ANALISIS DE FALLA DE BIELAS (PARTE 1)

Antes de hablar de las fallas que pueden tener las bielas, es conveniente querepasemos los "indicios" de las fracturas y daos ms corrientes: Fractura por fatiga Fractura dctil/quebradiza Corte por impacto

FRACTURA POR FATIGAEn la sesin sobre fracturas de este Seminario, aprendimos que lasfracturas por fatiga se deben a cargas cclicas y a la presencia deconcentradores de esfuerzos. La superficie es suave, no muestradeformacin plstica (rebajamiento o distorsin); puede haber "marcas deplaya", "dientes", fracturas finales dctiles y labios cortantes. Estas fracturasse asocian normalmente con la causa original.

FRACTURA DUCTILLas fracturas dctiles se producen por una sobrecarga violenta. S edesarrollan rpidamente y tienen labios cortantes de tamao considerable.Las superficies son por lo general oscuras, speras, leosas y condeformacin plstica. Estas fracturas son casi siempre un resultado, no lacausa principal.

CORTE POR IMPACTOEl corte por impacto se produce cuando una parte golpea contra otracon mucha fuerza. Esto crea una superficie lisa y sedosa. La fuerza puedeverse tambin en las superficies adyacentes, donde hay mellas, abolladuras yalgunas veces descoloracin por calentamiento.

Para ver los detalles, las fracturas se deben limpiar adecuadamente y observarcon luz buena. Esto es importante para determinar la ubicacin y la condicinespecifica del punto de iniciacin que pudo haber producido la fractura.

La mejor manera de limpiar las caras de las fracturas es utilizando un disolventede evaporacin rpida. Para quitar la grasa o el aceite, apliquen el disolvente a lacara fracturada y squenlo con un pao o con aire.

FALLASLas bielas se pueden romper como resultado de condiciones anormales deoperacin o porque tengan, a veces, problemas de materiales o de mano de obra.Sea cual fuere la causa, es importante utilizar los Ocho Pasos Aplicables al Anlisisde las Fallas, seguir los procedimientos aprendidos en la inspeccin ocular Y valersede los- conocimientos bsicos sobre tipos de desgaste y fracturas. Todo esto nosayudar a pensar lgicamente frente a los datos y a seguir los indicios que nos llevana la causa principal.

La mayor parte de las fallas de bielas no son de material o de mano de obra,sino que provienen de condiciones anormales de uso. Las condiciones anormalesms corrientes son:1. Fuerzas externas que doblan o rompen las bielas;2. Fallas de cojinetes que causan daos de bielas;3. Errores de reacondicionamiento (como reutilizacin de piezas daadas);4. Pernos rotos o flojos.Veamos algunos ejemplos de fracturas de bielas debidas a estas condicionesanormales.

FUERZA EXTERNAAqu vemos una biela doblada. Por lo general, si la biela esta doblada sedebe a una fuerza no comn, aplicada directamente por otra pieza pesada enmovimiento o por movimiento restringido del pistn. En estos casos habaindicios de impacto en la biela o daos en los pistones que explican la falla.Todas las piezas de esta diapositiva estn en perfectas condiciones, exceptoque la biela est doblada. El vstago no tiene mellas ni otra indicacin defuerza externa directa aplicada a la biela.

Una inspeccin detallada de la parte superior del pistn revelaapariencia normal. No ha habido contacto directo con la culata o con lasvlvulas.

La mitad inferior y la superior del cojinete, donde se aplican las fuerzas,parecen normales.

Cmo es posible que una biela se doble y no deje indicio?

FALLA DE COJINETESComo se mencion anteriormente, las bielas se pueden daar debido afalla de cojinetes.

Vean este conjunto de piezas que fue devuelto a la fbrica. El informedeca que la biela se haba roto en la mitad del vstago y haba daado lasotras piezas.

Todas las caras de las fracturas en la parte inferior del pistn sonsperas y opacas, lo que indica que la rotura es dctil/quebradiza. El pistnse da porque otras piezas fallaron primero.

Aqu se ve la cara del vstago roto: la superficie es suave, lisa y conmuy poca deformacin plstica. Adems, est pulida, lo que indica que labiela estuvo rajada algn tiempo antes de quebrarse.

Al mirar el agujero para el cojinete, vemos que ste patin, pero hay slouna ligera descoloracin en la seccin superior de 120 donde la carga esms elevada. Esto indica que haba suficiente aceite para enfriar el cojinetemientras giraba. El agujero para el cigeal se calent nicamente en lasetapas finales de la falla.

Despus de que el cojinete se rompi, el cigeal golpete las paredesdel agujero rayndolas y desconchndolas considerablemente. Tambinnoten que los bordes de las paredes se redondearon donde la biela estuvo encontacto con los filetes del mun del cigeal.Al desarmarse no quedaba cojinete en el agujero. El cojinete se encontr enel colector de aceite, en pedazos pequeos, de escaso espesor y aplanado

Las caras de unin entre biela y tapa estaban muy desportilladas, comose ve aqu, pero el mecnico inform que las tuercas estaban bienenroscadas en los pernos. Noten tambin que el agujero para el perno estagrietado hacia el exterior de la biela, lo que indica que el perno se torci porimpacto de una fuerza elevada.

Los "indicios" en esta falla indican que el cojinete fall pero no por faltade aceite.Despus de disminuir considerablemente el espesor del cojinete, el impactodel cigeal contra las paredes del agujero hizo que la tapa del cojinete sebalanceara violentamente, produciendo desportillamiento de las caras deunin entre tapa y biela, aunque las tuercas estuvieran apretadas. Esegolpeteo cclico probablemente sobrecarg la biela y esto caus una fracturapor fatiga en el vstago.Es importante tener en cuenta todos los "indicios" para encontrar la causaprincipal de la falla. En este caso, es fcil llegar a la falsa conclusin que labiela o el pistn fall primero.Por regla general, una biela rota no causa tanto dao en el cojinete. Pero unafalla de cojinetes, que aumenta considerablemente el espacio libre, puedesobrecargar la biela, como en este ejemplo, y1. producir fracturas por fatiga en reas de concentracin de esfuerzosde la biela o de los pernos y/o2. hacer vibrar las tuercas y aflojarlas.Por lo tanto conviene investigar las circunstancias relacionadas con elcojinete y su instalacin; por ejemplo, buscar pruebas en los otros cojinetesde prdida momentnea, pero restituida, de suministro de aceite, examinarlos perfiles de los muones del cigeal, ver en qu condiciones de limpiezase llev a cabo el reacondicionamiento (si corresponde), etc. Todo esto noslleva a encontrar la causa principal de la falla del cojinete.

ERRORES DE REACONDICIONAMIENTOLos errores de reacondicionamiento (por ejemplo, no respetar losprocedimientos de recuperacin o volver a utilizar en forma inadecuadapiezas gastadas o daadas) producen con frecuencia fallas en las bielas.

Esta biela fall en el agujero para el cigeal y termin quebrndosecerca del asiento de la cabeza de los pernos. El cojinete parece estar en buenestado, excepto en el rea daada. Esto indica que el abastecimiento deaceite era bueno y que la causa no est en el cojinete.

Noten que la superficie de contacto de la tapa indica que se haproducido aplastamiento en el lugar opuesto a la fractura.A partir de este indicio es posible determinar cul fue el lado de la tapa que sesali primero. La cara opuesta a la que se haya aflojado primero mostrar elaplastamiento.A esto denominamos "abisagramiento"; en otras palabras, la biela se rompi yposteriormente se "abisagr" (como una compuerta) al otro lado,balancendose hacia el borde exterior de la cara de contacto y quebrando elperno con una fractura dctil. Ms adelante veremos ms ejemplos similares.La cara de contacto de esta biela tiene una apariencia un poco diferente. Eltorneado de fbrica por lo general le deja marcas transversales. Las marcasque aparecen aqu pueden indicar que la tapa de la biela se ha vuelto a alisar.

Si esto ocurri, es posible que el agujero para el cigeal tambin hayacambiado de tamao para alojar al cojinete.

Cules son los indicios que encontramos en la parte de atrs delcojinete? (discutir) Noten que el cojinete es 1,27 mm ms pequeo de lo quecorresponde y que hay corrosin por desportillamiento cerca de la superficiede contacto entre biela y tapa; adems, a medida que el cojinete se ibasaliendo del agujero, se fueron produciendo marcas de impacto. La parte deatrs del cojinete no tiene ningn indicio de sobrecalentamiento, por lo tanto,el suministro de aceite fue adecuado.

Aqu podemos ver la cara de la fractura. Cules son los indicios msobvios? Qu produjo la falla? (discutir)La cara de la fractura es lisa y tiene un "marcas de playa" que se inicia en unpunto situado en la parte superior derecha del dimetro interior del agujero.Como vimos en la sesin sobre fracturas, las fracturas por fatiga que seinician en un solo lugar se deben a un concentrador anormal de esfuerzos.La superficie del agujero muestra corrosin por desportillamiento en la partesuperior e inferior izquierda de la diapositiva, cerca de la cara de la fractura yen el punto de iniciacin.La corrosin por desportillamiento es probablemente el concentrador deesfuerzos que produjo la grieta por fatiga.

Para llegar a la causa principal, el que observa las piezas necesita vertambin los otros cojinetes y los agujeros de bielas, verificar cmo se llev acabo el reacondicionamiento, etc.La falla pudo haber sido el resultado de corrosin por desportillamiento,existente cuando se hizo el reacondicionamiento o producida despus dereacondicionar, originada quiz por volver a tornear el agujero sobremedida,dentro del cual el cojinete qued flojo.

Es muy importante ver si la superficie del agujero para el cojinete tienecorrosin por desportillamiento, o se ha daado durante elreacondicionamiento; cualquier irregularidad se debe corregir antes de volvera armarlo, siguiendo las pautas "Cat Guidelines for Reusable Parts andSalvage Operations"

PERNOS FLOJOS O ROTOSLos pernos quebrados o flojos pueden romper las bielas.

Observen este grupo de piezas rotas.1. La biela se rompi en el asiento de la cabeza del perno.2. Se rompi un perno. El otro esta doblado y todas las roscas estnmuy daadas.3. La tapa de la biela se "abisagr" en la parte inferior de la superficie decontacto, indicando que se rompi despus de haber fallado el otrolado. No hay desgaste por adherencia, lo que prueba que el cojineteno patin.4. Los cojinetes estn desgastados, pero no patinaron ni fallaron porfalta de lubricacin.

Aqu se ve una imagen ampliada del lado "abisagrado" de la tapa. Notenel borde exterior alisado de la cara de unin y que la fractura del perno esdctil (spera, leosa y deformada), lo que indica que hubo sobrecarga y quese parti durante un ciclo de carga.

Aqu vemos la parte de la biela que va arriba de la superficie decontacto. No hay desportillamiento por rozadura en la cara de unin pero haydao en el borde interior, lo que indica que la golpe el cigeal despus queel perno sali del agujero. Recuerden que ste es el lado de la unin que seabri primero.

Este es el otro extremo de la misma pieza. ;Qu tipo de dao sufri?(discutir) El dao fue de corte por impacto, segn los indicios (no hay "marcasde playa", la superficie es suave y sedosa, las mellas y el dao provienen dela elevada fuerza externa, aplicada despus que el perno sali del agujero).Como vimos anteriormente el corte por impacto es un resultado, no la causade una falla.

Lo anterior nos lleva a examinar el perno. La inspeccin del perno y dela tuerca revela que sta retrocedi.Noten que:1. los filetes del perno estn muy daados, por moverse en el agujerosin tener tuerca instalada,2. las ltimas roscas de la tuerca se robaron por sobrecarga cuando latuerca retrocedi hasta donde quedaron enganchadas, y3. la cara plana de la tuerca que sirve de arandela est muy golpeada yhasta echada en el agujero del perno.El agujero de la biela aparente- mente no estaba sobrecargado por el excesivo espacio libre del cojinete desplazado; el perno se aflojprobablemente por no estar debidamente ajustado.

Ahora necesitamos saber quin fue el ltimo que apret el perno. Cul era elkilometraje o horas de servicio? Se haba reacondicionado el motor o se lehaban puesto cojinetes nuevos?Estos datos adicionales pueden llevarnos a la causa principal, que no fue undefecto de la biela o del cojinete, sino de la mano de obra al instalar lospernos.