Resumen de Metodología para el estudio de las causas de rotura de cigüeñales en motores de combustión interna alternativos y compresores alternativos: aplicación en un modelo de mantenimiento predictivo
Jose Antonio Becerra Villanueva
Los ejes cigüeñales son una parte fundamental en el funcionamiento de los motores de combustión interna alternativos y compresores volumétricos alternativos. El fallo de un cigüeñal no es uno de los problemas más frecuentes, sin embargo puede tener consecuencias muy importantes tanto en la integridad del sistema como en la disponibilidad de este, siendo además los costes asociados a su reparación, agravados por su difícil accesibilidad.
En el diseño de cigüeñales el principal factor determinante es la torsión del sistema, de manera que debe buscarse que las frecuencias resonantes del sistema se encuentren suficientemente alejadas de las frecuencias principales de la excitación.
El carácter cíclico de la carga a que se vera sometido justifica que este diseño se realice con coeficientes de seguridad muy altos, buscando alejarse lo más posible del límite de fatiga del material. Aún así, en un porcentaje muy alto de los casos la fatiga está detrás de las roturas en ejes cigüeñales, por lo que es clara la positiva incidencia que tendría la detección precoz de grietas en el componente que permitiera la reparación o sustitución del componente previamente al fallo catastrófico.
En esta tesis se desarrolla una metodología para el análisis dinámico a torsión de sistemas que incluyan máquinas y motores alternativos que permite establecer las condiciones de trabajo del cigüeñal.
Con el fin de establecer la idoneidad de los modelos dinámicos incluidos en dicha metodología, se llevan a cabo diversos ensayos experimentales para establecer la validez de los mismos sobre un motor gasolina de 3 cilindros de automoción.
La metodología desarrollada será aplicada a varios casos prácticos de análisis de las causas de rotura en:
� Un sistema moto-bomba centrifugo multietapa. Donde se comprueba el funcionamiento habitual del sistema en una zona cercana a la resonancia.
� Un compresor volumétrico de embolo. Donde se comprueba que las roturas aparecidas se deben fundamentalmente a la sobrecarga del cigüeñal.
� Un motor diesel de generación. Donde se establece como causa de la rotura la fatiga, quedando de manifiesto el funcionamiento del sistema en un nivel de tensiones aceptables.
Finalmente, tomando como base los modelos desarrollados para el motor diesel de generación, se desarrolla una técnica para estimar la evolución de las características dinámicas del eje cigüeñal a medida que se produce el desarrollo de grietas en él, con el fin de apuntar la idoneidad de alguna de las variables medibles del sistema para su integración en un sistema de diagnosis preventiva que sea capaz de detectar las modificaciones en las características dinámicas provocadas por la aparición de grietas en el cigüeñal, posibilitando por tanto su reparación o sustitución previa al fallo catastrófico del componente.
