MÓDULO 06
COJINETES DE MOTOR
MÓDULO 06
COJINETES DE MOTOR INTRODUCCIÓN 1 -- Bienvenidos a la continuación del seminario sobre análisis de fallas. En esta sección estudiaremos los cojinetes de bielas y de bancada.
2 -- Analizaremos la función de los cojinetes, su estructura, procesos de fabricación, instalación, funcionamiento y posibles problemas. Nos valdremos de los Ocho Pasos Aplicables al Análisis de Fallas y de los principios aprendidos en las secciones de Desgaste e Inspección Ocular. También se incluyen datos básicos sobre sistemas de lubricación según sea necesario. Estos conocimientos nos prepararán para realizar un buen análisis de fallas de cojinetes.
3 -- No olvidemos que al seguir los Ocho Pasos Aplicables al Análisis de Fallas nos espera la recompensa con nuestros clientes, completando los pasos 6,7 y 8. Esperamos que el contenido de esta sección servirá para determinar causas originales de fallas y para distinguir entre fallas causadas por sistema anormal o condiciones de carga y fallas causadas por los mismos cojinetes.
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4 -- Las publicaciones de Caterpillar, por ejemplo SEBF8009, “COJINETES DE BANCADA Y BEILA” son muy útiles en un análisis de fallas.
FUNCIONES 5 -- Los cojinetes de bielas y los cojinetes de bancada tienen las cinco funciones siguientes: 1. Suministran una superficie de resbalamiento durante el arranque y cuando la película del lubricante es fina. 2. Transmiten el calor de la superficie al agujero de biela o del bloque. 3. Suministran una superficie de desgaste blanda para absorber los residuos y para que el cojinete se adapte mejor al perfil del muñón del cigüeñal. 4. Proveen la resistencia necesaria para la fatiga o las cargas. 5. Proveen superficies de desgaste reemplazables en alojamientos del bloque y de la biela.
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6 -- La primera función de los cojinetes es lubricidad, es decir, la capacidad de autoprotegerse y proteger los muñones del cigüeñal durante el arranque y cuando ha quedado solamente poco aceite entre cigüeñal y cojinetes. Dado que la superficie del cojinete es blanda y resbaladiza, los muñones duros del cigüeñal se deslizan fácilmente, reduciendo al mínimo la generación de calor. En esta diapositiva, las condiciones de la superficie han sido exageradas para ilustrar mejor.
7 -- Esta es una vista con una lupa de 400 aumentos de la capa de plomo y estaño de un cojinete nuevo. El metal de color claro en la parte inferior es aluminio encima del aluminio hay una capa muy delgada de cobre. La capa siguiente es de plomo y estaño. El color negro es material de fondo alrededor del cojinete.
8 -- Durante el arranque, el calor que se genera por fricción se transmite por conducción a la biela y al bloque, a través del cojinete. Esta pieza está, por lo tanto, diseñada y fabricada para transmitir muy bien el calor. A esta función la denominamos “conductibilidad térmica”.
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9 -- Hay siempre basura en los sistemas de lubricación que se saca con buenos filtros de aceite. Cuando el motor arranca o cuando el intervalo de cambio de aceite es demasiado largo, las partículas pueden desviarse de los filtros. Al entrar en los cojinetes, las partículas quedan atrapadas en la capa de plomo y estaño que las excluye del sistema. Esta función del cojinete se denomina "capacidad de absorción”. La capa blanda de plomo y estaño también se mueve con la carga hasta que la superficie del cojinete “encaja” con mas exactitud en el perfil del muñón del cigüeñal. Esta función se denomina “adaptabilidad”.
10 -- Si cortamos por la mitad un cojinete usado y miramos la sección transversal con una lupa de 400, vemos que las partículas negras incrustadas en la capa de plomo y estaño se asemejan a piedras hundidas en barro. La capa de plomo y estaño absorbe las partículas, protegiendo el cojinete y el muñón del cigüeñal contra daño por abrasión.
11 -- Durante el funcionamiento a plena carga, los cojinetes pueden tolerar unas 20.000 psi. A 1600 RPM cada cojinete puede sentir esta presión 800 veces por minuto: y esta carga cíclica severa puede continuar miles de horas. Cuando las capas del aceite atrapado son delgadas, como en el caso de velocidad en vacío o cuando se aplican cargas pesadas a un motor que funciona a bajas RPM, el cojinete soporta cargas aún más elevadas. Esta función se denomina “resistencia a la fatiga”.
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12 -- Después de miles de horas de funcionamiento, el desgaste normal quita parte del material blando de la superficie, reduciendo su capacidad de lubricación y de absorción. Los cojinetes son insertos que se pueden reemplazar cuando se desgastan para restablecer toda la capacidad del cojinete. Esta función se denomina “capacidad de reemplazo”.
13 -- Para cumplir estas cinco funciones, el cojinete debe tener una estructura compuesta. Esta vista de un cojinete Caterpillar ayuda a comprender su estructura. Casi todo el cojinete es de acero, con una capa de aluminio, unión de cobre, de plomo y estaño y un baño muy delgado de estaño. Cada una de estas capas ayuda al cojinete a cumplir una función. El refuerzo de acero es casi 90% del grosor del cojinete, le da la resistencia estructural necesaria para calzar en su alojamiento, es el sostén de la capa de aluminio que soporta las cargas y conduce el calor con rapidez del aluminio al alojamiento. La capa de aluminio es casi 10% del grosor del cojinete, es suficientemente blanda para proveer buena capacidad de absorción, pero fuerte y durable bajo pesadas cargas cíclicas. También conduce bien el calor y lo transfiere de la superficie del cojinete al refuerzo de acero. La unión de cobre tiene un grosor aproximado de un diezmilésimo de pulgada, provee buena adherencia entre la capa de aluminio y la de plomo y estaño, transfiere el calor con rapidez de la segunda capa a la primera y ofrece una superficie de desgaste blanda, cuando la capa de plomo y estaño se desgasta.
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La capa de plomo y estaño tiene un grosor aproximado de un milésimo de pulgada (o sea la mitad del grosor de una hoja de papel); es muy blanda y tiene buena capacidad de lubricación, de absorción y adaptabilidad. El baño de estaño es apenas de unos millonésimos de pulgada, protege contra la corrosión y da buena apariencia.
ESTRUCTURA
14 -- Las arandelas de empuje no tienen la capa de plomo y estaño porque para las cargas de empuje no se necesita capacidad de lubricación ni de absorción. Por esto, los cojinetes de empuje tienen sólo el refuerzo de acero, la capa de aluminio y el baño de estaño.
FABRICACIÓN 15 -- Los cojinetes se fabrican en tres etapas básicas: preparación de la tira bimetálica, operaciones de fresado y procesos de enchapado.
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16 -- El dorso del cojinete es de hoja de acero de bajo contenido de carbono; de espesor de precisión, en forma de rollo. La hoja se desenrolla y desengrasa; luego, uno de los lados se pica y se limpia preparándolo para unirlo al aluminio. (Dos métodos para obtener una superficie áspera son el chorro de arena y el lijado de banda). El dorso debe ser suave y sin defectos, muescas o escopladuras para que haga contacto total dentro del alojamiento.
17 -- El aluminio comienza en un lingote que la mayoría de los fabricantes de cojinetes usan para hacer sus propias aleaciones. Lo laminan en hojas delgadas formando rollos. El rollo lo envían a la línea donde se hace la unión de los dos metales, lo desenrollan, limpian y preparan la superficie áspera para unir el refuerzo de acero.
18 – En este proceso de unión, las hojas de aluminio y de acero se calientan y se prensan juntas con los rodillos de alta presión, formando una tira de dos metales. No se utiliza ninguna sustancia adhesiva porque la unión se forma prensando el aluminio contra la superficie áspera del acero a temperatura y presión altas.
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19 -- En la línea de fabricación se desenrolla la tira bimetálica y se la corta en semicascos de cojinetes en bruto. Cada semicasco recibe la forma curva final en un troquel que establece la libre expansión del cojinete (libre expansión significa que el diámetro libre del cojinete es mayor en las caras de unión que el diámetro - del alojamiento, lo que requiere cierta presión para “encajar" el cojinete al meterlo en su alojamiento). Biseles, ranuras, orificios de lubricación y marcas de colocación se añaden en ese momento.
20 -- La altura de compresión y el espesor de las paredes se realizan al final y representan el torneado crítico de acabado. La altura de compresión (es decir: la cantidad de cojinete que sobresale del agujero) se controla escariando las superficies de contacto del semicasco. El espesor de la pared (o espesor del cojinete) se puede controlar taladrando (fresado radial) o labrando (fresado lateral). Cada uno de los semicascos tiene un tamaño preciso y se trabaja individualmente. No hay diferencia entre los semicascos inferior y superior de los cojinetes de biela, y los semicasos inferior y superior de la mayoría de los cojinetes de bancada difieren solamente en las ranuras y orificios de lubricación.
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21 -- Después del acabado, los semicascos están listos para recibir la capa de plomo y estaño y el baño de estaño. Como la tira de plomo y estaño no se adhiere directamente al aluminio, se le da eléctricamente una chapa de cobre al aluminio. Después de lavarlo con agua, se utiliza el mismo método eléctrico para adherir la tira de plomo y estaño al cobre. Después de otro lavado, se le da un baño de estaño, por método químico; esta capa cubre toda la superficie y deja la pieza lista para inspección y embalaje. Como los cojinetes se hacen en mitades, no se puede decir que formen “juegos”: la mitad superior y la inferior se empaquetan juntas.
22 -- Cuando sacamos los cojinetes de las cajas, no debemos olvidar que han sido fabricados cuidadosamente y requieren que se los instale como corresponde, de lo contrario no darán el rendimiento esperado. Las pequeñas líneas o marcas que aparecen en las superficies de los cojinetes son marcas hechas durante las pruebas de espesor de las paredes del examen de control de calidad.
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INSTALACIÓN 23 -- Los cojinetes se deben instalar en alojamientos limpios y secos. Esto permite la máxima conducción de calor del cojinete al a10 j amiento, evita que se produzcan puntos candentes (causados por depósitos de residuos bajo el cojinete) y mejora también el coeficiente de fricción entre cojinete y alojamiento para impedir deslizamiento. Este ajuste de fricción entre la parte posterior del cojinete y el alojamiento (y no la lengüeta de colocación) impide que el cojinete se mueva y patine. La lengüeta sirve para alinear el cojinete como se debe, durante la instalación. Después de instalar las mitades en alojamientos limpios y secos, será necesario lubricar las superficies antes de instalar los cigüeñales, las tapas y los pernos de retención. Siempre conviene verificar visualmente el alineamiento de los orificios de lubricación durante la instalación. Además, noten que el orificio de lubricación del cojinete de bancada es mucho más pequeño que el conducto perforado en el bloque, porque actúa como control del flujo de aceite que pasa a los cojinetes de las bielas.
24 -- El diámetro de los cojinetes es ligeramente mayor que el de los alojamientos (altura de compresión) y cuando se instalan las tapas de los cojinetes, las mitades se juntan antes que las caras de contacto del alojamiento se junten. Luego se aprietan los pernos de sujeción, las mitades de los cojinetes se comprimen en el diámetro del alojamiento, comprimiendo el cojinete. Esta compresión es una deformación elástica (un cambio físico temporal, similar a la compresión de un resorte) que presiona al cojinete contra su alojamiento y le impide moverse. Si el cojinete se instala en un alojamiento seco y limpio y si se comprime como corresponde, no debiera moverse al aplicarle carga. El conjunto se mueve cuando: 1. Los pernos que sujetan la tapa del cojinete tienen menos par del que corresponde (los pernos no ejercen toda la fuerza de sujeción); 2. Los pernos de sujeción están sobreajustados (se estiraron y debilitaron); 3. Quedaron residuos entre las caras de contacto del alojamiento, al instalar el cojinete; 4. Las caras de contacto son muy ásperas; 5. Excesivas horas de servicio produjeron la adaptación del cojinete al alojamiento y la pérdida del ajuste; 6. Otras razones. Todo esto conduce a desportillamiento por rozadura (desgaste de una pieza floja) entre cojinete y alojamiento. - 10 AFA Mod. 06 Cojinetes de Motor - Fundamentos E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO
OPERACIÓN 25 -- Después de montar todas las piezas, los motores de Caterpillar están listos para ponerlos en servicio.
26 -- Una vez que el motor comienza a funcionar, la vida útil de los cojinetes depende de que la lubricación, las cargas y la temperatura sean adecuadas. Veamos a continuación estas áreas críticas de funcionamiento.
27 -- Cuando un motor arranca, entre la superficie de los cojinetes y la del cigüeñal hay sólo una pequeña cantidad de aceite residual. Hasta que llega el aceite nuevo, las asperezas de las superficies hacen contacto y generan calor. Por eso, para evitar el sobrecalentamiento, es importante mantener al mínimo la carga y las RPM.
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28 -- Durante todo este tiempo la bomba de aceite funciona, mandando aceite rápidamente por los conductos hacia el enfriador y los filtros. Las bombas de Caterpillar suministran más aceite del que necesita el motor y desvían continuamente una parte para devolverlo al carter. A medida que el motor se desgasta y aumenta el juego entre piezas, la cantidad de aceite que requiere el motor aumenta y la que va al carter disminuye. Esto explica por qué los motores Caterpillar tienen constantemente elevado nivel de presión de aceite en toda su vida útil. El aceite frío y espeso y las restricciones del sistema hacen subir la presión. La bomba, el enfriador y los filtros de aceite tienen válvulas de derivación para que el aceite pase alrededor de estos componentes cuando las restricciones son muy grandes. Así, elevadas RPM al arrancar cuando el aceite está frío, hacen que las válvulas de derivación se abran y pase aceite sin filtrar a los cojinetes.
29 -- Los filtros de aceite controlan el tamaño y la cantidad de partículas erosivas y abrasivas presentes en el aceite. Para esto, los filtros se fabrican de manera que funcionen con la válvula de derivación del filtro; Por ejemplo: las presiones que abren la válvula de derivación del filtro de aceite de Caterpillar son altas y el papel no sólo debe retener basura nociva a flujos elevados sino también soportar elevadas diferencias de presión sin romperse como cuando está parcialmente taponado de basura. Como el filtro de aceite está en un lugar de fácil acceso y se cambia con frecuencia, tiene gran potencial' de venta. Nuestros competidores producen y venden filtros de aceite que se pueden instalar en motores Caterpillar pero que no son necesariamente productos de calidad.
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En cualquier momento en que se produzca desgaste por abrasión de los cojinetes (denominado por lo general “daño causado por basura”) debemos cortar y abrir cuidadosamente los filtros de aceite para ver si tienen defectos.
30 -- Cuando el aceite llega a los cojinetes, separa las superficies de desgaste y reduce la temperatura que se ha producido con el arranque. Durante el funcionamiento normal, las cargas pasan a los cojinetes por la capa de aceite atrapado y la generación de calor se reduce grandemente. Las superficies de los cojinetes entran en contacto directo con el cigüeñal sólo al arrancar o en condiciones de muy poca lubricación. Noten que el orificio del semicasco superior del cojinete de bancada actúa como orificio final para limitar el flujo de aceite a los cojinetes de bielas.
31 -- Hay quien piense que la presión de aceite de un sistema crea el espesor de la película de aceite en los cojinetes, pero la presión del aceite del sistema apenas abastece el aceite que va a los cojinetes. Es la rotación del cigüeñal lo que determina el espesor de la película de aceite (si la rotación aumenta, atrae más aceite y la película se hace más espesa). Del mismo modo, el espesor se puede reducir, bajando la velocidad de rotación del cigüeñal, también se puede reducir diluyéndolo, por medio de temperaturas muy elevadas o bajando la presión de suministro de aceite.
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32 -- La falla de un cojinete de biela o de bancada por lo general no causa falta de lubricación de los otros cojinetes a menos que el motor funcione a bajas revoluciones por minuto. Cuando un cojinete comienza a fallar (pero no ha patinado todavía) la pérdida de aceite estará limitada por el orificio del cojinete de bancada y la válvula de derivación de la bomba comenzará a cerrarse y a enviar más aceite al motor, manteniendo de este modo la presión de aceite del sistema. Pero cuando las RPM son bajas, la bomba de aceite no bombea mucho aceite, su válvula de alivio se cierra y un cojinete de biela o de bancada que ha fallado puede perder tanto aceite que cause una disminución en el suministro y un daño en otro cojinete. Por eso, antes de opinar es necesario obtener todos los datos sobre operación del motor.
33 -- Actualmente la carga en los cojinetes es mucho más severa que la de los primeros motores diesel; por eso los cojinetes y cigüeñales requieren mejor diseño y calidad superior. Anteriormente muchos motores diesel funcionaban a menos de 1500 RPM; las presiones máximas de los cilindros eran inferiores a 1500 psi y las áreas de contacto de los cojinetes eran amplias. Los motores de hoy funcionan a más de 3000 RPM, tienen presiones máximas de los cilindros de más de 2000 psi y tienen menores áreas de contacto de cojinetes. Estas exigentes condiciones requieren que la calidad del cigüeñal y de los cojinetes sea mejor que nunca y que la aplicación, operación y mantenimiento se hagan con mucho más cuidado.
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34 -- Cuando se permite que las temperaturas de las superficies suban sobre 175 grados C, los cojinetes se pueden dañar. Los operadores se deben asegurar de que el arranque sea a bajas RPM y en buenas condiciones de lubricación.
DESGASTE NORMAL 35 -- Cuando la aplicación, operación y mantenimiento son correctos, los cojinetes de bancada y de biela desarrollan patrones de desgaste que llamamos “normales”. El desgaste “normal” avanza por el baño de estaño a la capa de plomo estaño; va a la unión de cobre y a la capa de aluminio. El dorso del cojinete normalmente se oscurece con el tiempo en patrones irregulares.
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36 -- El baño de estaño es muy fino (milésimos de milímetro), por eso se desgasta en los puntos elevados del perfil. Después de desgastarse el baño de estaño, queda expuesta la capa de plomo y estaño, más oscura, Este cojinete, después de funcionar pocos kilómetros, tiene desgaste normal del baño de estaño.
37 -- Con una lupa podemos ver mejor los detalles del desgaste. Aquí vemos que el estaño se ha desgastado en las nervaduras que dejó el acabado de la capa de aluminio. Noten que el acabado de este cojinete es radial.
38 -- Cuando utilizamos una lupa, las pequeñas irregularidades normales de la superficie parecen demasiado grandes y pueden preocuparnos sin necesidad. Es necesario saber usar la lupa para familiarizarnos con la apariencia de las condiciones normales y las anormales. Las pequeñas burbujas como las que se ven aquí, son a veces normales en la capa de plomo y estaño.
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39 -- Cuando el motor ha funcionado muchas horas o muchos kilómetros, es posible que la capa de plomo y estaño se desgaste en zonas donde la carga es elevada o que se desprenda, como vemos en estos cojinetes de bancada que tienen unos 650.000 kilómetros de utilización.
40 -- Algunos cojinetes pierden pedazos pequeños de la capa de plomo y estaño y de la unión de cobre, dejando expuesta la capa de aluminio. Sin embargo, queda suficiente plomo y estaño para mantener la capacidad de lubricación y de absorción de basura.
41 -- Este cojinete perdió la capa de plomo y estaño y vemos que la pérdida es cada vez mayor. Este es un tipo de fatiga de la capa de plomo y estaño causada por movimiento del plomo y estaño bajo pesada carga y es normal si el motor ha funcionado muchos kilómetros.
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42 -- Después de miles de horas de uso la capa de plomo y estaño se puede desgastar completamente, exponiendo la unión de cobre y la capa de aluminio. La unión de cobre tendrá por lo general un color oscuro debido a oxidación, mientras que la capa de aluminio mantendrá su color claro. Los resultados del A.P.A. no indicarán niveles altos de cobre a medida que la unión se desgasta porque ésta es muy fina.
43 -- Sólo cuando se produce un desgaste abrasivo anormal, fino y rápido, tendrá la capa de cobre el color original del metal.
44 -- Cuando el baño de estaño, la capa de plomo y estaño y la unión de cobre se han desgastado en las zonas de cargas elevadas con gran kilometraje, la capacidad de lubricación y de absorción de basura se reducen y hay que instalar cojinetes nuevos. Estos cojinetes de biela tienen muchos kilómetros de uso y el color y desgaste son normales.
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45 -- De vez en cuando vemos patrones irregulares de desgaste y nos preguntamos si hay algún problema de alineación o de perfil del muñón del cigüeñal. Es necesario recordar que el baño de estaño y la capa de plomo y estaño son finos y que las variaciones normales de las dimensiones pueden desgastarlos en grandes áreas. Esto puede dar la impresión de que la alineación es peor de lo que es. Este juego de cojinetes de biela tiene un desgaste diferente en cada uno: se trata de un juego que ha recorrido muchos kilómetros y que no tiene ningún desgaste por adherencia en el aluminio. La conclusión es que las partes no están desalineadas. Lo único que se requiere es cambiar los cojinetes.
46 -- Algunas veces se ven varios colores diferentes a medida que el desgaste de los cojinetes avanza por las capas. No es necesario preocuparse de que haya demasiadas capas, porque durante la fabricación los procedimientos químicos de limpieza o las variaciones durante el enchapado pueden producir cambios menores en las capas de los cojinetes.
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47 -- Es posible usar los cojinetes después de desgastarse la capa de plomo y estaño, como lo muestran estos cojinetes de biela. Noten, sin embargo, que se ha producido un corte pulido y por abrasión en las áreas de mucha carga, porque la capacidad de lubricación y absorción de basura han disminuido. Hay pocos residuos incrustados y el metal de la superficie no se derritió, indicio de que no hubo nunca problema de calidad o cantidad de lubricación. El patrón de desgaste indica poca conicidad, lo que demuestra buena alineación de las piezas. Hay un poco de erosión por cavitación, indicación de que los cojinetes han recorrido muchos kilómetros. Esta información nos dice que todo es normal y que lo único que se necesita es reemplazar los cojinetes.
48 -- La erosión por cavitación se produce en áreas de poca carga y puede avanzar por la capa de plomo y estaño y entrar en la de aluminio después de miles de horas de servicio. En cojinetes como éstos, es corriente que un pedacito de aluminio se desprenda debido a erosión por cavitación. Los pedacitos son muy pequeños y flotan fácilmente en la película de aceite, produciendo por lo general poco desgaste por abrasión. Aunque muy pequeños, los pedacitos desprendidos son demasiado grandes para ser vistos en el A.P.A.
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49 -- Si los cojinetes permanecen mucho tiempo en servicio, la capa de aluminio se puede agrietar por fatiga y se desprende del acero. Este cojinete de biela se usó más de un millón y medio de kilómetros y el desprendimiento de aluminio era considerable.
50 -- La inspección del dorso de un cojinete que ha recorrido muchos kilómetros muestra manchas oscuras normales, la marca Caterpillar y el número de la pieza.
51 -- Es posible encontrar cojinetes con rayas negras en el dorso, como se ve en esta diapositiva. El pulido de las bielas deja a veces ligeras nervaduras radiales, que forman estas franjas oscuras en el dorso. Esto es normal y no debe preocupar.
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CONDICIONES ANORMALES 52 -- Estos cojinetes son un ejemplo típico de desgaste y daño causados por condiciones anormales. De izquierda a derecha vemos: daño por impacto, abrasión por basura blanda, abrasión por basura dura, desgaste por adherencia con aceite, derretimiento de la capa de plomo y estaño y desgaste por adherencia sin aceite.
53 -- Como cada tipo de desgaste anormal puede tener muchas causas, es preciso evitar ideas preconcebidas. El hecho de que el último cliente tuviera una pérdida de aceite que originó desgaste por adherencia en muchos cojinetes, no indica que la próxima vez que veamos este tipo de desgaste se deba a pérdida de aceite.
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54 -- La manera más segura de analizar el desgaste de un cojinete es utilizando los Ocho Pasos Aplicables al Análisis de Fallas. Este método nos ayuda a obtener los datos necesarios, a determinar los tipos de desgaste y a seguirle la pista a los indicios hasta encontrar la causa original del problema.
55 -- El paso 3 del método nos lleva a obtener datos básicos sobre los antecedentes del mantenimiento, operación y aplicación. Por eso, es importante anotar el nivel de aceite de la varilla, la cantidad de aceite del carter, las mangueras dañadas o con pérdidas y otros indicadores similares de condiciones de uso adversas. También deberíamos anotar las condiciones del mes o meses anteriores a la falla y tratar de ver si ha habido cargas poco comunes, temperaturas altas o bajas, arreglos de pérdidas o presiones bajas que pudieran haber iniciado la falla de un cojinete.
56 -- Necesitamos obtener, identificar y proteger todas las piezas relacionadas con la falla para realizar el mejor análisis posible.
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57 -- Los filtros de aceite y las muestras del A.P.A. son para el analista tan importantes como los cojinetes.
58 -- Recomendamos la inspección e identificación de los cojinetes al sacarlos del motor. Se deben numerar a medida que se sacan marcando un número en la parte blanda de la superficie de desgaste, cerca de una de las caras de unión o en una lengüeta de colocación. Los semicascos inferiores se pueden identificar con un número y la letra “B” (por “bajo”), pero a los de la parte superior se les coloca un número solamente.
59 -- Cuando la inspección requiere que los cojinetes se envíen a otros lugares, es necesario unirlos con una cinta en el orden correcto y protegerlos contra los daños de transporte y la corrosión. No debemos colocar la cinta encima de las superficies de - 24 AFA Mod. 06 Cojinetes de Motor - Fundamentos E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO
desgaste, y las marcas de colocación deberán seguir el orden que tenían en el motor. Por ejemplo en los motores con cilindros en V las ranuras alternan de biela a biela y los cojinetes deben ir unidos con cinta pegante y las ranuras alternando. Por lo general, los cojinetes se pierden, se dañan o se tiran si no se recogen, identifican y protegen inmediatamente.
60 -- Con mucha frecuencia los cojinetes no se identifican ni protegen antes de despacharlos y cuando sufren daños secundarios durante el transporte impiden hacer un buen análisis.
61 -- Lo mejor es protegerlos contra la contaminación, así no hay que limpiarlos antes de hacerles la inspección. Pero si se han introducido materias extrañas después de la limpieza, es conveniente lavarlos con un cepillo de cerdas suaves y un disolvente no corrosivo. Se deben evitar métodos fuertes de limpieza, como refregar con cepillo de cerda dura o limpiar con un paño seco.
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62 -- Aquí vemos un juego de cojinetes sucios y gastados antes de limpiarlos.
63 -- Estos son los mismos cojinetes después de haberlos limpiado con distintos métodos. El de la izquierda no se limpió. El de en medio ha sido I1refregadol1 con un paño. El de la derecha se lavó cuidadosamente con un cepillo de cerdas suaves y disolvente. Noten el color oscuro característico del cojinete del centro, donde el polvo se ha incrustado en la superficie L blanda al refregarlo con el paño. Refregando la superficie de desgaste también se modificaron o eliminaron las burbujas u otras condiciones igualmente endebles.
64 -- Al observar con una lupa de 400 la superficie limpiada con disolvente, vemos que la capa de plomo y estaño no está dañada.
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65 -- Después de quitar las materias extrañas, lo mejor es observar los cojinetes minuciosamente. Los juegos se deben colocar como van en el motor. Es necesario tener buena luz y una lupa para estudiar detenidamente las partes más importantes. Al observar los cojinetes en conjunto, podemos preguntarnos si tenemos un problema del sistema o uno de un cojinete aislado. Todos los cojinetes de esta diapositiva muestran claramente que ha habido un problema en el sistema de lubricación y que la lubricación de los cojinetes fue marginal.
66 -- Después deberíamos estudiar tipos de desgaste de cojinetes por separado para descubrir la condición particular que produjo el daño. Por ejemplo, vemos aquí que cada uno de los cojinetes ha tenido desgaste por adherencia, indicando que la lubricación fue muy escasa y que hubo recalentamiento. Después debemos investigar la calidad y la cantidad del lubricante.
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67 -- Al inspeccionar los cojinetes debemos mirar todas las superficies, no sólo la de desgaste (interior). A menudo cada una de las superficies tiene algo para añadir al historial del desgaste: el semicasco superior, el inferior, la parte de adentro, la de adelante, la de atrás, las caras de contacto, las ranuras para marcas de colocación y los lados. Debemos tomar el tiempo necesario para ver lo que cada superficie trata de decirnos.
68 -- Además de determinar tipos y gravedad de desgaste, debemos especialmente hallar pruebas de calentamiento inusitado, desalineación y piezas no genuinas. Calentamiento indica presencia de condiciones adversas. Desalineación indica pieza doblada o mala mano de obra. Si la pieza no es genuina debemos encontrar la causa principal y ayudar al cliente a comprender la diferencia que establecen los productos Caterpillar.
69 -- Esta biela y juego de cojinetes muestran evidencia de temperatura muy alta, visible en la distorsión y en los colores múltiples del temple. El ennegrecimiento y la extrusión indican que las dos piezas estuvieron expuestas a altas temperaturas. Lo que hay que descubrir es por que no hubo suficiente aceite para enfriar y lubricar el cojinete. Primero examinaremos los otros cojinetes para ver si tienen daño similar y luego trataremos de determinar la causa de la falta de aceite.
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70 -- La falta de alineación causa concentración de cargas sólo en una parte de la superficie usable y resulta en desgaste acelerado descentrado. Aquí vemos los dos semicascos de biela gastados en lados opuestos después de 20 minutos en una prueba dinamométrica. El operador dio aviso de un ruido muy fuerte e inusitado y detuvo la prueba. Los otros cojinetes parecían normales. Debemos hallar por qué sólo uno de los cojinetes estaba desalineado. El análisis indicó que la biela se había doblado anteriormente y que no se probó antes de volver a usarla.
71 -- Algunas veces se reacondicionan motores Caterpillar con piezas no genuinas que no prestan buen servicio. Aquí vemos un cojinete no genuino que falló después de pocas horas de servicio porque la capa de aluminio se desprendió de la capa de acero.
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72 -- El dorso de este cojinete que falló lleva el número de Caterpillar pero no tiene nuestra marca de fábrica. Parece que no tiene baño de estaño para proteger contra la corrosión. Noten también que hay mucho desportillamiento por rozadura, lo que indica que el cojinete no calzaba en su alojamiento.
73 -- Los cojinetes de Caterpillar tienen el número de la pieza y también la marca de fábrica, la identificación del abastecedor y un código de fecha de fabricación del cojinete. En este ejemplo el código de fecha es 5NEOA.
74 -- El código de fecha es NUMERAL KOD y describe el mes y el año de manufactura. La interpretación del código es la siguiente: N 0
U 1
M 2
E 3
R 4
A 5
L 6
K 7
O 8
D 9
NUMERAL KOD El ejemplo anterior era 5NEOA. El numero 5 define la aleación de aluminio usada. NEOA describe el mes y el año de manufactura. N=O y E=3, es decir que el mes del año es marzo. 0=8 y A=5, es decir que el año de producción es el 85. Este cojinete se fabricó en marzo de 1985. Podemos usar esta información sobre la fecha de manufactura para verificar si los cojinetes son o no los cojinetes originales, si se cambiaron o si son viejos o nuevos.
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DESGASTE ANORMAL COMÚN 75 -- El desgaste anormal de cojinetes se da por adherencia, abrasión, erosión por cavitación, desportillamiento por rozadura, y daño por impacto. Hay varias causas principales que pueden producir cada uno de estos tipos de desgaste. Es posible también que los cojinetes tengan problemas de calidad que causen fallas. Si nos familiarizamos con los datos claves del desgaste, podemos reconocer más rápidamente los indicios en análisis futuros de cojinetes.
DESGASTE ADHESIVO 76 -- El desgaste por adherencia se produce cuando las temperaturas de las superficies se elevan tanto que las capas de plomo y estaño o la de aluminio se funden y se adhieren al cigüeñal. Muchas son las causas que producen este tipo de desgaste: 1. Falta aceite en el carter; 2. Nivel bajo de aceite, en consecuencia la bomba no succiona; (a) operación inclinada; (b) varilla de aceite, tubo o carter que no son los adecuados; (c) pérdidas (d) consumo de aceite (e) llenado insuficiente (debido a más piezas extras como otros filtros) 3. Viscosidad inadecuada del aceite; 4. Tipo de aceite que no conviene; 5. Aditivos inadecuados del aceite;
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6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
Dilución del combustible; Refrigerante en el aceite; Sobrevelocidad; Desalineación; Espacios libres excesivos; Mal funcionamiento de la válvula de derivación; Otras causas
77 -- El desgaste por adherencia comienza puliendo el baño de estaño. Si la temperatura sube, la capa de plomo y estaño se funde y “desparrama”. Este juego de cojinetes de biela 3208 es típico de cojinetes que operan con suministro interrumpido de aceite. Noten que el daño es mayor en los números impares que en los pares, Hay dos razones por las cuales el centro de los cojinetes se calienta y funde primero que los bordes: 1. Cuando el suministro de aceite es bajo, hay menos aceite en el centro que en los bordes, porque el orificio de lubricación del cigüeñal recoge aceite del centro del cojinete. Esto acaba la película de aceite y produce mayor contacto por fricción en el centro y mayor generación de calor que en los bordes. 2. A medida que el centro del muñón se va calentando, se expande y su diámetro aumenta incrementando mas el contacto y el calor en el centro.
78 -- Si estudiamos el flujo de aceite de un motor 3208 típico, vemos que los conductos de aceite de los Y cojinetes de biela con número par están perforados en los conductos inclinados con numero impar. A '0 medida que el cigüeñal gira, la fuerza centrífuga empuja el aceite de los conductos "
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inclinados hacia los conductos que interceptan y a los cojinetes de biela con números pares. Esto indica que si hay sólo poco de aceite en el cigüeñal, la fuerza centrífuga lo mueve hacia los cojinetes pares. Por eso los cojinetes de biela impares en los motores 3208 recibirán menos aceite y se dañarán más que los pares, cuando haya poco aceite. Igualmente, si hay basura en el sistema de lubricación de la serie 3208, la fuerza centrífuga la enviará a los cojinetes de biela pares, produciendo daños por abrasión más severos que los daños de los cojinetes impares. Los conductos de aceite de otros motores están en otros lugares, pero la fuerza centrifuga siempre hace que el material más pesado salga primero. Estudiando la disposición de los conductos, sabremos qué cojinetes estarán más afectados por la falta de aceite o la presencia de basura.
79 -- Algunas veces no es la cantidad de aceite sino la calidad lo que produce el desgaste por adherencia. Por ejemplo este cliente hizo funcionar el motor con una fuga considerable de refrigerante varios días hasta que se paró. Un cojinete de biela se había atascado completamente y otros estaban en diversos estados de desgaste adhesivo. Los cojinetes de bancada no se atascaron. Pero todos, como se ve aquí, se ennegrecieron. Podemos ver que los indicios de este tipo de desgaste son similares a los de falta de aceite, pero con la dilución del refrigerante tenemos además el ennegrecimiento de la capa de plomo y estaño.
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80 -- Consideremos este juego de cojinetes de biela que funcionaron con 20% de dilución de combustible hasta que se produjo un ruido de impacto en el motor. Todos ellos tienen desgaste por adherencia y han patinado. Dos cojinetes tienen todavía alguna evidencia en la superficie de desgaste.
81 -- Una inspección más detenida de estos cojinetes indica que en los bordes ha quedado algo de la capa de plomo y estaño, pero que se ha desgastado en el centro y en las orillas mismas, donde las temperaturas fueron más elevadas y se produjo adherencia. Noten también que el color del cojinete difiere del que se produce cuando falta aceite o hay refrigerante diluido. Cada causa principal tiene indicios distintos.
82 -- El desgaste por adherencia puede avanzar muy rápidamente por el aluminio y llegar al respaldo de acero. La compresión del cojinete impide que gire mientras se derrite el aluminio. Sin embargo, a medida que el desgaste por adherencia avanza hacia el refuerzo de acero, la fuerza de atascamiento será mayor que la de compresión y el cojinete se quedará pegado al cigüeñal y girará en el agujero de biela. Estos cojinetes se rompieron cuando el operador drenó el aceite para cambiarlo y olvidó reponerlo antes de encender el motor. Este funcionó sólo unos minutos con poca carga, por eso el daño tiene este aspecto. Noten que NO HABIA ACEITE en el agujero o ranura de lubricación del semicasco superior. Otras claves son: 1. El carter estaba lleno de aceite (cantidad correcta); - 34 AFA Mod. 06 Cojinetes de Motor - Fundamentos E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO
2. El aceite era muy limpio (buena calidad); 3. Los filtros de aceite eran filtros Caterpillar y parecían nuevos (buena calidad); 4. Los filtros de aceite no tenían aceite ni residuos, parecían secos y nuevos (cantidad incorrecta, buena calidad); 5. No había residuos en el carter de aceite (buena calidad).
83 -- Cuando los cojinetes fallan por falta de lubricación, las temperaturas sobrepasan los 430 "C y el acero se ablanda y sé extruye, como vemos aquí. Por lo general estas fallas son fáciles de analizar porque la causa de la falta de lubricación está presente en el momento de la falla.
84 -- Ocasionalmente encontramos que solamente uno de los cojinetes patinó y los otros tienen una apariencia normal, como se ve aquí. Estas fallas son difíciles de analizar porque (1) la causa de la falla puede haber ocurrido meses o cientos de horas antes; y (2) porque cuando el cojinete patina, destruye los indicios que nos podrían haber llevado a la causa original. Nos i quedan datos circunstanciales en el lugar de trabajo del cliente o en el pedazo de hierro roto para ayudar a definir la causa original más probable de la falla.
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85 -- Todo lo que nos dice el cojinete es que había lubricación y refrigerante cuando el motor se paró. Estas fallas se denominan “averías únicas e inexplicadas de cojinetes” y siguen siendo las más difíciles de analizar.
DESGASTE ABRASIVO 86 -- El desgaste por abrasión ocurre cuando partículas extrañas llenan el espesor de la película de aceite- o- cuando el daño en las superficies de desgaste produce irregularidades que llenan el espacio del aceite. Las superficies de los cojinetes se cortan y estrían si entran residuos duros o se rayan e incrustan si entran residuos blandos. Los lubricantes disipan rápidamente el calor generado, las superficies permanecen casi a la temperatura normal durante el comienzo del daño por abrasión. Cuando las superficies se ponen tan ásperas que la película de aceite no puede separarlas, se genera calor por fricción y comienza el desgaste por adherencia. Hay muchas posibles causas de desgaste por abrasión. Algunas de ellas son: 1. Materias extrañas que han quedado en los conductos de aceite durante el montaje; 2. Lubricante sin filtrar con partículas de carbón y residuos propios; 3. Superficies ásperas; 4. Residuos del servicio; 5. Daño por soldadura de arco o picaduras por descarga eléctrica; 6. Otras causas
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Se calcula que más de la mitad de las fallas ocurridas en el lugar de trabajo resultan del daño por abrasión, y que la causa principal de los abrasivos en el lubricante es la filtración deficiente del aceite.
87 -- Aquí vemos partículas abrasivas corrientes, sacadas de un filtro de un sistema de lubricación. A pesar del cuidado que se tuvo durante el montaje, operación y mantenimiento del motor, estos pedacitos de pintura, tierra y carbón entrarán en el aceite. Usando el filtro de aceite Caterpillar es el modo más seguro de evitar que este material pase al aceite de lubricación.
88 -- El daño por abrasión causado por basura grande y dura es más fácil de reconocer y de identificar. Este cojinete de biela de un motor 3600 de prueba de 200 horas en fábrica se dañó con virutas de acero grandes que habían quedado en el cigüeñal al montarlo. Cuando el motor se puso en marcha, el flujo de aceite empujó las virutas al cojinete, rayando gravemente el centro del cojinete e incrustando viruta al azar. Los otros cojinetes estaban muy limpios y sin ningún daño.
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89 -- Un examen más detallado del semicasco inferior (sin carga) indica que las virutas de acero abrieron ranuras en “v” , y que mucha viruta se incrustó en la capa de plomo y estaño y en el aluminio. Como la mayoría de estas virutas incrustadas se aflojaron y salieron, sabemos que el corte por abrasión se produjo mucho antes en el cojinete y que hubo muchas horas de servicio para eliminarlas. También hubo algo de recalentamiento, como se puede ver en la capa por el pulido de la capa de plomo y estaño, cerca de las áreas dañadas.
90 -- Un examen más detallado del semicasco superior (cargado) de este cojinete indica que las asperezas de la superficie han producido ya desgaste secundario por adherencia. Noten también que las temperaturas elevadas de la superficie oxidaron y ennegrecieron la capa de plomo y estaño a ambos lados del centro. La operación en estas condiciones (especialmente durante el arranque antes de que llegue el aceite) hace que la superficie áspera genere cada vez más calor, y llegue eventualmente a producir desgaste por adherencia en el refuerzo de acero. El resultado final podría ser otra “falla inexplicada”. Pero en este caso sabemos que el daño se debió a los residuos que quedaron en el cigüeñal.
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91 -- Este cojinete tuvo un daño por abrasión menos serio, típico del daño producido por filtros defectuosos o con intervalos de cambio prolongados.
92 -- Los cojinetes ennegrecidos porque han absorbido demasiado carbón empezarán a perder su capacidad de lubricación y de absorción. Durante el arranque habrá más fricción y se generará más calor. Los cojinetes se deteriorarán lentamente hasta que uno desarrolla desgaste secundario por adherencia y comienza a patinar.
93 -- Un examen más detallado del cojinete de bancada en peores condiciones indica que la superficie está llena de incrustaciones y parece que partes de la capa de plomo y estaño completamente absorbida se han desprendido en los arranques con el enclavamiento del cigüeñal y las - 39 AFA Mod. 06 Cojinetes de Motor - Fundamentos E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO
asperezas de la superficie del cojinete. Después, como un estropajo, el material suelto produjo cortes por abrasión antes que llegara aceite para sacarlo del área del cojinete. Este daño se asemeja a los cortes producidos por el carbón que suelen verse sobre el anillo superior de los pistones después de cientos de horas de funcionamiento.
94 -- Si cortamos por la mitad uno de estos cojinetes con incrustaciones anormales y utilizamos gran ampliación, podemos observar el estado de la capa de plomo y estaño. Noten en esta sección transversal que la capa brillante de aluminio representa sólo el 10% del grosor del cojinete. Es difícil ver la de plomo y estaño porque es muy fina.
95 -- Con una ampliación de 400, vemos en este cojinete que gran parte de la capa de plomo y estaño con incrustaciones ya se ha desgastado. Con cada arranque la capa se va dañando y desgastando. Por último, el cojinete dañado puede empezar un desgaste secundario por adherencia y comenzar a dar vueltas.
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96 -- Cuando los cojinetes tienen un color negro o son negros y el corte por abrasión fino les ha quitado la capa de plomo y estaño, como lo muestra este ejemplo, debemos empezar a recoger datos sobre la causa del exceso de carbón en el aceite.
97 -- Cuando los cojinetes de bancada están gastados y pulidos con apariencia de cromo (uno quizás totalmente dañado) y cuando los cojinetes de bielas están en buena condición, debemos sospechar que hubo una descarga eléctrica. Un analista poco cuidadoso puede “saltar” a la errónea conclusión de que se produjo desgaste por adherencia sin haber hecho una inspección detenida de las superficies de desgaste de los cojinetes y del cigüeñal.
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98 -- Una inspección más detallada de la superficie del cojinete revela cortes finos por abrasión y picaduras pequeñas que se parecen a cicatrices de “sarampión”.
99 -- Este cigüeñal tiene daños solamente en los muñones de bancada; los muñones de biela están en condiciones normales.
100 -- Una inspección más detallada de un muñón del cojinete de bancada muestra que está “escarchado”, excepto alrededor del orificio del aceite. Los muñones de biela tienen cierta descoloración ondular, producida por vibración normal del esmeril.
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101 -- En uno o dos lugares del dorso del cojinete de bancada dañado hay depósitos de óxido de color negro. Dentro de estas áreas negras se ven algunas pequeñas picaduras. Las marcas de identificación confirman que es un cojinete Caterpillar. Este desgaste por abrasión se debe a descargas eléctricas por arco, provenientes del cigüeñal (por el cojinete de bancada) y dirigidas al bloque. La fuente de esta acumulación de voltaje está generalmente en un alternador sin descarga a tierra, porque faltaba conexión a tierra entre el motor y el chasis del vehículo o estaba rota. Como la fuerza eléctrica venía del alternador, no pudo volver a él por falta de conexión a tierra. El camino más fácil fue a través del cigüeñal y cojinetes de bancada, picando la superficie de ambos. Las picaduras de los cojinetes se cerraron, pero las del cigüeñal, que tienen bordes agudos, cortaron la capa blanda de plomo y estaño y la de aluminio. Los residuos blandos producidos eran tan pequeños que flotaban en el aceite hacia los cojinetes de biela sin causar daño.
102 -- La información provista por los operadores y que revela picaduras por descarga eléctrica es: pérdida de presión de aceite de 10 psi aproximadamente a altas RPM; o ruido de impacto a bajas RPM. Si el operador sigue usando ese motor dañado, puede producirse desgaste secundario por adherencia y hacer que el cojinete dé vueltas, como vemos aquí.
103 -- Este cojinete tiene muchas incrustaciones y desgaste por abrasión. Es posible que queramos seguir esta pista inmediatamente, es decir que el aceite estaba contaminado con residuos y que comencemos a buscar datos sobre filtración y mantenimiento. Recordemos que durante la inspección - 43 AFA Mod. 06 Cojinetes de Motor - Fundamentos E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO
debemos observar todas las superficies y obtener todos los indicios presentes en cada pieza antes de proseguir con otras fuentes de información.
104 -- En particular, el dorso de este cojinete nos da extraordinaria. Algunas picaduras grandes rodeadas de colores de temple indican que hubo elevadas temperaturas donde se produjo bastante picadura. Ahora nos encauzamos en una nueva dirección, sea la posibilidad de una descarga eléctrica que produciría los indicios vistos en el frente y dorso de este cojinete. Hallamos que, cuando se hicieron reparaciones con soldadura a la máquina, el cable de tierra tenía conexión al bloque del motor, lo que produjo fuerte circulación de corriente por la ruta más fácil, los cojinetes de bancada.
CAVITACIÓN, EROSIÓN 105 -- La erosión por cavitación es normal en los cojinetes de biela y de bancada después de muchas horas de servicio. Los vapores atrapados en el aceite de lubricación forman burbujas en áreas de baja presión. Cuando las burbujas pasan a áreas de alta presión en la película de aceite atrapado, se revientan enviando adentro un chorro de aceite a gran velocidad. La velocidad de este chorro puede ser supersónica, ejerciendo gran fuerza al golpear contra pequeñas áreas de la superficie del cojinete. La capa de plomo y estaño es blanda y después de repetidas implosiones las áreas pequeñas desarrollan grietas por fatiga. Pronto se desprenden pedazos pequeños de plomo y estaño que flotan en la película de aceite atrapado, causando poco daño por abrasión a medida que salen.
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La erosión por cavitación severa indica que las burbujas de vapor eran muy grandes o muy numerosas, o ambas cosas. A continuación damos algunas causas posibles de burbujas anormales de vapor y la erosión por cavitación producida: 1. Restricciones a la entrada de la bomba de aceite que causan cavitación; 2. La válvula de derivación de la bomba de aceite retorna aceite (y burbujas de vapor atrapadas) a la admisión de esta bomba y no al carter, dejando que las burbujas recirculen; 3. Viscosidad inadecuada del aceite o largos intervalos para cambiarlo, el aceite se espesa y la cavitación aumenta; 4. Alto nivel de aceite, el cigüeñal se sumerge en aceite e introduce aire; 5. Bajo nivel de aceite, permite la absorción de aire en la campana de succión; 6. Perdidas de aire del lado de succión de aceite permiten la entrada de burbujas.
106 -- La erosión por cavitación empezó a quitar el aluminio de este cojinete y produjo un poco de desgaste por abrasión. Muchos de los otros cojinetes de este juego tuvieron daños similares. La erosión fue suficientemente severa para arrancar trozos grandes de aluminio. Noten que los tres pedazos que se desprendieron están para caerse y empezar a circular en el sistema. Un peor caso de erosión por cavitación puede producir desgaste secundario por abrasión y acortar la vida Útil del cojinete. Es necesario determinar la causa de la erosión y solucionar el problema. Si la causa esta en el uso o funcionamiento excesivos, pero necesarios, la solución puede estar en cambiar los cojinetes a las horas de cambio indicadas.
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107 -- Como la presión de las películas de aceite atrapado sube delante de las zonas de carga elevada, el daño de erosión por cavitación ocurre en áreas sin carga. El daño es visible y puede alarmar a los clientes, pero rara vez produce fallas.
CORROSIÓN POR FROTAMIENTO 108 -- La corrosión debida a desportillamiento por rozadura se produce cuando los cojinetes quedan flojos en su alojamiento. Eso puede ser el resultado de: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Cojinete muy pequeño; Alojamiento demasiado grande; Perno o tuerca flojo o floja; Carga es demasiado grande; Alojamiento cónico o de perfil irregular; Basura entre caras de contacto al montar el cojinete.
La corrosión de desportillamiento por rozadura no produce los daños más serios en un cojinete original. A menudo un cojinete de repuesto no calza bien en su alojamiento debido a acumulación de corrosión resultante de desportillamiento por rozadura del cojinete original que produce puntos calientes y desgaste por adherencia en el de repuesto.
109 -- Veamos este juego de cojinetes de bancada de la serie 3208, que funcionó unas pocas horas después de reacondicionar el motor. El cojinete número uno patinó en su alojamiento en el bloque, averiando el cigüeñal y - 46 AFA Mod. 06 Cojinetes de Motor - Fundamentos E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO
haciendo necesario reperforar el bloque. Al observar el cojinete roto vemos que la lubricación había sido adecuada cuando se produjo la falla, pero otros indicios se destruyeron cuando comenzó a girar. Debemos buscar datos circunstanciales en los cojinetes restantes para tratar de saber qué causó la falla. Noten que varios cojinetes de bancada parecerían tener puntos calientes, especialmente cerca de las caras de contacto. En particular, el segundo a partir de la derecha se debe examinar detenidamente.
110 -- Cuando sacamos el cojinete vemos en su alojamiento considerable acumulación de corrosión debida a desportillamiento por rozadura. Este es un depósito de esta corrosión dejada por el cojinete anterior que se había aflojado. El depósito tiene una altura de más de 4 milésimos de pulgada y causó contacto entre el cojinete nuevo y el cigüeñal desarrollando un punto caliente a pocas horas de ponerse en funcionamiento.
111 -- Cuando hacemos la inspección del dorso del nuevo cojinete vemos que hay una amplia área del dorso que nunca estuvo en contacto con el alojamiento del cojinete, reduciendo la conducción del calor en esta parte de la pieza. Como muchos de estos cojinetes tienen grandes depósitos de corrosión debida a desportillamiento por rozadura, es probable que el cojinete que falló también los tenga, lo que pudo haber causado atascamiento y patinaje del cojinete. A medida que se sacan los cojinetes usados, el mecánico cuidadoso debe observar el dorso para ver si hay evidencia de corrosión por trepidación. Si la
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encuentra, debe tomar las medidas correctivas del caso antes de instalar nuevos cojinetes.
112 -- El daño por impacto se produce cuando los cojinetes se salen de su alojamiento mientras están funcionando. Este daño tiene sus propios indicios. Los cojinetes estarán deformados y es posible que tengan daño secundario por abrasión, producido después de que el cojinete empezó a moverse.
113 -- Por lo general no hay desgaste por adherencia y las superficies de desgaste están en condiciones normales.
114 -- El dorso de los cojinetes de biela tendrán generalmente marcas de impacto donde golpean las caras de contacto de la biela floja, produciendo - 48 AFA Mod. 06 Cojinetes de Motor - Fundamentos E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO
además mellas y haciendo rotar ligeramente el cojinete. Aquí hay varias de esas marcas; esto nos indica que el cojinete fue golpeado repetidas veces y dio vueltas hasta que se salió del alojamiento.
PROBLEMAS DEL COJINETE 115 -- Cuando tratamos de encontrar las causas de las fallas de cojinetes, no queremos olvidar la posibilidad de que los cojinetes mismos sean la causa original. Sin embargo, necesitamos recordar que aún con problemas de calidad, los cojinetes duran por lo general la mitad de su vida útil y no se rompen al poco tiempo de estar en servicio. La mayoría de las fallas de cojinetes se deben a montaje incorrecto, a cargas severas, a temperaturas extremas o a condiciones inadecuadas. Por lo general, no somos suficientemente meticulosos para recopilar hechos y culpamos al cojinete sin razón. Debemos buscar hechos e indicios para identificar la causa del problema y dejar que esos factores nos digan si fue el cojinete mismo o el ambiente hostil lo que originó la falla.
116 -- La capa de estaño y plomo de los cojinetes nuevos puede ocasionalmente tener burbujas pequeñas como las que se ven en este cojinete con pocas horas de servicio. Esta condición se produce durante el enchapado, al aplicar el agente de unión y las capas de plomo y estaño.
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117 -- A medida que se usa el cojinete, las burbujas se rompen en la parte superior y dejan un agujero oscuro en la capa. Esta apariencia puede que nos haga sospechar que hubo corrosión, pero los resultados del análisis de aceite deben verificar si el NBT es aceptable. (El NBT es el grado de alcalinidad del aceite). Aunque no hay fallas atribuidas a las burbujas, éstas preocupan al analista y se deben tener en cuenta si se produce una falla inexplicable de cojinetes.
118 -- Algunas veces encontramos un cojinete en el cual la capa de plomo y estaño empieza a desprenderse de la de cobre. Si esto se da en gran escala, se llama “desencapado” del plomo estaño.
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119 -- Una inspección mas detallada nos indica que la capa de plomo y estaño se separó del cobre. A veces los fabricantes de cojinetes tienen problemas en los procesos de producción y la unión de ambas es muy débil. Pero como las altas temperaturas pueden también afectar a las uniones, debemos buscar datos que verifiquen que ha habido temperaturas normales en las superficies de los cojinetes antes de acusar al cojinete de tener problemas de unión entre las capas. Si ha habido una condición adversa, la separación podría ser el resultado de altas temperaturas y no la causa original de la falla.
120 -- Raras veces la capa de plomo y estaño se separa completamente de la de aluminio. Este problema de cojinete no produjo ninguna falla, pero la eficacia de la capa de plomo estaño se ha menoscabado.
121 -- Una inspección más detallada nos hace ver que la limpieza insuficiente después del enchapado del aluminio dejó un residuo en la capa de aluminio que debilitó la unión entre el cobre y las capas de aluminio. Con las cargas normales, esa capa de plomo y estaño debilitada se separó del aluminio. Los pedazos de plomo y estaño se separaron y causaron daños por residuos blandos.
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122 -- La capa de aluminio puede separarse de la de acero como resultado de una unión poco resistente o por cargas elevadas o altas temperaturas. Estos cojinetes son de un motor al que se le aplicaron cargas muy elevadas que produjeron elevada tensión en los cojinetes. Estos cojinetes han tenido gran número de horas de servicio, como lo muestra la erosión por cavitación y el desgaste completo de la capa de plomo y estaño. Los cojinetes tienen gran conicidad en esta capa, lo que indica posible desalineación del cojinete y necesidad de obtener más datos sobre el perfil del muñón del cigüeñal y posible rectificación a pie de obra. El cojinete de la derecha es el más dañado y merece una inspección mas detallada.
123 -- Aquí vemos que la capa de aluminio ya se ha separado de la de acero en el área de carga y que se está produciendo fractura por fatiga del aluminio desprendido. El lubricante se lleva consigo algunos pedazos pequeños de aluminio. Pero el cojinete no ha fallado todavía ni produjo falla en otras piezas.
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124 -- A medida que las capas se desprenden, la de aluminio se rompe al circular en el aceite, produciendo desgaste por abrasión y se deposita en el carter o en los filtros de aceite. Cuando vemos la capa de aluminio separándose del dorso de acero y (1) no hubo cargas anormales ni se ha prolongado el intervalo de servicio o (2) no hay desgaste por adherencia (las capas de plomo y estaño y de aluminio no se han fundido ni desparramado), debemos sospechar que la unión entre el aluminio y el acero era más bien débil.
125 -- Una inspección más detallada nos hace ver que hay asperezas en el dorso de acero y pequeñas grietas por fatiga en las áreas de elevada carga alrededor de la superficie de plomo y estaño. No hubo recalentamiento y el daño fue sólo por abrasión con residuos blandos producidos por los pedazos de aluminio que circularon en el aceite del cojinete.
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126 -- Eventualmente toda la capa de aluminio se desprende, si un cojinete se mantiene en servicio cuando ha fallado la unión entre las capas. Noten en este cojinete que los pequeños puntos altos que quedan del aluminio soportan las cargas. Si sigue funcionando mas tiempo este cojinete, las superficies de acero entran en contacto y generan suficiente calor para soldar por fusión el cigüeñal y hacer que gire el cojinete.
127 -- Este es otro caso de separación de la unión de aluminio, por lo general atribuida a mala calidad del cojinete; pero noten que la separación 'de la unión se produjo sólo en el centro, donde la superficie del cojinete se había recalentado mucho. Cuando la temperatura de la superficie se eleva a más de 190°C y el dorso de acero permanece frío, porque la conducción del calor al alojamiento es buena, la unión entre las capas de aluminio y acero se ve afectada por la expansión térmica de la capa de aluminio. Cuando vemos desgaste por adherencia y separación de la unión al mismo tiempo, debemos sospechar que la separación de la unión es el resultado de temperaturas elevadas. Aquí el indicio nos lleva a buscar la causa del recalentamiento.
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128 -- Cuando se ha determinado que una pieza produjo la falla, siempre es necesario indagar si esa pieza es de Caterpillar o de otro fabricante. Los competidores pueden reacondicionar motores Caterpillar con piezas de la competencia. Por eso necesitamos verificar si las piezas que han fallado tienen la marca de fábrica y la identificación de Caterpillar.
129 -- Los cojinetes Caterpillar no sólo están bien diseñados y fabricados, sino bien controlados para asegurar un producto de calidad. Pocos de los cojinetes examinados produjeron fallas. Por lo tanto, podemos decir con toda confianza que los cojinetes Caterpillar rara vez producen fallas. Las fallas más frecuentes son de mano de obra, aplicación, operación o de mantenimiento.
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DOBLE VERIFICACIÓN 130 -- Al terminar un análisis de fallas, es necesario “verificar”. Debemos preguntarnos: "¿Es posible que la otra parte del equipo haya causado esta falla?" Por ejemplo, cuando encontramos desgaste por adherencia en los cojinetes, tenemos que anotar de qué manera la fábrica podría haber producido lubricación insuficiente o ninguna (falla de la bomba de aceite, varilla de nivel inadecuada o colector de aceite inadecuado) antes de afirmar que el cliente hizo funcionar el motor con poco o nada de aceite.
131 -- Esperamos que en esta sección hayan aprendido cosas importantes como función, estructura, instalación, funcionamiento, análisis de fallas y posibles problemas de cojinetes. Ojalá los Ocho Pasos Aplicables al Análisis de Fallas nos ayuden a comprender correctamente los problemas de cojinetes.
132 – Si tenemos ideas preconcebidas,
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133 -- O nos imaginamos las causas principales, 134 -- tendremos cada vez menor numero de clientes.
135 -- NECESITAMOS clientes contentos y satisfechos para que vendamos sin dificultad los productos, las piezas y los servicios.
136 -- Por eso, después de haber analizado el problema, recopilado datos, usado lógica y establecido la posible causa original de una falla, nos queda OBTENER LA RECOMPENSA, comunicándonos con el responsable de la falla, haciendo las reparaciones según instrucciones del responsable y continuando en contacto con el cliente.
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137 -- Esto asegurará clientes satisfechos con los productos Caterpillar y servicio posventa. Los clientes seguirán comprando nuestros productos, piezas y servicio.
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