ANALISIS DE FALLA DE BIELAS (PARTE 1)

Antes de hablar de las fallas que pueden tener las bielas, es conveniente que repasemos los "indicios" de las fracturas y daños más corrientes: • Fractura por fatiga• Fractura dúctil/quebradiza• Corte por impacto

FRACTURA POR FATIGAEn la sesión sobre fracturas de este Seminario, aprendimos que las fracturas por fatiga se deben a cargas cíclicas y a la presencia de concentradores de esfuerzos. La superficie es suave, no muestradeformación plástica (rebajamiento o distorsión); puede haber "marcas de playa", "dientes", fracturas finales dúctiles y labios cortantes. Estas fracturas se asocian normalmente con la causa original.

FRACTURA DUCTILLas fracturas dúctiles se producen por una sobrecarga violenta. S e desarrollan rápidamente y tienen labios cortantes de tamaño considerable. Las superficies son por lo general oscuras, ásperas, leñosas y con deformación plástica. Estas fracturas son casi siempre un resultado, no la causa principal.

CORTE POR IMPACTOEl corte por impacto se produce cuando una parte golpea contra otra con mucha fuerza. Esto crea una superficie lisa y sedosa. La fuerza puede verse también en las superficies adyacentes, donde hay mellas, abolladuras y algunas veces descoloración por calentamiento.

Para ver los detalles, las fracturas se deben limpiar adecuadamente y observar con luz buena. Esto es importante para determinar la ubicación y la condición especifica del punto de iniciación que pudo haber producido la fractura.

La mejor manera de limpiar las caras de las fracturas es utilizando un disolvente de evaporación rápida. Para quitar la grasa o el aceite, apliquen el disolvente a la cara fracturada y séquenlo con un paño o con aire.

FALLASLas bielas se pueden romper como resultado de condiciones anormales de operación 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 Análisis de las Fallas, seguir los procedimientos aprendidos en la inspección ocular Y valerse de los- conocimientos básicos sobre tipos de desgaste y fracturas. Todo esto nos ayudará a pensar lógicamente frente a los datos y a seguir los indicios que nos llevan a 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 anormales más corrientes son:1. Fuerzas externas que doblan o rompen las bielas;2. Fallas de cojinetes que causan daños de bielas;3. Errores de reacondicionamiento (como reutilización de piezas dañadas);4. Pernos rotos o flojos.Veamos algunos ejemplos de fracturas de bielas debidas a estas condiciones anormales.

FUERZA EXTERNAAquí vemos una biela doblada. Por lo general, si la biela esta doblada se debe a una fuerza no común, aplicada directamente por otra pieza pesada en movimiento o por movimiento restringido del pistón. En estos casos había indicios de impacto en la biela o daños en los pistones que explican la falla. Todas las piezas de esta diapositiva están en perfectas condiciones, excepto que la biela está doblada. El vástago no tiene mellas ni otra indicación de fuerza externa directa aplicada a la biela.

Una inspección detallada de la parte superior del pistón revela apariencia normal. No ha habido contacto directo con la culata o con las válvulas.

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

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

FALLA DE COJINETESComo se mencionó anteriormente, las bielas se pueden dañar debido a falla de cojinetes.

Vean este conjunto de piezas que fue devuelto a la fábrica. El informe decía que la biela se había roto en la mitad del vástago y había dañado las otras piezas.

Todas las caras de las fracturas en la parte inferior del pistón son ásperas y opacas, lo que indica que la rotura es dúctil/quebradiza. El pistón se dañó porque otras piezas fallaron primero.

Aquí se ve la cara del vástago roto: la superficie es suave, lisa y con muy poca deformación plástica. Además, está pulida, lo que indica que la biela estuvo rajada algún tiempo antes de quebrarse.

Al mirar el agujero para el cojinete, vemos que éste patinó, pero hay sólo una ligera descoloración en la sección superior de 120° donde la carga es más elevada. Esto indica que había suficiente aceite para enfriar el cojinete mientras giraba. El agujero para el cigüeñal se calentó únicamente en las etapas finales de la falla.

Después de que el cojinete se rompió, el cigüeñal golpeteó las paredes del agujero rayándolas y desconchándolas considerablemente. También noten que los bordes de las paredes se redondearon donde la biela estuvo en contacto con los filetes del muñón del cigüeñal. Al desarmarse no quedaba cojinete en el agujero. El cojinete se encontró en el colector de aceite, en pedazos pequeños, de escaso espesor y aplanado

Las caras de unión entre biela y tapa estaban muy desportilladas, como se ve aquí, pero el mecánico informó que las tuercas estaban bien enroscadas en los pernos. Noten también que el agujero para el perno está agrietado hacia el exterior de la biela, lo que indica que el perno se torció por impacto de una fuerza elevada.

Los "indicios" en esta falla indican que el cojinete falló pero no por falta de aceite.Después de disminuir considerablemente el espesor del cojinete, el impacto del cigüeñal contra las paredes del agujero hizo que la tapa del cojinete se balanceara violentamente, produciendo desportillamiento de las caras de unión entre tapa y biela, aunque las tuercas estuvieran apretadas. Ese golpeteo cíclico probablemente sobrecargó la biela y esto causó una fractura por fatiga en el vástago.Es importante tener en cuenta todos los "indicios" para encontrar la causa principal de la falla. En este caso, es fácil llegar a la falsa conclusión que la biela o el pistón falló primero.Por regla general, una biela rota no causa tanto daño en el cojinete. Pero una falla de cojinetes, que aumenta considerablemente el espacio libre, puede sobrecargar la biela, como en este ejemplo, y 1. producir fracturas por fatiga en áreas de concentración de esfuerzos de la biela o de los pernos y/o2. hacer vibrar las tuercas y aflojarlas.Por lo tanto conviene investigar las circunstancias relacionadas con el cojinete y su instalación; por ejemplo, buscar pruebas en los otros cojinetes de pérdida momentánea, pero restituida, de suministro de aceite, examinar los perfiles de los muñones del cigüeñal, ver en qué condiciones de limpieza se llevó a cabo el reacondicionamiento (si corresponde), etc. Todo esto nos lleva a encontrar la causa principal de la falla del cojinete.

ERRORES DE REACONDICIONAMIENTOLos errores de reacondicionamiento (por ejemplo, no respetar los procedimientos de recuperación o volver a utilizar en forma inadecuada piezas gastadas o dañadas) producen con frecuencia fallas en las bielas.

Esta biela falló en el agujero para el cigüeñal y terminó quebrándose cerca del asiento de la cabeza de los pernos. El cojinete parece estar en buen estado, excepto en el área dañada. Esto indica que el abastecimiento de aceite era bueno y que la causa no está en el cojinete.

Noten que la superficie de contacto de la tapa indica que se ha producido aplastamiento en el lugar opuesto a la fractura. A partir de este indicio es posible determinar cuál fue el lado de la tapa que sesalió primero. La cara opuesta a la que se haya aflojado primero mostrará el aplastamiento.A esto denominamos "abisagramiento"; en otras palabras, la biela se rompió y posteriormente se "abisagró" (como una compuerta) al otro lado, balanceándose hacia el borde exterior de la cara de contacto y quebrando el perno con una fractura dúctil. Más adelante veremos más ejemplos similares. La cara de contacto de esta biela tiene una apariencia un poco diferente. El torneado de fábrica por lo general le deja marcas transversales. Las marcas que aparecen aquí pueden indicar que la tapa de la biela se ha vuelto a alisar.

Si esto ocurrió, es posible que el agujero para el cigüeñal también haya cambiado de tamaño para alojar al cojinete.

¿Cuáles son los indicios que encontramos en la parte de atrás del cojinete? (discutir) Noten que el cojinete es 1,27 mm más pequeño de lo que corresponde y que hay corrosión por desportillamiento cerca de la superficie de contacto entre biela y tapa; además, a medida que el cojinete se iba saliendo del agujero, se fueron produciendo marcas de impacto. La parte de atrás del cojinete no tiene ningún indicio de sobrecalentamiento, por lo tanto, el suministro de aceite fue adecuado.

Aquí podemos ver la cara de la fractura. ¿Cuáles son los indicios más obvios? ¿Qué produjo la falla? (discutir) La cara de la fractura es lisa y tiene un "marcas de playa" que se inicia en un punto situado en la parte superior derecha del diámetro interior del agujero. Como vimos en la sesión sobre fracturas, las fracturas por fatiga que se inician en un solo lugar se deben a un concentrador anormal de esfuerzos. La superficie del agujero muestra corrosión por desportillamiento en la parte superior e inferior izquierda de la diapositiva, cerca de la cara de la fractura y en el punto de iniciación. La corrosión por desportillamiento es probablemente el concentrador de esfuerzos que produjo la grieta por fatiga.

Para llegar a la causa principal, el que observa las piezas necesita ver también los otros cojinetes y los agujeros de bielas, verificar cómo se llevó a cabo el reacondicionamiento, etc. La falla pudo haber sido el resultado de corrosión por desportillamiento, existente cuando se hizo el reacondicionamiento o producida después de reacondicionar, originada quizá por volver a tornear el agujero sobremedida, dentro del cual el cojinete quedó flojo.

Es muy importante ver si la superficie del agujero para el cojinete tiene corrosión por desportillamiento, o se ha dañado durante el reacondicionamiento; cualquier irregularidad se debe corregir antes de volvera armarlo, siguiendo las pautas "Cat Guidelines for Reusable Parts and Salvage Operations"

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

Observen este grupo de piezas rotas.1. La biela se rompió en el asiento de la cabeza del perno.2. Se rompió un perno. El otro esta doblado y todas las roscas están muy dañadas.3. La tapa de la biela se "abisagró" en la parte inferior de la superficie de contacto, indicando que se rompió después de haber fallado el otro lado. No hay desgaste por adherencia, lo que prueba que el cojinete no patinó.4. Los cojinetes están desgastados, pero no patinaron ni fallaron por falta de lubricación.

Aquí se ve una imagen ampliada del lado "abisagrado" de la tapa. Noten el borde exterior alisado de la cara de unión y que la fractura del perno es dúctil (áspera, leñosa y deformada), lo que indica que hubo sobrecarga y que se partió durante un ciclo de carga.

Aquí vemos la parte de la biela que va arriba de la superficie de contacto. No hay desportillamiento por rozadura en la cara de unión pero hay daño en el borde interior, lo que indica que la golpeó el cigüeñal después que el perno salió del agujero. Recuerden que éste es el lado de la unión que se abrió primero.

Este es el otro extremo de la misma pieza. ;¿Qué tipo de daño sufrió? (discutir) El daño fue de corte por impacto, según los indicios (no hay "marcas de playa", la superficie es suave y sedosa, las mellas y el daño provienen de la elevada fuerza externa, aplicada después que el perno salió del agujero). Como vimos anteriormente el corte por impacto es un resultado, no la causa de una falla.

Lo anterior nos lleva a examinar el perno. La inspección del perno y de la tuerca revela que ésta retrocedió. Noten que:

1. los filetes del perno están muy dañados, por moverse en el agujero sin tener tuerca instalada,2. las últimas roscas de la tuerca se robaron por sobrecarga cuando la tuerca retrocedió hasta donde quedaron enganchadas, y 3. la cara plana de la tuerca que sirve de arandela está muy golpeada y hasta 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 aflojó probablemente por no estar debidamente ajustado.

Ahora necesitamos saber quién fue el último que apretó el perno. ¿Cuál era el kilometraje o horas de servicio? ¿Se había reacondicionado el motor o se le habían puesto cojinetes nuevos?Estos datos adicionales pueden llevarnos a la causa principal, que no fue un defecto de la biela o del cojinete, sino de la mano de obra al instalar los pernos.