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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECÁNICA
TÍTULO: Evaluación de parámetros de desgaste en motores de combustión interna para
maquinaria pesada
Autor: Pablo Isaac Soria Reynaga
Fecha de Defensa: 23 de Octubre de 2007
Descriptores: Cojinete, Fricción, Desgaste, Lubricación, Lubricante.
Tutor: Msc. Ing. Ramiro Arroyo Mendizábal
Nº de páginas: 149
RESUMEN
En la actualidad se manejan máquinas tan avanzadas y tecnológicamente perfectas que son
muy costosas, que para poder explotarlas de la mejor manera posible, se deben recurrir a
técnicas de mantenimiento muy complejas, que al final deben lidiar con el tan indeseable
desgaste, por más que se usen modernas tecnologías en aditivos para los lubricantes para
evitar este desgaste durante el mayor tiempo posible o innovar materiales para la constitución
de los elementos de máquinas.
Dentro del ambiente mecánico se hace necesario el poder transmitir energía, para poder
realizar una determinada actividad centrada en la producción eficiente. Entonces por la
importancia para poder reducir el desgate se hace necesario no solo aplicar la lubricación sino,
aplicarla de manera correcta y confiable. Alcanzar esta condición obliga al estudio y
reconocimiento pormenorizado de todas las variables de operación vinculadas con la
lubricación.
Definir parámetros de desgaste que sean expresados analíticamente por las condiciones de
operación del mecanismo al que pertenecen, obedecen a la obtención de recursos teóricos
para mejorar la lubricación, al analizar esta problemática se busca encontrar soluciones que se
observa en un sistema tribológico, que no es más que el estudio de la fricción, el desgaste y la
lubricación, al entrar en contacto 3 cuerpos en este caso metal- lubricante-metal (muñónlubricante-cojinete), de donde se encuentra dependencia del lubricante para reducir la
fricción metal-metal y el posterior desgaste.
Entonces el objetivo general estudiado es la evaluación de manera cuantitativa de parámetros
de desgaste en un sistema cojinete-muñón de la biela en motores de combustión interna
Diesel. Los objetivos generales son entonces:
¾ Plantear soluciones tribológicas a la problemática del desgaste en MCI Diesel.
¾ Diseñar un modelo matemático que permita evaluar parámetros del desgaste en los
cojinetes de cabeza de biela, tomando como referencia el análisis realizado por el Dr.
Ing. Manuel Rojas Nadal sobre el factor de desgaste.
¾ Aplicar el modelo matemático a un motor real.
¾ Recomendar y justificar el aislamiento de parámetros para trazar una eventual prueba
para mejorar la lubricidad de los cojinetes de biela.
La metodología del estudio se basa en la obtención de un modelo matemático sobre un
conjunto de parámetros que definan el desgaste en máquinas rotativas debido al contacto
metal-metal, con la obtención de fundamentos teóricos y ecuaciones que formulen en primera
instancia el ciclo real de los MCI para obtener las fuerzas actuantes sobre los cojinetes de
cabeza biela, y luego determinar con la variación de las condiciones de operación las
características de funcionamiento de los cojinetes y determinar al variar un conjunto de
lubricantes que permitan un mejor desempeño del conjunto cojinete-muñón de biela, cual
lubricante protegerá mejor al mecanismo y el tipo de lubricación ideal con el que deba trabajar
el mecanismo.
El parámetro más importante que ha sido formulado es el coeficiente de fricción fluida, o
simplemente Zn/p que es claramente el que define la lubricación. Con este parámetro se
puede evaluar el tipo de lubricante que logra mantener cierto espesor
de película,
dependiendo de la variación de la temperatura de operación del mecanismo cuando se trata de
la lubricación hidrodinámica y determinar cual es el que más protección entrega con el
establecimiento de esta película de lubricante y cual será el más efectivo cuando la viscosidad
disminuya, y la velocidad de operación sea muy baja como para mantener esta película.
Cuando se trate de la lubricación elastohidrodinámica (EHL) la característica más importante es
la adición al lubricante de los aditivos extrema presión (EP) y este parámetro Zn/p
determina el aditivo EP capaz de mantener la película de lubricante.
Para este estudio se aplica el análisis, en los cojinetes de cabeza de biela de motores de
combustión interna de 4 tiempos, y con el modelo de cálculo ya definido se evalúan los
lubricantes grado SAE 15W40, como lubricante recomendado y como patrón, el 10W y
20W50, como lubricantes de prueba, seleccionados de acuerdo a catálogo, para motores de
equipo pesado, siendo el que mayor espesor de película lubricante genera, el 20W50, y por
tanto el que mayor separación produce para evitar el contacto metal-metal, y es
aproximadamente un 18% de espesor de película lubricante mayor respecto al espesor de
película que produciría un 15W40, lo cual genera mejores condiciones de operación en el
cojinete.
Pero en contraste con estos beneficios que aseguren y probablemente alarguen la vida útil del
motor, se debe mencionar una variación en el consumo de potencia por fricción, donde el
20W50 registra un aumento de cerca al 43%, que referido a la potencia del motor no significa
más del 2% de esta concesión definitivamente irrelevante, frente al logro de poder garantizar la
vida útil del mecanismo y consecuentemente la vida útil del motor.