos SNR 18

Medidas del rodamiento 19

Partes de un rodamiento de bolas 20

Capacidad de carga 21

Ubicación del elemento mecánico 22

Renault Kangoo 1.9 diésel 23

Bomba rotativa 25

Función de la bomba rotativa 26

Características de la bomba rotativa 26

Ventajas de la bomba rotativa 24

Ubicación específica del rodamiento en la bomba 26

Descripción de la problemática 28

Descripción de la empresa Automaq 29

Cronología de la empresa Automaq 30

Organigrama de la empresa 30

Cap.2 Determinación de material de construcción

del rodamiento 31

Material de construcción de rodamientos 32

Composición química de algunos aceros de rodamientos 33

Determinación composición rodamiento 34

Espectrometría 34

Métodos espectrométricos 35

Tipos de espectrometría 36

Espectrometría realizada al rodamiento 36

Resultados análisis químico 37

Ensayo de dureza Rockwell-C [HRc] 38

Resultados ensayo de dureza [HRc] 39

Conclusión definitiva del material del rodamiento 40

Cap.2 Comportamiento del material en condiciones

Térmicas, mecánicas y ambientales 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Conclusiones determinación de material 41

Índice de imágenes

Capítulo 1

Fig. 1.1 y 1.2 Elemento mecánico a estudiar 7

Fig. 1.3 Cuerpos rodantes en rodamientos 8

Fig. 1.4 Contactos de rodadura en rodamientos 9

Fig. 1.5 Tipos de carga en rodamientos 10

Fig. 1.6 Cargas predominantes aceptadas por un rodamiento 11

Fig. 1.7 Simbolización especial rodamientos SNR 14

Fig. 1.8 Logo compañía NTN-SNR 14

Fig. 1.9 Medidas referenciales de un rodamiento 15

Fig. 1.10 Composición rodamiento de bola 16

Fig. 1.11 Bomba rotativa Delphi DPC 19

Fig. 1.12 Bomba Delphi DPC montada en motor Renault Kangoo 21

Fig. 1.13 Imagen exterior Renault Kangoo 1.9 diésel 21

Fig. 1.14 Instalación de inyección diesel con bomba

rotativa en un motor 24

Fig. 1.15 - 1.16 - 1.17 - 1.18 Bomba rotativa DELPHI DPC

montada en banco de pruebas 25

Fig. 1.19 Despiece de bomba y ubicación de rodamientos 26

Fig. 1.20 Referencia de posición de rodamientos en la bomba 27

Fig. 1.21 Rodamiento SNR montado en eje de accionamiento 27

Fig. 1.22 Mapa ubicación empresa Automaq 29

Fig. 1.21 Logo empresa Automaq 30

Fig. 1.22 Logo compañía BOSCH 30

Capítulo 2

Fig. 2.1 Secciones de pista exterior e interior del rodamiento 31

Fig. 2.2 Rodamiento seccionado para análisis 31

Fig. 2.3 Durómetro Digital Zwick/Roell ZHR 38

Fig. 2.4 Medición de dureza de la pieza en durómetro ZHR 38

Fig. 2.5 Secciones del rodamiento en ácido muriático 40

Fig. 2.6 Botella de ácido muriático 40

Índice de tablas

Tabla 1.1 Comportamiento rodamiento de acuerdo a carga 18

Tabla 2.1 Composición química acero AISI 52100 33

Tabla 2.2 Composición química acero inoxidable AISI 440C 33

Tabla 2.3 Composición química acero M50 33

Tabla 1.1 Resultado análisis químico 37

Tabla 1.1 Resultado ensayo de dureza 39

Agradecimientos

En este seminario de título agradezco a todo aquel que me acompaño en cada momento y cada paso de este lindo camino que ya culmina. Como no agradecer a mis padres Ana Elvira Jaña Antiguay, Carlos Eugenio Arancibia Allende, y mis hermanos Carlos Alberto Arancibia Jaña y Alejandra Lorena Arancibia Jaña, por brindarme todo su apoyo tanto moral como económico a lo largo de este proceso y así ser un orgullo para ellos y para toda mi familia.

Al instituto nacional de capacitación INACAP por formarnos para un futuro el cual ya está por comenzar. A sus docentes, tanto los de técnico que gracias a su experiencia y enseñanza logre entender la finalidad de la mecánica, en especial a los profesores Cristóbal de la ho, Carlos Castro y Manuel Jimeno. Y a los docentes de ingeniera que me brindaron más allá de los conocimientos, su confianza y la perseverancia para poder llegar este punto concluyendo así la carrera ingeniería en maquinaria y vehículos automotrices. Muchas gracias profesores Nygel Cayupe, Luis Gutiérrez, Raúl Romero y Jonny Elizalde.

Y para concluir agradecer a mi compañero de tesis Diego Ignacio Piñones García por comprometerse en este trabajo y aventurarse en este último desafío antes del tan anhelado título de ingeniero.

Muchas gracias.

Atte.

Esteban Eugenio Arancibia Jaña.

Muchos años han pasado desde que decidí emprender el camino de la ingeniería, una decisión que me acompañará durante el resto de mi vida y de la cual no estoy arrepentido.

A lo largo del recorrido he vivido diversos momentos, tanto de tristeza o frustración como de alegría y satisfacción. Es por eso que quiero agradecer a las personas que desinteresadamente me han acompañado en esta experiencia y que han ayudado a cumplir la meta de ser un profesional.

Quiero comenzar agradeciendo a la persona más importante en mi vida, mi madre Lisa Gloria García Véjar, por su apoyo moral y económico incondicional. A mi padre Manuel Rodrigo Piñones Tapia, a mis hermanos María Gabriela Piñones García y Rodrigo Andrés Piñones García parte importante de este proceso.

No puedo dejar de incluir a mi pareja María Francisca Paluba Riveros, pilar y eje fundamental en mi vida y a Cesar Augusto Apolo Toro por su presencia y apoyo a lo largo de estos años.

Además del infinito agradecimiento a mi familia en general debo hacer mención a al cuerpo docente con profesores ilustres como Nygel Cayupe Rojas, Luís Gutiérrez Meneses, Jonny Elizalde Aguilera y Raúl Romero Beltrán. Sin su ayuda y conocimientos esto no podría ser posible.

Para finalizar agradecer a mi compañero y amigo Esteban Eugenio Arancibia Jaña por acompañarme y trabajar junto a mí en la realización de éste trabajo.

Por todas las razones descritas y a cada persona nombrada solo le puedo decir GRACIAS.

Atte.

Diego Ignacio Piñones García

Introducción

En la industria mecánica en general existe una serie de máquinas, mecanismos o piezas en funcionamiento, las cuales cumplen una función determinada. Muchas de éstas funcionan en conjunto dependiendo unas de otras, es por esto que en busca de mejorar el rendimiento de las máquinas o mecanismos se emplean diferentes elementos mecánicos que ayudan a optimizar la movilidad interna de éstas.

Uno de estos elementos mecánicos son los rodamientos, los cuales alargan la vida útil de las piezas rotacionales, dando una mayor durabilidad y reducción de la temperatura en los puntos de fricción.

En el siguiente trabajo que lleva por título gestión en análisis de fallas en elemento mecánico se centrará el esfuerzo en evaluar las fallas producidas en un rodamiento montado en una bomba de inyección diésel marca Delphi modelo DPC, la cual cumple una función esencial en el sistema de inyección de combustible de varios tipos de vehículos especialmente europeos empleados en la actualidad.

El estudio se realizará mediante el método de causa de fallas más comunes involucrando una serie de pruebas, ensayos y cálculos de tipo mecánicos con el objetivo de cómo se mencionó anteriormente evaluar la o las fallas y proponer una mejora o mantenimiento al sistema que sea rentable para los usuarios o empresas que trabajan con los vehículos que usan este tipo de sistema de inyección y que se ven afectados por las constantes detenciones y problemas que puede ocasionar una avería en el rodamiento.

Objetivos

Objetivo general

Evaluar las fallas producidas en el rodamiento rígido de bola de una hilera mediante el método de causas de fallas más comunes.

Objetivos específicos

Diferenciar un rodamiento y bomba rotativa de acuerdo a sus características, tipos y funcionamiento mediante bibliografía técnica.

Determinar el o los materiales que componen el rodamiento mediante un análisis químico (espectrometría) y un ensayo de dureza Rockwell C explicando procedimientos y características.

Validar las condiciones térmicas, mecánicas y ambientales a las que está expuesto en su trabajo el rodamiento mediante pruebas físicas, ensayos mecánicos y cálculos relacionados con la ingeniería mecánica.

Proponer una mejora o mantenimiento al sistema, de acuerdo a los problemas o fallas encontradas mediante una evaluación económica (VAC) comparada con la situación actual base de mantenimiento de la empresa.

Capítulo 1

Presentación del elemento mecánico

El elemento mecánico a estudiar es un rodamiento rígido de bola de una hilera “SNR AB 12992 S01” de medidas 68.52x22.31x9.

Este elemento trabaja dentro de una bomba de inyección diésel marca Delphi modelo DPC.

Descripción del elemento mecánico

¿Qué es un rodamiento?

Antes de empezar la investigación se deben tener claros conceptos básicos del tema.

Un rodamiento es un elemento mecánico diseñado para reducir la fricción entre un eje y las piezas conectadas a éste, que le sirve de apoyo y facilita su desplazamiento. Su composición es principalmente acero de 1% de carbono y cromo en cantidad de 1.5 %.

Existen principalmente dos tipos de rodamientos, de bolas y de rodillos los cuales trataremos más específicamente a continuación.

Tipos de rodamientos

El tipo de cuerpo rodante utilizado permite distinguir dos grandes familias de rodamientos:

El rodamiento de bolas (el contacto bola-pista es teóricamente puntual).

El rodamiento de rodillos (el contacto rodillo-pista es teóricamente lineal).

Existen también rodamientos del tipo denominado agujas, pero en realidad este tipo de rodamientos son rodamientos de rodillos que tienen un diámetro mucho menor que los de rodillos estándar.

Debido a que muchas veces no se tiene espacio suficiente y se necesita más precisión en el trabajo, se diseñó este tipo de rodamientos que realizan la misma función que cualquier rodamiento pero con las características ya nombradas.

Para una carga dada, en el caso de rodillos, la presión de contacto entre cuerpos rodantes y pista se reparte a lo largo de una línea (Fig.1.4). En el caso de bolas, se concentra en un solo punto (Fig.1.4). Por ello, para las mismas dimensiones, los rodamientos de rodillos soportan cargas más elevadas y velocidades límites menores.

Los rodamientos de bolas y de rodillos se subdividen en diferentes tipos de acuerdo a su aplicación y a la carga o al tipo de carga que deben soportar.

Cargas en los rodamientos

Una carga es una fuerza ejercida sobre un elemento que puede variar su condición de reposo y causar deformación, tiene dirección y sentido. Su unidad de medida es una unidad de fuerza (Newton [N], Kilogramos-fuerza [Kgf], libras fuerza [Lbf], etc.).

En un rodamiento se distinguen principalmente 2 tipos de carga, cargas radiales y cargas axiales o de empuje:

Cargas radiales: Las cargas radiales actúan hacia el centro del cojinete, a lo largo de un radio. Esas cargas son comunes a las que causan los elementos de transmisión de potencia, como los engranes rectos, las poleas para bandas V y las transmisiones por cadena, en los ejes.

Cargas axiales o de empuje: Las cargas de empuje son aquellas que actúan paralelas a la línea central del eje. Los componentes axiales de las fuerzas sobre engranes helicoidales, sinfines y coronas y engranes cónicos, son cargas de empuje.

También, los rodamientos que sostienen ejes verticales están sujetos a cargas de empuje, causadas por el peso del eje y por los elementos en el eje, así como a fuerzas axiales de operación.

Normalización de rodamientos (ISO)

Están estipuladas por la International Standard Organization (ISO) que tiene por misión desarrollar y coordinar la normalización para facilitar los intercambios de productos y servicios entre los países. Agrupa a los comités nacionales de normalización de 89 países (AFNOR-Francia, DIN-Alemania, UNI-Italia, BS-Gran Bretaña, ANSI-Estados Unidos).

Lista de normas ISO existentes en rodamientos

Dimensiones:

- ISO 15: Rodamiento de bolas y de rodillos

(Excepto rodamientos de rodillos cónicos y rodamientos axiales)

- ISO 355: Rodamientos de rodillos cónicos

- ISO 2264: Rodamientos de soportes autoalineantes

- ISO 104: Rodamientos axiales

- ISO 464: Ranuras para segmentos de fijación

- ISO 464: Segmentos de fijación

- ISO 3145: Anillos de bloqueo excéntrico

- ISO 113/1: Manguitos cónicos

- ISO 2982: Tuercas y arandelas-frenos

- ISO 113/2: Soportes en 2 partes

- ISO 3228: Soportes autoalineantes

Radios

- ISO 582

Precisiones:

- ISO 1132: Definiciones

- ISO 492: Todo tipo de rodamiento

- ISO 199: Rodamientos axiales

Juego:

- ISO 5753: Juego radial interno

Cargas:

- ISO 281: Carga de base dinámica y duración de vida

- ISO 76: Carga de base estática

Simbolización de rodamientos específicos

La nomenclatura del rodamiento SNR AB 12992 S01 es distinta, puesto que es un rodamiento especializado de la marca SNR. En estos rodamientos la simbolización no está especificada o normalizada y es propia de cada fabricante.

La simbolización de SNR para este tipo de rodamientos es la siguiente:

Entonces la nomenclatura para el rodamiento específico

“SNR 12992 S01 68.52x22.31x9” sería:

SNR: Marca del rodamiento

12992: Numero de orden (no expresa ninguna medida)

S01: Concepción interna

Medidas rodamiento

68.52: Diámetro exterior medido en [mm] y expresado con una letra D

22.31: Diámetro interior medido en [mm] y expresado con una letra d

9: Ancho del rodamiento medido en [mm] y expresado con una letra B

Partes de un rodamiento de bola de una hilera

Aro interno: El anillo interno está montado en el árbol o eje de la máquina y en la mayoría de los casos está en la parte rodante.

Elementos rodantes: Estos elementos pueden ser tanto bolas como rodillos. Existen muchos tipos de rodamientos con variadas formas de rodillos como: de bola, rodillo cilíndrico, rodillo cilíndrico largo, rodamiento de aguja, rodillo trapezoidal y rodillo convexo. Se utilizan también materiales como el acero inoxidable, cerámicos, monel, plásticos y materiales especiales en caso de trabajo con corrosivos.

Separador o jaula: Sirve para guiar los elementos de giro a lo largo de los anillos del rodamiento en una relativa posición correcta. Existen variadas clases de separadores que incluyen las prensadas (las más usadas), maquinadas (utilizadas para mayor resistencia o altas velocidades), moldeadas y en forma de clavija o chaveta. Debido a su menor resistencia a la fricción en comparación con los anillos y elementos rodantes, los rodamientos con separadores son más convenientes para trabajar bajo rotaciones de alta velocidad. Las jaulas se fabrican de bronce o plásticos sintéticos (Fig.1.11) (que trabajan mejor a altas velocidades con un mínimo de fricción y ruido).

Cubiertas: Todos estos rodamientos pueden obtenerse con cubiertas o protectores en uno o en ambos lados. Las cubiertas no proporcionan un cierre completo, pero sí ofrecen protección contra la entrada de polvo y suciedad. Una variedad de rodamientos se fabrican con sellos herméticos en uno o en ambos lados. Cuando los sellos están en ambos lados, los rodamientos se lubrican en la fábrica. Aunque se supone que un rodamiento sellado tiene lubricación por toda la vida, algunas veces se proporciona un medio para su re- lubricación.

Capacidad de carga

En la siguiente tabla (Tabla 1.1) se aprecia la capacidad que tiene un determinado rodamiento para soportar cargas ya sean radiales o axiales. En la misma se puede ver que el elemento mecánico estudiado (rodamiento de bolas de una hilera) está diseñado principalmente para soportar cargas de tipo radiales pero tiene una aceptable capacidad de soportar cargas axiales en caso que fuera necesario o se produjera una fuerza de este tipo.

En la industria el rodamiento de bolas es el más usado debido a su relación costo y capacidad de soportar cargas, además se soportar mayores velocidades de giro y un aceptable desalineamiento.

Tabla 1.1 comparación del comportamiento de rodamientos de acuerdo a la carga de trabajo, Gentileza autores

Tipo de rodamiento Capacidad de carga Radial Capacidad de carga Axial Capacidad de desalineación

De una hilera de

bola, ranura profunda Buena Aceptable Aceptable

Doble hilera de bola,

ranura profunda Excelente Buena Aceptable

Contacto Angular Buena Excelente Pobre

Rodamiento Cilíndrico Excelente Pobre Aceptable

Aguja Excelente Pobre Pobre

Ubicación del elemento mecánico

Nuestro elemento mecánico está ubicado en el interior de una bomba rotativa de inyección diésel marca DELPHI modelo DPC (Fig.1.11). Esta bomba fue desarrollada específicamente para motores diésel de inyección indirecta, está basada en la tecnología DELPHI DPC y emplea componentes electrónicos avanzados para proporcionar mejoras en el control de las emisiones y el confort de los pasajeros. La bomba forma parte de muchos automóviles y camionetas de distintas marcas tales como Peugeot, Renault, Citroën, Toyota, etc. Específicamente la bomba que presenta problemas en sus rodamientos es una bomba montada o instalada en una camioneta Renault Kangoo I 1.9 año 2007.

Renault Kangoo I 1.9 Diesel

La problemática de la bomba y el rodamiento ocurre en una camioneta Renault Kangoo 1.9 diésel cuyo motor funciona con una inyección de combustible accionada por la bomba DELPHI DPC.

Esta camioneta creada en Francia por la empresa Renault está ubicada dentro del segmento de “utilitarios compactos”, creados con el objetivo de transportar cargas bajas y medianas además de pasajeros.

Características técnicas

Motor

Delantero transversal. 4 cilindros en línea. Cilindrada 1.870 cm3. Diámetro por carrera 80 x 93 mm. Distribución por 1 árbol de levas a la cabeza comandada por correa dentada. 2 válvulas por cilindro. Alimentación por bomba de inyección pilotada Lucas. Relación de compresión 21.5:1 Potencia máxima 64 CV DIN a 4.500 rpm. Par máximo 12.5 mkg a 2.250 rpm

Transmisión

Tracción delantera. Relaciones: 1era 3.728, 2da 2.047, 3era 1.392, 4ta 1.029, 5ta 0.892, MA 3.547. Relación final 3.866

Frenos

Doble circuito en X. Servoasistidos. Delanteros a disco (259 mm) y traseros a tambor (228 mm)

Suspensiones

Delantera: Tipo McPherson con ángulo de desplazamiento negativo y triángulo inferior. Amortiguadores telescópicos y resortes helicoidales

Trasera: Ruedas independientes, brazos arrastrados, barras de torsión transversales y amortiguadores hidráulicos telescópicos

Dirección

A piñón y cremallera

Neumáticos

165/70 x 14"

Capacidades y dimensiones

Carrocería auto portante de acero. Tipo furgón de 3p y portón. 2 plazas. Peso 1.110 kg. Tanque de combustible 52 litros. Largo 3.995 mm Ancho 1.663 mm Alto 1.827 mm Entre ejes 2.600 mm Trocha delantera 1.405 mm Trocha trasera 1.410 mm Capacidad de carga 800 kilos

Bomba rotativa

Una bomba rotativa es uno de los componentes principales del sistema de inyección de combustible (Diesel) en un automóvil o motor que funcione con este tipo de combustible. Tiene por objeto dosificar el combustible en función de la velocidad de rotación del motor y de las condiciones de carga, así como enviarlo en el instante preciso a los inyectores. Éstos lo pulverizan y lo introducen gradualmente en la cámara de combustión.

Las bombas de inyección pueden ser lineales (Fig.1.15) o rotativas (Fig.1.16) y suministran presiones variables entre 120 y 200 [kg/cm2], según que la inyección sea directa o indirecta.

Las bombas lineales se basan en la acción de tantos émbolos como número de cilindros posee el motor, movidos por un árbol de levas accionado por el cigüeñal. Los émbolos van dotados de dos acanaladuras laterales, una vertical y otra helicoidal, y pueden girar sobre sí mismos accionando la cremallera del regulador, generalmente de tipo neumático o mecánico; la rotación de los émbolos es, pues, función de las condiciones de carga (posición del acelerador). La posición de las acanaladuras con relación a los orificios de alimentación determina todas las condiciones de funcionamiento, desde el caudal nulo hasta el máximo. Así se obtiene la regulación del caudal dejando inalteradas tanto la carrera de los émbolos como la velocidad de rotación del árbol de levas de la bomba.

Las bombas rotativas se basan en la acción de un único distribuidor giratorio que coloca la cámara de compresión en comunicación con la aspiración y con la salida, alternativamente. El caudal se regula accionando una leva de disco que, en las bombas de émbolo único giratorio tipo Bosch, desplaza alternativamente el propio distribuidor y que, en las bombas de émbolos opuestos, mueve los propios pistones. Mientras que en el primer caso la carrera de retorno del elemento de bombeo se produce por la acción de un muelle, en el segundo es la presión de alimentación la que determina el retorno de los émbolos opuestos.

Con relación a las bombas lineales, las rotativas presentan algunas ventajas, como sus menores dimensiones, incorporación del regulador (generalmente de tipo hidráulico), su mayor precisión de funcionamiento y su menor necesidad de mantenimiento. Por el contrario, requieren un filtrado suplementario del combustible, ya que la lubricación de los elementos de la bomba la efectúa el propio combustible, el cual, por tanto, debe carecer de impurezas y agua para evitar el gripado.

Función de la bomba rotativa

Las bombas de inyección rotativas aparte de inyectar combustible en los cilindros también tienen la función de aspirar combustible del depósito de combustible. Para ello disponen en su interior, una bomba de alimentación que aspira combustible del depósito a través de un filtro. Cuando el régimen del motor (RPM) aumenta: la presión en el interior de la bomba asciende hasta un punto en el que actúa la válvula reductora de presión, que abre y conduce una parte del combustible a la entrada de la bomba de alimentación. Con ello se consigue mantener una presión constante en el interior de la bomba

Características de las bombas de inyección rotativa

Un sistema de alimentación de combustible con bomba rotativa posee las siguientes características:

Posee un solo elemento de bombeo para todos los cilindros del motor.

Entrega el combustible en orden correlativo, por esta razón el orden de inyección lo determina la posición de sus cañerías de alta presión.

Todos sus componentes se alojan en una sola carcasa.

Se lubrica con el mismo combustible que inyecta, por lo tanto puede trabajar en cualquier posición.

Es compacta y menos ruidosa.

Ventajas con respecto a otros tipos de bombas

Menos peso y peso

Caudales rigurosamente iguales a todos los cilindros

Alta velocidad de rotación

Menor coste

Simplicidad de acoplamiento

Ubicación específica del rodamiento dentro de la bomba

Ésta bomba cuenta con 2 rodamientos dentro de ella (Fig.1.22), los cuales van montados en el eje que se encarga del accionamiento del sistema de bombeo y del sistema de regulación de caudal de inyección, que es el encargado de regular el caudal de combustible de acuerdo a la carga que lleva el motor en ese instante. Los dos rodamientos soportan a este eje y permiten su movimiento relativo con respecto al resto de la bomba al mismo tiempo que soportan las cargas radiales y axiales que se producen.

Descripción de la problemática

A la empresa Automaq Servicio Diesel Constantemente llegan bombas rotativas con diferentes problemas antes del tiempo en el que se les debería realizar un mantenimiento preventivo presupuestado por el fabricante (cada 120.000 Km aprox.). Muchos de éstos problemas generalmente se deben o empiezan con la falla en sus rodamientos, debido al desgaste prematuro que provoca ruidos, pérdida de potencia u otros problemas como fuga de combustible por las juntas o sellos próximos al rodamiento.

Es por esto que se debe realizar una mantención general a la misma lo que conlleva un recambio de rodamientos y kit de bomba (retenes, cabezal, pernos, etc.) esto trae como consecuencia costos que no serían necesarios si solo se realizara un mantenimiento a los Km indicados de fábrica.

Los problemas descritos anteriormente fueron presentados en la bomba de una camioneta Renault Kangoo 1.9 Diésel de un usuario particular. Con los problemas o pérdidas relacionados debido a la detención de alrededor de 36 horas y que por consecuencia evitan que tal usuario reciba ganancias por su trabajo afectando su economía personal y de su familia.

Por todas las razones anteriores se decidió hacer este trabajo con el objetivo de encontrar la razón de porque nuestro rodamiento empieza a sufrir fallas antes del tiempo de la mantención y poder dar una solución al respecto que favorezca económicamente a los usuarios o empresas que ocupan los vehículos o camionetas que funcionan con este tipo de bombas.

Descripción de la empresa

La empresa de la cual se obtuvo la problemática es la empresa Automaq servicio Diésel y sus datos se entregan a continuación:

Nombre de la empresa: Automaq Servicio Diesel

Fundador: Francisco Gauna Vergara (actual dueño)

Edad: 71 años

Ubicación: Orella 971. Valparaíso

Cronología de la empresa Automaq servicio Diésel

1982: Inició laboratorio con un banco de pruebas, además de realizar descarga de graneles de buque y aseo industrial.

1983: Obtienen Certificación de servicio BOSCH para reparación y mantención de bombas e inyectores de la marca.

1990: Expansión empresarial realizando trabajos en San Antonio y abriendo una sucursal en la ciudad de San Felipe.

Actualidad: Servicio Marítimo, Reparación de motores Diesel, bombas inyectoras e inyectores, sistemas hidráulicos, escáner última generación y repuestos de todas las marcas.

Organigrama de la empresa AUTOMAQ servicio Diésel

Capítulo 2

Determinación de material de composición del elemento y su tratamiento térmico o termoquímico:

Materiales de construcción en rodamientos

La carga sobre un rodamiento con contacto de rodadura se ejerce sobre un área pequeña. Los esfuerzos de contacto resultantes son bastante grandes, independiente del tipo de rodamiento.

No son raros los esfuerzos de contacto de 300000 [psi], aproximadamente, en los rodamientos comerciales. Para resistir esos esfuerzos tan altos, las bolas, rodillos y pistas son fabricados con acero o cerámica muy duros, de alta resistencia.

El material que más se usa en los rodamientos es el acero AISI /SAE 52100, el cual tiene un contenido de carbono muy alto, de 0,95 a 1,10%, junto con 1,30 a 1,60% de cromo, 0,25 a 0,45% de manganeso, 0,20% a 0,35% de silicio, y otros elementos de aleación en cantidades bajas, pero controladas.

Se reducen al mínimo las impurezas, en forma cuidadosa, para obtener un acero muy limpio. El material se endurece totalmente hasta el intervalo de 58 a 65 en la escala Rockwell C, para darle la capacidad de resistir un gran esfuerzo de contacto.

También se usan algunos aceros para herramientas, en especial MI y M50. Se usa cementación con aceros como los AISI 3310, 4620 Y 8620, para alcanzar la gran resistencia superficial requerida, pero conservando un núcleo resistente.

Se requiere un control cuidadoso de la profundidad de cementación, porque en las zonas subsuperficiales se desarrollan esfuerzos críticos. Algunos rodamientos con menores cargas, y los que están expuestos a ambientes corrosivos, usan elementos de acero inoxidable AISI 440C.

Los elementos de rodadura y demás componentes pueden fabricarse con materiales cerámicos, como el nitruro de silicio (Si3N4). Aunque su costo es mayor que el del acero, las cerámicas tienen importantes ventajas.

Composición química de principales aceros de rodamientos

Tabla 2.1 Composición química en porcentajes del acero AISI 52100

No. De Acero

AISI-440C Composición química%

C Si Mn P S Cr Mo

0.95-1.2 <1,0 <0,1 <0,0 4 <0,0 3 16-18 <0,75

No. De Acero

SAE 52100 Composición química%

C Si Mn P S Cr Mo

0.98-1.1 0.15-0.3 0.25-0.45 <0,025 <0,025 1.3-1.6 --

Tabla 2.2 Composición química en porcentajes del acero inoxidable AISI 440C

%C %Si %Mn %S %Cr %Mo %Co %V %W

0,75-0,85

0,20-0,60

0,15-0,35

0,030-0,060

3,75-4,50

4,00-4,50

0,25 máx.

0,90-1,10

0,25 máx.

Tabla 2.3 Composición química en porcentajes del acero para herramientas AISI M50

Determinación del material que compone el rodamiento

Para poder determinar de forma precisa el material de construcción del rodamiento de bolas estudiado y conocer sus características y tratamiento químico o termoquímico, se realizarán 2 métodos de prueba y/o ensayos que se compararán con normas y bibliografía de materiales. Los métodos serán son los siguientes:

Análisis químico (Espectrometría)

Ensayo de dureza (HRc)

Espectrometría:

La espectroscopia surgió con el estudio de la interacción entre la radiación y la materia como función de la longitud de onda. En un principio se refería al uso de la luz visible dispersada según su longitud de onda, por ejemplo por un prisma. Más tarde el concepto se amplió enormemente para comprender cualquier medida en función de la longitud de onda o de la frecuencia. Por tanto, la espectroscopia puede referirse a interacciones con partículas de radiación o a una respuesta a un campo alternante o frecuencia variante.

La espectrometría es la técnica espectroscópica para tasar la concentración o la cantidad de especies determinadas. En estos casos, el instrumento que realiza tales medidas es un espectrómetro o espectrógrafo.

La espectrometría a menudo se usa en física y química analítica para la identificación de sustancias mediante el espectro emitido o absorbido por las mismas.

Métodos espectrométricos

El tipo de espectrometría depende de la cantidad física medida.

Normalmente, la cantidad que se mide es una intensidad de energía absorbida o producida. Se pueden distinguir estos tipos de espectrometría según la naturaleza de la excitación:

Electromagnética: Interacciones de la materia con radiación electromagnética como la luz.

De electrones: Interacciones con haces de electrones. La espectroscopia Auger implica inducir el efecto Auger con un haz de electrones. En este caso la medida implica la energía cinética del electrón como variable.

De masa: Interacción de especies cargadas con campos magnéticos y/o eléctricos, dando lugar a un espectro de masas. El término "espectroscopia de masas" está anticuado, ya que la técnica es principalmente una forma de medida, aunque produzca realmente un espectro para la observación. Este espectro tiene la masa (m) como variable, pero la medida es esencialmente de la energía cinética de la partícula.

Acústica: Frecuencia de sonido.

Dieléctrica: Frecuencia de un campo eléctrico externo.

Mecánica: Frecuencia de un estrés mecánico externo, por ejemplo una torsión aplicada a un trozo de material.

Tipos de espectrometría

Existen diferentes tipos de espectrometría tales como:

Espectrometría de absorción

Espectrometría de fluorescencia

Espectrometría de llama

Espectrometría de emisión de plasma

Espectrometría de emisión óptica

Espectrometría de ultravioleta

Espectrometría infrarroja

Espectrometría realizada al rodamiento:

La espectrometría realizada para identificar el material de construcción del rodamiento de bolas es la espectrometría de emisión óptica de arco o chispa, Ésta se usa para el análisis de elementos metálicos en muestras sólidas. Para materiales no conductores, se usa polvo de grafito para hacer conductora la muestra. En los métodos de espectroscopia de arco tradicionales se usa una muestra sólida que es destruida durante el análisis. Un arco eléctrico o chispa se pasan por la muestra, calentándola a alta temperatura para excitar los átomos. Los átomos de analito excitado emiten luz en varias longitudes de onda que pueden ser detectadas mediante métodos espectroscópicos comunes. Ya que las condiciones que producen la emisión por arco no son controladas cuantitativamente, el análisis de los elementos es cualitativo. Hoy día, las fuentes de chispa con descargas controladas bajo una atmósfera de argón permiten que este método pueda ser considerado eminentemente cuantitativo, y su uso está muy extendido en los laboratorios de control de producción de fundiciones.

Resultados Análisis químico (Espectrometría)

El análisis químico o espectrometría se realizó en la empresa METALAM Ltda.

Empresa: METALAM Ltda.

Ubicación: Manuel Montt 537, Villa Alemana

Resultados: Los resultados del análisis se muestran a continuación:

Elemento C % Mn% Si % P % S % Cr %

Pista exterior 1,025 0,301 0,311 0,002 0,010 1,54

Pista interior 1,013 0,32 0,252 0,003 0,007 1,49

Acero AISI/SAE

52100 0,98

1,10 0,25

0,45 0,15

0,35 0,025

Máx. 0,025

Máx. 1,30

1,60

Tabla 2.4 Resultado del análisis químico, tabla de elementos que componen el rodamiento en porcentajes comparados con los elementos que componen el acero AISI 52100, gentileza autores y empresa Metalam Ltda.

Conclusión análisis químico: luego de obtener los resultados de la espectrometría de emisión óptica que forma parte del análisis químico y de conocer los principales elementos que componen el rodamiento, se procedió a comparar los resultados con los principales aceros de construcción de rodamientos aportados por el fabricante. El acero que presenta la mayor similitud en cuanto a porcentaje y cantidad de elementos y por consiguiente la mayor probabilidad de pertenecer al material de construcción del rodamiento con fallas, es el acero AISI 52100 (Tabla 2.4), que como principales elementos tiene el carbono con un 1,025 % y el cromo con un porcentaje de 1.54 %.

Ensayo de dureza Rockwell C (HRc)

En el método Rockwell- C, como cuerpo penetrador, no se emplea la bola de

1/16" usual en el método Rockwell-B, sino un diamante cónico, que permite ensayar también materiales duros, por ejemplo aceros templados.

Como diamante de ensayo se utiliza un cono con ángulo en la punta de 120", aunque de punta algo redondeada de 0,2 mm de radio.

En el ensayo RockweIl-C se utiliza una carga inicial de 10 [kp]. La carga adicional que se aplica es de 140 [kp].

La medición se hace también aquí como medida diferencial de la profundidad de penetración entre la posición con carga inicial aplicada (posición cero) y la profundidad de penetración después de retirar la carga adicional y quedar sólo la inicial, es decir, después de la desaparición de la deformación elástica.

La carga hay que aplicarla en el ensayo Rockwell-C de forma continua y sin brusquedades. El cuerpo penetrante tiene que moverse perpendicularmente a la pieza. En la norma DIN 50103 no se estipula ningún tipo de carga.

Resultados ensayo de dureza [HRc]

Lugar del ensayo: Universidad técnica Federico Santa María

Ubicación: Av. España 1680, Valparaíso

Dureza HRc 1 2 3 4 Promedio

[HRc]

Pista exterior 60 60.3 60.5 60.1 60.23 [HRc]

Pista interior 59 58.5 58.9 58.8 58.8 [HRc]

Acero AISI/SAE

52100 Entre 59 y 65 [HRc]

Tabla 2.5 Resultados del ensayo de dureza en pista exterior e interior del rodamiento en comparación con la dureza del acero AISI 52100

Gentileza U. Federico Santa María y autores

Resultados ensayo de dureza:

El ensayo de dureza se realizó para comparar otro parámetro que ayude a determinar con mayor exactitud el material de composición del rodamiento. Según fabricante la mayoría de rodamientos se fabrica con acero AISI 52100 al temple total que posee una dureza aproximada que varía entre 59 y 65 RockweIl-C.

Los resultados obtenidos de un promedio de 4 ensayos realizados a la pista externa e interna del rodamiento medidos en la escala de dureza Rockwell-C [HRc] son similares a la dureza del acero AISI 52100 obtenida de bibliografía especializada de materiales (Tabla 2.5), por lo tanto, este ensayo ayuda a confirmar que la pieza a analizar (rodamiento) está construido de un acero AISI 52100.

Conclusión definitiva del material que compone el rodamiento

Después de realizar un análisis químico (espectrometría de emisión óptica) en la empresa Metalam Ltda. Ubicada en la ciudad de Villa Alemana y un ensayo de dureza en la Universidad Técnica Federico Santa María con sede en Valparaíso, se procedió a comparar los resultados con distintos aceros característicos de la construcción de rodamientos. Se pudo llegar a la conclusión que el material del cual está hecha la pieza que falla (rodamiento) es un acero de baja aleación al cromo AISI-SAE 52100 al temple total cuyas características principales de describen a continuación:

Acero AISI 52100

Normas:

AISI/SAE: 52100

AFNOR: 100 C 6

DIN: 100 Cr 6

UNE: F131; F1310

Campo de aplicación:

Rodamientos y cojinetes de todas las dimensiones, anillos y discos, también usados en la fabricación de cuchillos.

Elementos principales:

Elemento C % Mn% Si % P % S % Cr %

Acero AISI/SAE

52100 0,98

1,10 0,25

0,45 0,15

0,35 0,025

Máx. 0,025

Máx. 1,30

1,60

Dureza característica: Entre 58 a 65 en la escala Rockwell-C

Capítulo 3

Análisis de fallas

Validar el comportamiento del elemento mecánico en condiciones térmicas, mecánicas y ambientales

Análisis de fallas mediante causas más comunes

Para poder determinar la causa de la(s) fallas producidas en el rodamiento, se empleará el método de causa de fallas más comunes que consiste en descartar mediante el comportamiento del rodamiento en condiciones mecánicas, térmicas y ambientales las averías en la pieza.

Las causas más comunes que se descartarán en este informe son las siguientes.

Causas más comunes:

Montaje o desmontaje

Diseño y selección de material (condiciones mecánicas)

Condiciones de servicio (Condiciones térmicas y ambientales)

Mantenimiento

Montaje y desmontaje:

A la hora de reparar una bomba de inyección, la utilización de una documentación precisa permite optimizar el tiempo.

Salvo en el caso de una revisión completa, no siempre es necesario llevar a cabo el desmontaje completo de la bomba. En caso de avería, se recomienda comprobar la bomba en el banco de pruebas con el fin de determinar la causa de la avería y efectuar la reparación o el ajuste a partir del resultado obtenido.

Los procedimientos de desmontaje, verificación, montaje y ajuste de la bomba debe llevarlos a cabo personal calificado utilizando herramientas especiales y un banco de pruebas especificado. Es necesario observar una perfecta limpieza en el taller de revisión de las bombas de inyección.

Se necesitan los siguientes equipos:

- un puesto de lavado con dispositivo de aire comprimido que utilice un producto no acuoso.

- un banco recubierto de metal o de linóleo, reservado únicamente para reparaciones de bombas.

- una caja con compartimentos para colocar las piezas.

- un tornillo de banco con mordazas de metal blando o de plástico.

- un recipiente con aceite de pruebas limpio.

- un recipiente con grasa (Shell Alvania R2) y un recipiente con vaselina.

- un trapo suave sin hilachas o papel absorbente.

La sustitución de las piezas se realizará únicamente con piezas originales y deberá limitarse a la necesidad de la reparación o a lo estipulado en el presupuesto. Deberá prepararse una ficha para cada bomba reparada.

Es obligatorio:

- utilizar las herramientas adecuadas.

- no intentar extraer los pasadores alojados en los distintos elementos.

- sustituir todas las juntas, arandelas, hilos de plomo y precintos.

- sustituir los cojinetes después de su desmontaje.

- sustituir los componentes que presenten síntomas de rotura, desgaste, adherencia, corrosión, fisura o deformación.

- sustituir un kit completo si uno de los componentes de sus componentes debe cambiarse.

Preparación para el desmontaje

Primero limpie la bomba (utilice un disolvente).

Quite el tapón de inspección (1) (Fig.3.2) y vacíe la bomba si es necesario. Extraiga y deseche la junta tórica del tapón.

Fije la bomba en posición horizontal sobre la placa de soporte 1804-411 provista del casquillo de centrado correspondiente.

Suprima los precintos (alambre, precinto de plomo, tubo termo retráctil, pintura) y las protecciones.

Procedimiento de desmontaje

Desmontaje de conjuntos (Fig. 3.3)

Retire las bieletas de los dispositivos de avance con carga ligera, de avance con carga progresiva o del sobreavance si la bomba está provista de ellos. Quite y deseche la tuerca autoblocante de fijación (1) y la arandela (2) de la palanca del acelerador (3). Retire la palanca del acelerador, el muelle antagonista (4) y el sombrerete (5).

Si la bomba está equipada con un interruptor eléctrico en la palanca del acelerador, libere la funda de las grapas de fijación, retire los dos tornillos de fijación (11) y su arandela (10). Retire el conjunto del soporte (12) y el interruptor (9) de la tapa. Quite el tornillo de fijación (2) con la arandela (3). Quite y deseche la tuerca autoblocante (1) de fijación de la palanca del acelerador (7). Quite la arandela (4), la leva (5), el anillo separador (6), la palanca del acelerador, el muelle antagonista (8) y el sombrerete (13).

Regulador de mínima/máxima

Quite los cuatro tornillos de fijación de la tapa y la tapa (2) sacando el eje de acelerador (1).

NOTA: Los tornillos de fijación pueden mantener topes colocados sobre la tapa. Identifique la posición de estos topes antes de efectuar el desmontaje.

Desmontaje del dispositivo de accionamiento

En el dispositivo de accionamiento de la bomba es donde se centrará la atención debido a que en este elemento van montados los rodamientos de bolas.

Accionamiento de tipo "correa dentada":

Desmontar la bomba del soporte, retirar en su caso, cualquier dispositivo de acoplamiento de bomba/motor (polea, cubo, etc.).

Según la aplicación, retirar el casquillo separador (1) y el guardapolvo (2). Extraer la junta de labios (3) del cárter con ayuda de la herramienta (4). Deseche la junta.

Con ayuda de unos alicates apropiados, extraer el anillo elástico (1) del eje de accionamiento (Fig. 3.7) y retirar la arandela de tope (2).

Proteger la rosca del eje colocando una tuerca (1) (Fig. 3.8) de 12 x 175 y sacar el eje con ayuda de un mazo.

Importante: El desmontaje del accionamiento no debe efectuarse sistemáticamente, ya que obliga desmontar los cojinetes y, por tanto, a sustituirlos. Así pues, es necesario realizar comprobaciones para evaluar la necesidad del desmontaje. No obstante, es indispensable sustituir los cojinetes en los casos siguientes:

Presencia de agua o de combustible contaminado en la bomba que provoca corrosión.

Deterioro de un componente interno que haya provocado la presencia de limaduras.

Se debe desconectar el rodamiento primario del portarodamientos delantero (Fig. 3.9).

NOTA: Es posible que el rodamiento permanezca montado en el eje. En este caso, utilice un extractor de garras.

Accionamiento con cubo flotante

Sujetar el cubo de accionamiento con ayuda de la herramienta (2). Desenroscar el tornillo de fijación del cubo con ayuda de la herramienta (1).

Se debe retirar el tornillo (5), las arandelas (4) y (3) y el cubo (2). Desmontar el conjunto del eje de accionamiento y la jaula de contrapesos (1). Quitar la junta de labios del cárter. Desechar la junta.

Eje de accionamiento del tipo de correa dentada

Se retira la arandela separadora (1). Se sujeta la tuerca del eje en un tornillo de banco para mantener el conjunto en posición vertical. Con ayuda de un extractor, se desmonta el Rodamiento secundario (2) del eje.

El eje de accionamiento en el cual giran los rodamientos de la bomba, es la última parte que se retira de la bomba, en esta descripción del proceso de desmontaje se centró la atención en ésta parte y no en el desmontaje completo de la bomba debido a que se quiere conocer el motivo de la falla prematura de los rodamientos.

Procedimiento de montaje

Antes de proceder al montaje de la bomba se deben lavar cuidadosamente todas las piezas con un líquido de pruebas limpio y, a continuación, proceder a un examen visual de todas las roscas interiores, avellanados, acanaladuras, orificios, etc. Antes de proceder al montaje, examinar las piezas una a una para detectar posibles defectos o desgaste.

Se debe sustituir todas las juntas y arandelas por piezas nuevas de la caja de juntas.

Todas las piezas y juntas, salvo los componentes eléctricos, se sumergirán en un aceite de pruebas limpio, con excepción de las juntas tóricas que serán engrasadas antes del montaje.

Todos los aprietes se efectuarán al par indicado por el fabricante.

Montaje del accionamiento del tipo correa dentada en el cárter

Es importante no limpiar los cojinetes antes del montado, se deben dejar sumergidos en su aceite de almacenamiento. Colocar el cárter en un soporte. Colocar cuidadosamente y de forma manual el rodamiento primario (1) nuevo en el cárter. Se debe comprobar que queda bien instalado en su alojamiento.

Es imprescindible utilizar las herramientas indicadas para efectuar el montaje de los rodamientos y del eje de accionamiento. Si no se siguen estas recomendaciones se producirá tanto el deterioro de los cojinetes como una reducción de su vida útil.

Introducir el rodamiento primario en el cárter con ayuda del mandril (1) golpeando con cuidado con un martillo hasta que se produzca un cambio de ruido característico. Compruebe que el rodamiento gira libremente. Verifique que la jaula interna del cojinete conserva su juego axial.

Importante: No golpear el rodamiento después del cambio de ruido para evitar su bloqueo contra el cárter. El mandril posee un resalte que evita el bloqueo del rodamiento en la cara interna del cárter.

En determinadas aplicaciones, el rodamiento primario de bolas se sustituye por un rodamiento de rodillos. En este caso, se debe utilizar un mandril modelo 1804-650 para introducir el cojinete en el cárter.

Después de haber retirado la tuerca del eje de accionamiento, se debe montar la arandela del distanciador (1) engrasando la cara que va a montar por el lado de jaula de los contrapesos. Insertar el conjunto en el cárter.

Después de haber insertado el conjunto en el cárter se debe introducir el eje de accionamiento en el cárter con ayuda del mandril (1) golpeando con cuidado con un martillo hasta que se produzca en cambio de ruido característico. Al finalizar comprobar que el rodamiento gire libremente.

Montaje rodamiento secundario

Se coloca el rodamiento secundario (2) nuevo en el eje de accionamiento.

Es muy importante respetar el sentido de montaje del rodamiento. La ranura (1) de centrado del muelle antagonista de sobrecarga está orientada hacia el cabezal hidráulico.

Introducir el rodamiento con ayuda del mandril (1) hasta que se apoye sobre la cara posterior del cárter.

Como última medida retirar el cárter de su soporte y colóquelo sobre su cara posterior (Fig. 1.19).

Colocar la arandela de tope (2) y el anillo elástico (1) sobre el eje de accionamiento. Compruebe la libre rotación del eje de accionamiento. Colocar un retén (5) nuevo sobre el cono (4). Situar este retén con la ayuda del manguito de montaje (3).

Conclusión montaje y desmontaje

Después de la falla producida en la bomba, la cual involucra directamente los rodamientos y luego de saber el correcto proceso de montaje y desmontaje de los mismos en la bomba rotativa DPC, se procedió a realizar el proceso de desmontaje para determinar si se podían relacionar las averías producidas con el proceso. Las conclusiones son variadas debido a que si bien no se encontraron pruebas o características como piezas mal posicionadas o montadas, falta de alguna de las mismas, objetos extraños o incorrectos, etc. No se puede descartar 100 porciento una falla debido al proceso de montaje o desmontaje, esto se debe a que la empresa en la cual se realizan los montajes y desmontajes o más precisamente las reparaciones de la bomba no cuenta con todas las herramientas y bancos de pruebas que recomienda el fabricante para realizar la correcta reparación de esta, por lo que no se puede afirmar de forma absoluta que los rodamientos no seguirán fallando si no se realiza el proceso en empresas que estén certificadas por Delphi para la reparación y que contengan todas las herramientas y bancos de pruebas para validar el proceso.

Diseño y selección del material (condiciones mecánicas)

Otro de los aspectos que involucra el método de causa de fallas más comunes es el de la correcta selección y diseño del material. Es necesario que el elemento mecánico que en este caso es un rodamiento de bolas montado en una bomba rotativa de inyección diésel modelo DPC, esté correctamente diseñado y seleccionado para los requerimientos que su trabajo necesita.

En esta parte del informe se determinará principalmente el comportamiento mecánico del elemento. Si el rodamiento estuvo expuesto a cargas, esfuerzos, velocidades, etc. superiores a las que es capaz de soportar y que por lo tanto sean motivo de posibles fallas.

Características rodamiento SNR AB1992 S01

Capacidad de carga dinámica Máx.

C [KN] Capacidad de carga estática Máx.

Co [KN]

Velocidad Máx.

[rpm]

13.90

9.30

10000

Tabla 3.1 Características Mecánicas del rodamiento AB1992S01, Gentileza catálogo general snr-bearings.com

Capacidad de carga estática: La capacidad de carga estática básica es la carga que puede resistir el rodamiento sin deformación permanente de cualquier componente. Si se excede esta carga, el resultado más probable sería la penetración de una de las pistas del rodamiento por los elementos rodantes.

Capacidad de carga dinámica: La capacidad de carga dinámica básica se define como la carga con la cual pueden funcionar los rodamientos para alcanzar una duración nominal (L10) de un millón de revoluciones.

Velocidad

Velocidad máx. motor 4500 [rpm]

Velocidad máx. Rodamiento 10000 [rpm]

La bomba rotativa tiene una polea dos veces superior a la polea del cigüeñal, por lo tanto esta gira a la mitad de revoluciones que el motor

〖2∅〗_(P.Bomba)=∅_(P.cigüeñal)

Velocidad rodamiento

V=(4500 [rpm])/2=2250 [rpm]

V rodamiento 2250 [rpm]<10000 [rpm] máx del rodamiento

Cargas en el rodamiento

Datos técnicos del motor y la bomba

Presión máx. de la bomba 400 [bar]

Cilindrada motor 1900 [cc]

Potentica máx. motor (P) 64 [cv] a 4300 [rpm]

Revoluciones máx. del motor (n) 4500 [rpm]

Torque máx. 122.5 [Nm] a 2300 [rpm]

Tabla 3.2 Datos técnicos del motor y bomba rotativa DPC, Gentileza autores

Diagrama de cuerpo libre del eje de accionamiento de la bomba

Los rodamientos de la bomba trabajan y están montados en el eje de accionamiento de la bomba de inyección DPC, por lo tanto las fuerzas a las que se exponen se determinan mediante el diagrama de cuerpo libre que se muestra a continuación:

DCL:

1.5 [cm] 10 [cm] 4 [cm]

F= fuerza producida por el elemento de bombeo

M= momento producido por la potencia y el giro del motor

R1= reacción en el rodamiento primario

R2= reacción en el rodamiento secundario

Cálculos

Elemento de bombeo

Presión=Fuerza/Area F=P*A

Fuerza=Presión*Area

P=400 [bar]=40000 [Kpa]

A=π*r^2

∅_Piston=7.5 [cm]→0.75 [cm]

r_Pistón=0.375 [cm]

A=π*〖0.375〗^2

A=0.442 [〖cm〗^2 ]= 4.42*〖10〗^(-5) [m^2 ]

F=40000 [Kpa]*4.42*〖10〗^(-5) [m^2 ]

F=1.768 [KN]=1768[N]

1768 [N] es la fuerza ejercida por el elemento de bombeo

Momento en el eje

M=(71620*W)/n

M=(71620*64[Hp])/(2250 [rpm] )

M=2005 [KgCm]=197 [Nm]

*71620= factor de conversión

Calculo de reacciones con Diagrama de cuerpo libre

∑Fv:0=R1+R2=1768[N]

∑M_R1:0=0.1R2=1768*0.14

R2=(1768*0.14)/0.1

R2=2475 [N] ↑

R1+R2=1768

R1=1768-R2

R1=1768-2475

R1=707 [N]↓

Capacidad de carga estática, dinámica y vida útil

Carga estática (Co): La capacidad de carga estática es equivalente a la carga radial a la que está expuesto el rodamiento por lo tanto la carga básica estática Co es:

Co=R1=707 [N]

Carga dinámica (C): Para determinar la carga dinámica del rodamiento es necesario hacer mención a la fatiga que se presenta luego de un gran número de ciclos de carga, para un rodamiento esto representa un número estimado de revoluciones o vida útil.

El diseñador especifica la duración de diseño, considerando la aplicación. Ahora para calcular la duración o vida útil del rodamiento en revoluciones de acuerdo a la carga y velocidad antes de la fatiga se utiliza

Duración de diseño del rodamiento en revoluciones

Ld=(h)*(rpm)*(60 [min/h])

Ld=Duración de diseño en revoluciones

h=Duración del rodamiento en horas según la aplicación

Para una bomba automotriz h=20000 [horas]

Rpm=velocidad de giro

Ld=(20000)*(2250)*(60 [min/h])

Ld=2.7*〖10〗^9 Revoluciones

Carga dinámica C:

C=Pd*(Ld/〖10〗^6 )^(1/k)

Pd=carga radial en el rodamiento

Ld=duración del rodamiento en revoluciones

K=3 para rodamientos de bolas

C=707[N]*((2.7*〖10〗^9)/〖10〗^6 )^(1/3)

C=10275 [N]

Conclusiones cálculos del rodamiento

Al finalizar los cálculos de capacidad de carga estática dinámica y vida útil del rodamiento antes de la fatiga y compararlos con los datos de diseño mostrados en la tabla 3.3. Se pudo determinar que tanto la carga estática a la que está expuesto el rodamiento como la carga dinámica que lo afecta son de magnitud menor como se muestra a continuación:

Capacidad de carga estática (C) Capacidad de carga dinámica (Co)

Diseño 9300 [N] 13900 [N]

Calculada 707[N] 10275 [N]

Resultado

Menor que la de diseño

Menor que la de diseño

Tabla 3.3 Comparación de las capacidades de carga de diseño con las calculadas

Gentileza autores

Junto con esto se pudo determinar que la velocidad y la duración de vida útil del rodamiento antes de la fatiga no son causa de falla ya que la velocidad de giro del rodamiento es aproximadamente 4 veces menor a las que soporta el rodamiento y la vida útil del rodamiento calculada en 2.7 * 109 Revoluciones es la apropiada ya que el rodamiento no alcanza esa duración en el tiempo que lleva de trabajo.

Dados los resultados de cargas en el rodamiento, velocidad de giro y vida útil antes de la fatiga se descarta que el rodamiento falle por estas causas.

Condiciones térmicas y ambientales

El rodamiento en su trabajo dentro de la bomba de inyección puede sufrir averías debido a las condiciones de funcionamiento, en éstas influye el medio que lo rodea y que funciona en conjunto con la pieza.

El rodamiento al cumplir su función puede estar expuesto a condiciones de temperatura inadecuada o de contaminantes que lo pueden afectar, como también a corrosión debido a que el medio es el combustible diésel.

Para descartar fallas producto del medio y de la temperatura se realizarán diferentes pruebas y análisis de las condiciones de trabajo.

Temperatura de trabajo de la pieza

Los rodamientos generalmente hechos de aceros de temple total y de temple por corrientes de inducción tienen una temperatura máxima de funcionamiento recomendada de entre 120 y 200 °C, dependiendo del tipo de rodamiento. Estas temperaturas máximas de funcionamiento están directamente relacionadas con el tratamiento térmico.

El rodamiento que estamos analizando es un rodamiento al temple total que soporta una temperatura máxima de trabajo de 120 °C, por lo que para verificar que se cumple con ésta condición se realizó una prueba de temperatura en la bomba con un pirómetro óptico

Las mediciones de temperatura en el rodamiento dieron como resultado que en primera instancia era aproximada a la temperatura ambiente 25 °C aproximadamente y luego de un tiempo de trabajo de la bomba llego a un tope de aproximadamente 50 °C. Éstos resultados en comparación con los 120 °C que puede soportar un rodamiento indican que la temperatura en la cual trabaja el mismo es óptima y es motivo de posibles fallas.

Deformación térmica

Un material o elemento que sufre cambios de temperatura, este puede experimentar cambios en sus dimensiones. Estas variaciones se pueden calcular de la siguiente forma.

∆L=L*α*∆T

∆T:Cambio de temperatura

L:Longitud antes del cambio de temperatura

α:Coeficiente de deformación térmico lineal

∆L=0.06852[m]*12.3*〖10〗^(-6)*(50-25)[°C]

∆L=0.0000211 [m]

Esfuerzo térmico: Si los cambios de dimensiones por efecto de la temperatura se restringen, aparecen esfuerzos en los materiales o elementos. La ecuación para calcularlos es la siguiente:

σ=E*α*∆T

E=Modulo elástico del acero

α=Coeficiente de deformación térmica lineal

∆T=Cambio de temperatura

σ=2000000 [Kgf/〖Cm〗^2 ]*12.3*〖10〗^(-6) [°C^(-1) ]*25 [°C]

σ=615 [Kgf/〖Cm〗^2 ]=6.15 [Kgf/〖mm〗^2 ]

σ_(Acero 52100)=40 [Kgf/〖mm〗^2 ] Límite de fluencia del acero 52100

Conclusión: Después de realizar los cálculos relacionados con la temperatura en cuanto a deformación y esfuerzo térmico, la deformación obtenida es prácticamente despreciable y el esfuerzo térmico es mucho menos al límite de fluencia del acero AISI 52100. Debido a estos resultados se descarta la falla por efectos de la temperatura.

Influencia del medio

Debido a la exposición del rodamiento al petróleo diésel que es el combustible que inyecta la bomba rotativa y a causa de que su en su composición química se encuentra el hidrógeno, es posible que el elemento esté propenso a sufrir corrosión. La corrosión y sus características se explicarán más en profundidad en las siguientes páginas con el objetivo de determinar si éstas pueden ser motivo de fallas en el rodamiento debido a la interacción de la pieza con el diésel.

Corrosión

Se entiende por corrosión la interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas. La característica fundamental de este fenómeno, es que sólo ocurre en presencia de un electrolito, ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas anódicas y catódicas: una reacción de oxidación es una reacción anódica, en la cual los electrones son liberados dirigiéndose a otras regiones catódicas. En la región anódica se producirá la disolución del metal (corrosión) y, consecuentemente en la región catódica la inmunidad del metal.

De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión.

Tipos de corrosión

- Corrosión Uniforme

- Corrosión Galvánica

- Corrosión en Hendidura

- Corrosión por Picadura.

- Corrosión Intergranular

- Corrosión Bajo Tensión

- Corrosión por Erosión

Corrosión localizada: En este tipo de corrosión ni la superficie ni el medio son homogéneos, los productos insolubles generados por corrosión se precipitan formando películas en la superficie del metal. Dichas películas no son uniformemente perfectas. Este tipo de corrosión se subdivide en distintos tipos de corrosión.

Corrosión galvánica: La corrosión Galvánica es una de las más comunes que se pueden encontrar. Es una forma de corrosión acelerada que puede ocurrir cuando metales distintos (con distinto par redox) se unen eléctricamente en presencia de un electrolito.

Corrosión por picadura o “pitting”: Es altamente localizada, se produce en zonas de baja corrosión generalizada y el proceso (reacción) anódico produce unas pequeñas “picaduras” en el cuerpo que afectan. Puede observarse generalmente en superficies con poca o casi nula corrosión generalizada. Ocurre como un proceso de disolución anódica local donde la pérdida de metal es acelerada por la presencia de un ánodo pequeño y un cátodo mucho mayor.

Corrosión bajo tensión: El agrietamiento de corrosión por tensión ocurre en la estructura cristalográfica del metal con la influencia combinada del esfuerzo de tensión (aplicado o interno) y un entorno corrosivo. El material se puede agrietar sin deformaciones significativas ni deterioro obvio del material. A menudo, la corrosión por picaduras está asociada con fenómenos de grietas de corrosión por tensión.

Las tensiones pueden ser el resultado de las cargas de agrietamiento debidas a la concentración de tensiones, o pueden estar provocadas por el tipo de tensiones residuales o de montaje desde la fabricación (por ejemplo, trabajo de enfriamiento); las tensiones residuales se pueden reducir mediante templado.

Corrosión por erosión: Este tipo de corrosión se produce por un desgaste mecánico. El mecanismo de la erosión generalmente se atribuye a la remoción de películas superficiales protectoras, como por ejemplo, películas de óxido formadas por el aire, o bien, productos adherentes de la corrosión por efecto de un roce constante.

Electroquímica

Si una reacción química es conducida mediante una diferencia de potencial aplicada externamente, se hace referencia a una electrólisis. En cambio, si la caída de potencial eléctrico, es creada como consecuencia de la reacción química, se conoce como un "acumulador de energía eléctrica", también llamado batería o celda galvánica. Las reacciones químicas donde se produce una transferencia de electrones entre moléculas se conocen como reacciones redox, y su importancia en la electroquímica es vital, pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo los procesos que generan electricidad o en caso contrario, son producidos como consecuencia de ella. En general, la electroquímica se encarga de estudiar las situaciones donde se dan reacciones de oxidación y reducción encontrándose separadas, físicamente o temporalmente, se encuentran en un entorno conectado a un circuito eléctrico.

Medición de potencial

Para determinar y realizar la medición de potencial se necesita saber el medio al cual está expuesta la pieza, en este caso, es el petróleo diésel.

El potencial hace referencia a la transferencia de electrones entre el medio y la pieza y para saber el valor de este potencial se utiliza un multímetro en la posición de voltaje como se muestra en la figura:

El resultado de la medición de potencial entre el rodamiento y la pieza es 0 [Volt].

A continuación se procedió a hacer una prueba de pH en medio (diésel) para la construcción del diagrama de Pourbaix

Medición de pH (potencial de Hidrógeno)

La prueba consiste en sumergir el papel tornasol en el petróleo diésel por unos minutos, después del tiempo se retira el papel y éste debe adoptar un color característico de acuerdo al pH de la muestra.

Resultado: luego de la prueba de pH (potencial de hidrógeno) realizada al diésel con papel tornasol, se procedió a retirar el papel y comparar el color de éste con la tabla indicadora que indica el pH de la muestra. El resultado fue que el combustible posee un potencial de hidrógeno pH de 6.

Diagrama de Pourbaix

Marcel Pourbaix: Químico ruso. Creó estos diagramas que facilitaron la comprensión de las reacciones electroquímicas en medio acuoso que rodean a un electrodo. Muestran, metalúrgicamente, si un elemento se encuentra en corrosión. Se construye bajo relación directa entre potencial y pH. Se logra visualizar 3 regiones predominantes: Inmunidad, Corrosión y Pasividad.

Los diagramas de Pourbaix también son conocidos como los diagramas de Eh-pH, debido a la rotulación de los dos ejes. El eje vertical se denomina Eh para el potencial de voltaje con respecto al electrodo estándar de hidrógeno (SHE), calculada por la ecuación de Nernst. La "h" significa hidrógeno, aunque normalmente se pueden utilizar otros elementos.

Potencial: Energía liberada por medio de una reacción REDOX, medido en Volts.

Potencial de hidrógeno pH: Su origen del latín y establece la clasificación de las soluciones como ácidas, básicas y neutras, de acuerdo a los valores de pH.

Inmunidad: Región en donde el metal no es atacado por la corrosión.

Corrosión: Región que indica que el metal se ha oxidado.

Pasivación: Región en donde el metal es protegido por una capa de óxido en su superficie.

Luego de realizar la medición de potencial y de pH en el rodamiento y en el medio en que trabaja (diésel), se realizan los diagramas de Pourbaix de los elementos con mayor porcentaje de participación en el material de construcción de la pieza.

En el segundo capítulo se determinó que el material de construcción de la pieza es un acero de baja aleación AISI SAE 52100 cuyos elementos con mayor porcentaje en su composición son el carbono con un 1% y el cromo con un 1.4 %.

Diagrama de Pourbaix del hierro

Diagrama: El diagrama muestra que el hierro está en pasivación

Diagrama de Pourbaix del cromo

Diagrama: El diagrama de Pourbaix del cromo con condiciones de 0 volt y un pH de 6, da como resultado que el cromo está en zona de pasividad o pasivación.

Conclusión: Los principales elementos del rodamiento se encuentran en pasividad por lo que la posibilidad de fallo por corrosión electroquímica es mínima, el resto de los tipos de corrosión podrían llegar a afectar al elemento pero como es una pieza que se cambia cada ciertos kilómetros o horas de operación no se consideran el motivo de la falla o relevante en el funcionamiento del elemento mecánico.

Mantenimiento

El mantenimiento está definido por la EFNMS (Federación Europea de Asociaciones Nacionales de Mantenimiento como: “El conjunto de actividades técnicas y administrativas cuya finalidad es conservar o restituir un sistema, subsistema, instalación, planta, máquina, equipo, estructura, edificio, conjunto, componente o pieza en o a la condición que la permita desarrollar su función.”

Existen tres tipos básicos de mantenimiento el correctivo, el preventivo y el predictivo que se basan en tareas distintas. Cada tipo de mantenimiento será ideal en un tipo de situación y equipo en función de distintos factores como el económico, el personal disponible, el tiempo de trabajo, la cantidad de repuestos, etc. De cualquier manera un buen programa de mantenimiento debe ser capaz de conjugar los tres tipos de mantenimiento de la mejor manera posible para permitir alargar la vida útil de los componentes que conforman la planta de manera económica y eficiente.

Mantenimiento correctivo: El mantenimiento correctivo es aquel en que solo se interviene en el equipo después de su fallo. Este tipo de mantenimiento, aplicado en muchas situaciones, tiene como principal ventaja la reducción de costes de inspecciones y reparaciones.

Cuando se realizan estos mantenimientos, el proceso productivo se detiene, por lo que disminuyen las cantidades de horas productivas. Estos mantenimientos no se aplican si no existe ninguna falla. Es impredecible en cuanto a sus gastos y al tiempo que tomará realizarlo.

Mantenimiento Preventivo: El mantenimiento preventivo es un conjunto de técnicas que tiene como finalidad disminuir y/o evitar las reparaciones de los ítems con tal de asegurar su total disponibilidad y rendimiento al menor coste posible. Para llevar a cabo esta práctica se requiere rutinas de inspección y renovación de los elementos malogrados y deteriorados.

Las inspecciones son los procesos por el cual se procede al desmontaje total o parcial del equipo a fin de revisar el estado de sus elementos. Durante la inspección se reemplazan aquellos elementos que no cumplan con los requisitos de funcionamiento de la máquina. Los elementos también pueden ser sustituidos tomando como referencia su vida útil o su tiempo de operación con tal de reducir su riesgo de fallo.

Los periodos de inspección son cruciales para que el mantenimiento preventivo tenga éxito ya que un periodo demasiado corto comportará costos innecesarios mientras que un periodo demasiado largo conlleva a un aumento del riesgo de fallo.

El principal inconveniente del mantenimiento preventivo es el coste de las inspecciones. En algunos casos el paro en la máquina puede provocar grandes pérdidas y realizar un desmontaje e inspección de un equipo que funciona correctamente puede resultar contra producente. De todas maneras el riesgo de fallo siempre existe pese a que un periodo de inspección corto ayuda a reducirlo.

Mantenimiento predictivo: El mantenimiento predictivo es el conjunto de técnicas que permiten, reduciendo los costes del programa de mantenimiento tradicional, preventivo y correctivo, asegurar la disponibilidad y rendimiento de los elementos que componen la planta. Este tipo de mantenimiento se basa en la realización de un seguimiento del estado del equipo mediante monitorizaciones que permiten realizar sustituciones y reparaciones cuando estos no se encuentren en buen estado, sin necesidad de realizar ciertas inspecciones, y reducir los fallos improvistos por medio de un programa de detección de anomalías.

Mantenimiento en la bomba Dpc

El mantenimiento realizado generalmente a la bomba en que van montados los rodamientos y en general realizado a las bombas por los dueños de automóviles o camionetas que usan este sistema, es el mantenimiento correctivo. Esto consiste en llevar a revisión el sistema cuando se empiezan a percibir problemas ya sea por fugas de combustible, ruidos en la bomba (rodamientos) o problemas con la inyección de combustible, etc.

La bomba según Delphi que es el fabricante se debe realizar un mantenimiento preventivo que consiste en verificar su estado y cambiar piezas defectuosas. No está estipulado el cambio de los rodamientos en el 100 por ciento de los casos, el cambio se debe realizar si se aprecia un ruido excesivo o algún indicio de desgaste o falla en los mismos.

En el caso del rodamiento puesto a análisis en este trabajo lleva un tiempo de funcionamiento de 4 años junto con la bomba con un kilometraje de 120 mil kilómetros. El fabricante aunque recomienda una revisión a los 140 mil kilómetros ésta no se realizó debido a que aún no se cumplía el tiempo de mantenimiento. Debido a que en general los usuarios solo realizan mantenciones correctivas los costos son superiores en comparación a si se realizara un mantenimiento preventivo.

Debido a la mala mantención y despreocupación de los usuarios con respecto a la bomba y al sistema de inyección en general, genera que los rodamientos no trabajen en plenitud y en las condiciones óptimas para cumplir su función.

El mantenimiento de este sistema conlleva un recambio de filtros de combustible cada 40 mil kilómetros como máximo, la contaminación y las malas prácticas como el trasvasije de combustible o el recorrido por caminos de tierra o con alta polución genera que el sistema se vaya desgastando si es que los dispositivos dedicados a limpiar o impedir que ingresen contaminantes al diésel no están en óptimas condiciones y no son cambiados cuando se debe.

Fig.3.30 Deterioros y su origen característico en rodamientos de bolas

Gentileza catálogo general SNR

Como se aprecia en la figura 3.30 la mayoría de posibles causas ya sea de montaje o desmontaje, corrosión, exceso de carga o mal diseño se descartaron dejándonos la causa de falla más probable la de contaminación en el medio de lubricación del rodamiento que en este caso es el combustible.

Esto es una idea que toma forma debido al mal mantenimiento del sistema en cuanto a cambio de filtros que tiene relación con el mantenimiento preventivo que se le debería realizar a la bomba y que en caso de no estar trabajando en plenitud pueden provocar que ingresen partículas contaminantes que provocan el 50 % de las fallas en los rodamientos (Fig. 3.31) de un sistema.

El ingreso de contaminantes en el lubricante del rodamiento generalmente tiende a formar en primer lugar rayas características en el material y sobretodo en rodamientos a la larga provoca desprendimiento de material que puede provocar fallas más graves en la bomba o en el sistema de inyección de combustible.

La contaminación disminuye la vida útil del rodamiento provocando su muerte temprana lo que causa en la bomba fugas de combustible, ruidos, desgaste, etc.

Contaminación:

Los síntomas son dentado de las pistas y elementos rodantes que eventualmente provocan alta vibración. Otro síntoma es rayado profundo de la pista donde grandes partículas son "aplastadas" por los elementos rodantes.

La contaminación representa la causa más común y es la más evitable en los rodamientos.

Se debe ser consciente de las causas de contaminación, identificar sus señales incriminatorias sobre los materiales de rodamientos y seguir algunos pasas de prevención simples ayudarán mucho a reducir las fallas de rodamientos debidas a contaminación.

Causas de contaminación

Suciedad "generada internamente": Suciedad que está presente en el momento del ensamble o reparación de la máquina. Los fabricantes toman precauciones especiales para lavar y limpiar las piezas antes y después del ensamble. Los usuarios deben ejercitar precauciones similares contra el ingreso de suciedad al manipular el mismo rodamiento.

Suciedad ingresada: Suciedad que ingresa a través de venteos, filtros de aire, sellos defectuosos o mantenimientos.

Partículas metálicas de desgaste generadas: Partículas generadas por el desgaste de piezas móviles, aún bajo la mejor lubricación, las superficies metálicas se desgastan con el tiempo. Este tipo de contaminación empeora cuando ingresa suciedad al sistema.

Identificación En una falla causada por contaminación hay, típicamente, un número de marcas identificadoras:

1. Rasguños, rayas profundas o pits alrededor de la periferia de las pistas y los elementos rodantes (por partículas grandes).

2. Pulido de las pistas y elementos rodantes (debido a abrasivos muy finos).

3. desprendimiento de material del rodamiento en distintas partes del medio donde se encuentra trabajando.

Comparación de efectos de la contaminación con el rodamiento de la bomba

Lubricación

El término lubricación se refiere al proceso en el que un fluido se introduce entre las superficies en contacto de dos cuerpos con movimiento relativo que rozan unidos por una carga , y este fluido forma una película de separación física entre las superficies de los cuerpos, que reduce la fuerza de deslizamiento y con ello el desgaste mutuo.

En el proceso de lubricación intervienen muchos factores diferentes que hacen de él un tema complejo cuyo alcance no se pretende cubrir en esta página, no obstante, trataremos las cuestiones principales que permitan comprender su naturaleza.

Las bombas de diésel, a falta de un sistema de lubricación externa, dependen de las propiedades lubricantes del diésel para asegurar una operación apropiada. Se piensa que los componentes lubricantes del diésel son los hidrocarburos más pesados y las substancias polares.

Los procesos de refinación para remover el azufre del diésel tienden a reducir los componentes del combustible que proveen de lubricidad natural. A medida que se reducen los niveles de azufre, el riesgo de una lubricidad inadecuada aumenta.

Diésel o gasóleo

Es una mezcla de hidrocarburos obtenida mediante destilación fraccionada del crudo de petróleo entre 250ºC y 350ºC. El diésel es generalmente más simple de refinar que la gasolina y el coste suele ser menor. Contiene aproximadamente 18% más de energía por unidad de volumen que la gasolina, lo cual, junto con la mayor eficacia de los motores diésel, contribuye a un ahorro de combustible. Sin embargo, el carburante diésel contiene cantidades altas de compuestos minerales y de azufre. Actualmente se está tratando de reducir la cantidad de azufre presente para obtener un diésel menos contaminante del medio ambiente.

Lubricidad

Algunas partes movibles de las bombas e inyectores de combustible diésel dentro de ellos los rodamientos, son protegidos del desgaste por el combustible mismo. Para evitar el desgaste excesivo, el combustible debe tener un nivel mínimo de lubricidad.

La lubricidad es la capacidad de reducir la fricción entre las superficies sólidas en movimiento relativo. Los compuestos que mejoran la lubricidad se encuentran de forma natural en el diésel obtenido de la destilación del crudo, pero pueden ser alterados o eliminados en los procesos a los que se somete el producto para reducir la cantidad de aromáticos y azufre. Así, mientras se regula la disminución del contenido de azufre -acompañado de severos procesos para lograrlo- la tendencia general es tener combustibles con bajos niveles de lubricidad. La mayoría de los combustibles diésel con bajo contenido de azufre necesitan un aditivo de lubricidad para cumplir con las especificaciones ASTM D 975 (EUA), con EN 590 (norma europea) y en el caso de Chile el D.S N° 66.

Especificación para diésel Método de determinación de lubricidad Límite máximo (µm)

EN 590 EN ISO 12156-1 460

ASTM D 975 ASTM D 6079 520

D.S N°66 ASTM D 6079 460

Tabla 3.4 Límite de lubricidad de acuerdo a normas EUA, UE y Chilena

Gentileza autores

Características del diésel comercializado en Chile

Requisitos Unidad Diesel A-1 Método de

Ensayo ASTM

Máximo Mínimo

Punto de Inflamación °C 52 D93, D3828

Punto de Escurrimiento °C -1 D97, D5950, D5949

Punto de Obstrucción de Filtro en Frío °C Informar D6371

Agua y Sedimento %V/V 0.05 D2709

Residuo carbonoso, 10%residuo

Según Ramsbottom

Micrométodo

%M/M

%M/M

0,21

0,20

D524

D4530

Cenizas %M/M 0.01 D482

Destilación

90% °C 350 282 D86

Viscosidad Cinemática a 40°C cSt 4.1 1.9 D445

Azufre PPM 15 D5453, D2622, D7039

Corrosión Lámina de Cobre N° 1 D130

Número de Cetano N° 50 (ii) D976, D613

Densidad a 15°C Kg/lt 0.85 0.82 D4052, D1298

Aromáticos %V/V 35 D5186

Aromáticos policíclicos %M/M 8 D5186

Color N° Sin colorante D1500

Tabla 3.5 Características del diésel que se comercializa en Chile

Gentileza www.copec.cl

Lubricidad (60°C) µm 460 430 D-6079

Conclusiones: La lubricación en el rodamiento se realiza mediante el propio combustible. Según los fabricantes de rodamientos y bombas la lubricidad mínima necesaria para la lubricación es de 430 [µm] y el combustible comercializado en chile contiene la necesaria lubricidad para el buen funcionamiento de los elementos.

Capítulo 4

Propuesta de mantenimiento y evaluación económica mediante valor actual de costos VAC

Debido a que el mantenimiento que se le realiza a la bomba es del tipo correctivo, por motivo que no se alcanza a llegar al kilometraje necesario para realizar el mantenimiento preventivo que es a los 140.000 Kilómetros aproximadamente, se deben emplear mayores recursos monetarios en ésta acción debido a que los mantenimientos correctivos siempre tienen un costo superior a uno preventivo.

Al permitir que la bomba sea sometida a un mantenimiento correctivo, ésta puede sufrir mayores daños debido al mal funcionamiento de sus partes.

Los costos asociados al mantenimiento correctivo son:

Elemento Cantidad Valor unitario

$ Total

$

Kit de reparación 1 150.000 150.000

Rodamiento 2 40.000 80.000

Excéntrica 1 50.000 50.000

Válvula anti retorno 1

30.000 30.000

Otros - 100000 80.000

Horas hombre H.H - 150.000 150.000

Costos asociados a detención - 150000 300000

Filtros 3 15000 45000

905.000

Otros: Daños producidos en la bomba debido al trabajo en mal funcionamiento de sus partes.

Costos asociados a detención: Estos costos son los que deja de recibir el usuario debido a la detención durante 2 días de la camioneta, en este caso la camioneta pertenece a la panadería “Chile” ubicada en la calle Hontaneda N° 2695, Valparaíso. Cuyo trabajo es repartir pan y especies a los cerros de la cuidad.

H.H: los costos de horas hombre son los valores que cobra la empresa “Automaq servicio diésel” por realizar la reparación de la bomba de inyección.

Válvula anti-retorno

Excéntrica:

Kit de reparación:

Propuesta de mantenimiento

El mantenimiento que se realiza a la bomba de inyección de la camioneta es un mantenimiento correctivo, la contaminación presente en el combustible como se pudo apreciar en los capítulos anteriores afecta a los elementos de la bomba y principalmente a los rodamientos causando que fallen antes de tiempo haciéndose necesaria una reparación. Dicha reparación tiene un costo aproximado de $885.000 pesos, nuestra propuesta de mantenimiento consiste en realizar mantenciones preventivas de cambio de filtros cada 30.000 kilómetros, 10.000 kilómetros menos de los que se realizan en la actualidad. Además de un cambio permanente del filtro de diésel por uno de mayor capacidad de filtrado. La propuesta se define a continuación:

Instalación de un nuevo filtro de mayor capacidad de filtrado

Cambio de filtro cada 30.000 kilómetros de recorrido

Mantenimiento a los 150.000 kilómetros consistente en revisión y cambio de kit en la bomba

Costos asociados a la propuesta al 5 año

Elemento Cantidad Valor unitario $ Total $

Kit de reparación 1 150.000 150.000

Rodamientos 2 40.000 80.000

Filtros 5 25.000 125.000

Horas Hombre H.H - 70.000 70.000

425.000

Filtro actual en comparación al filtro propuesto

El filtro que se ocupa en la actualidad en la camioneta es un filtro modelo PU 1021x de la marca MANN, aunque existen otras marcas como Bosch que tienen filtros alternativos del modelo.

Características del filtro:

Marca: MANN FILTERS

Tamaño de partículas: Hasta 20 [µm]

Dimensiones: 94.4-26.3-81 [mm]

Filtro propuesto

El filtro que se propone es un filtro de la marca FUEL MANAGER de la serie PM100 con una mayor capacidad de filtrado, ésta mayor capacidad de filtrado pensamos ayudará a evitar el ingreso de partículas abrasivas que puedan causar algún tipo de falla o reducir la vida útil especialmente de los rodamientos.

Características del filtro

Marca FUEL MANAGER serie PM100

Capacidad de filtrado de hasta 2 a 10 [µm]

Dimensiones 80-100 [mm]

Sistema de separación de agua

...