Eje De Motobomba Final(autoguardado).docx

Informe final del proyecto de curso en función de la formación y evaluación de competencias de los estudiasntes de Ingeniería. Universidad Tecnológica de Bolívar. Programa de Ingeniería Mecáqnica y Mecatrónica. Asiganatura: Materiales de Ingeniería 2016

FRACTURA POR DESGASTE DE EJE DE MOTOBOMBA Robert José Pérez Martínez (1) (1)

Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Tecnológica de Bolívar, Cartagena, Colombia. Grupo K; e-mail: [email protected]

Resumen El objeto de estudio seleccionado es la punta del eje de una motobomba con material de acero inoxidable, usado por la empresa Reficar (Ecopetrol) para sus procesos de refrigerante y para transporte de agua. Es proporcionada por la empresa ITT, la cual vende y distribuye las motobombas y repuestos de las mismas; la pieza sufrió una fractura por desgaste, de igual forma sufrió un incidente por desajuste al momento de colocarla en su lugar habitual, lo cual provocó que la pieza cediera y se rompiera debido a una obstrucción y la fuerza del motor. Se trabajó arduamente en busca de esclarecer el motivo de la falla del material de la pieza en estudio para que al final se lograra proponer soluciones en específico, principalmente teniendo en cuenta la estructura metalográfica y la dureza del acero austenistico tratado. Se propuso realizar temple y revenido o técnicamente hablando, bonificado, teniendo en cuenta las misiones que debe cumplir un acero inoxidable

Palabras claves: Eje de motobomba, acero inoxidable, fractura, desgaste, acero austenistico.

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Abstract Tip pump shaft with stainless steel material used by the company Reficar (Ecopetrol) processes for refrigerant and water transport. It is provided by the company ITT, which sells and distributes pumps and parts thereof; the piece suffered a fracture wear, likewise, suffered an accident mismatch when placing it in its usual place, which caused the piece give way and cracks due to obstruction and engine power. We work hard to achieve clarify the reason for the failure of the workpiece material under study to eventually managed to propose specific solutions , especially considering the metallographic structure and hardness of austenitic steel treated. It was proposed to carry out quenching and tempering or technically speaking, subsidized , taking into account the missions expected of a stainless steel

Keywords: Axis motor pump, stainless steel, fracture wear, maladjustment.

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1. INTRODUCCIÓN A continuación, se presenta el informe final del proyecto de curso que se desarrolló a lo largo del semestre (1P – 2016). El proyecto consiste en un estudio que se le realiza a una pieza, en este caso de Reficar (Ecopetrol) la cual tuvo una falla prematura, dentro de la sección “identificación del tipo de falla presentada” se profundiza sobre este incidente. El estudio se lleva a cabo en los mismos laboratorios de la Universidad Tecnológica de Bolívar con la orientación del profesor Luis Marcos Castellanos González; Se procedió a realizar el ensayo de chispa que proporcionó una identificación cualitativa del acero tratado. Después de reconocer que es acero austenistico con el que se trabaja, se extrajo una muestra de la pieza, la cual fue adecuada a una probeta metalográfica para realizar ensayos de dureza. Uno de los pasos más importantes dentro de un estudio metalográfico y de dureza es contar con una superficie pulida y libre de marcas tanto como sea posible. Por lo que se procedió a realizar este paso implementando lijas con diferentes tamaños de grano. Se obtuvo una imagen de la estructura cristalina del metal tratado y se confirmó una vez más que se trabajó con acero austenistico gracias a la identificación de un tamaño de grano muy pequeño, característico de este tipo de aceros. Esta tarea resultaría muy importante porque debía tenerse en cuenta al momento de concluir el trabajo y proponer mecanismos de fortalecimiento.

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2. OBJETIVOS 2.1.

OBJETIVO GENERAL Proponer soluciones de selección de material o mecanismos de fortalecimiento para que la pieza escogida en el estudio, presente mayor resistencia mecánica en condiciones normales de funcionamiento y mantenga un rango de resistencia frente a condiciones forzadas.

2.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS  Identificar a través de estudios metalográficos cual es el tipo de acero inoxidable que se manipula.  Describir las propiedades del tipo de acero inoxidable y relacionarlas con el medio en que se utiliza.  Desarrollar soluciones para aumentar el rendimiento de la pieza en estudio.

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El proyecto de investigación del curso Materiales de Ingeniería tendrá lugar a lo largo de todo el semestre (1P – 2016), en el que a través de ensayos de dureza y metalografía se buscara resolver ¿Cuál fue la causa de la falla del eje de la motobomba? ¿Cuál serían las posibles soluciones a este problema? Y así mismo definir si hubo una mala selección de materiales o un mal tratamiento térmico. Se propondrán posibles soluciones a este interrogante, el estudio se llevara a cabo en los laboratorios de la Universidad Tecnológica de Bolívar, los cuales cuentan con instrumentos capaces de brindarnos resultados confiables.

4. ESTADO DEL ARTE

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Una motobomba es un equipo menor o maquinaria menor que se utiliza en la industria de la construcción, en la agrícola y en este caso utilizada en la industria petroquímica principalmente, con la finalidad de bombear agua o refrigerantes de un depósito y trasvasarla hacia otro lugar a través de una manguera. Tiene una entrada y una salida, ambas se pueden conectar a una manguera que pude ser de 2, 3 o 4 pulgadas de diámetro por el largo necesario.

Las bombas se clasifican en tres tipos principales:  De émbolo alternativo.  De émbolo rotativo.  Rotodinámicas. Los dos primeros tipos operan sobre el principio de desplazamiento positivo, es decir, que bombean una determinada cantidad de fluido (sin tener en cuenta las fugas independientemente de la altura de bombeo). El tercer tipo debe su nombre a un elemento rotativo llamado rodete, que comunica velocidad al líquido y genera presión. La carcaza exterior, el eje y el motor completan la unidad de bombeo. En su forma usual, la bomba de émbolo alternativo consiste en un pistón que tiene un movimiento de vaivén dentro de un cilindro. Un adecuado juego de válvulas permite que el líquido sea aspirado en una embolada y lanzado a la turbina de impulsión en la siguiente. En consecuencia, el caudal será intermitente a menos que se instalen recipientes de aire o un número suficiente de cilindros para uniformar el flujo. Aunque las bombas de émbolo alternativo han sido separadas en la mayoría de los campos de aplicación por las bombas rotodinámicas, mucho más adaptables, todavía se emplean ventajosamente en muchas operaciones industriales especiales. Las bombas de émbolo rotativo generan presión por medio de engranajes o rotores muy ajustados que impulsan periféricamente al líquido dentro de la carcasa cerrada. El caudal es uniforme y no hay válvulas. Este tipo de bombas es eminentemente adecuado para pequeños caudales (menores de 1 pie3/s y el líquido viscoso). Las variables posibles son muy numerosas. La bomba rotodinámica es capaz de satisfacer la mayoría de las necesidades de la ingeniería y su uso está muy extendido. Su campo de utilización abarca desde abastecimientos públicos de agua, drenajes

y regadíos, hasta transporte de Los diversos tipos se pueden agrupar en:

hormigón

o

pulpas.

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a. Centrífugos. Son el tipo más corriente de bombas rotodinámicas, y se denomina así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Pueden estar proyectadas para impulsar caudales tan pequeños como 1 gal/min o tan grandes como 4.000.000 gal/min, mientras que la cota generada puede variar desde algunos pies hasta 400. El rendimiento de las de mayor tamaño puede llegar al 90%. El rodete consiste en cierto número de álabes curvados en dirección contraria al movimiento y colocados entre dos discos metálicos. El agua entra por el centro u ojo del rodete, es arrastrada por los álabes y lanzada en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética. A la salida, el movimiento del fluido tiene componentes radial y transversal. Para que no haya una pérdida notable de energía, y por tanto de rendimiento, es esencial transformar en la mayor medida posible la considerable cota cinemática a la salida del rodete en la más útil cota de presión. Normalmente, esto se consigue construyendo la carcasa en forma de espiral, con lo que la sección del flujo en la periferia del rodete va aumentando gradualmente. Para caudales grandes se usa el rodete de doble aspiración, que es equivalente a dos rodetes de simple aspiración ensamblados dorso con dorso; esta disposición permite doblar la capacidad sin aumentar el diámetro del rodete. Es más cara de fabricar, pero tiene la ventaja adicional de solucionar el problema del empuje axial. En ambos casos, las superficies de guía están cuidadosamente pulimentadas para minimizar las pérdidas por rozamiento. El montaje es generalmente horizontal, ya que así se facilita el acceso para el entretenimiento. Sin embargo, debido a la limitación del espacio, algunas unidades de gran tamaño se montan verticalmente. Las proporciones de los rodetes varían dentro de un campo muy amplio, lo que permite hacer frente a una dilatada gama de condiciones de funcionamiento. Por ejemplo, los líquidos con sólidos en suspensión (aguas residuales) pueden ser bombeados siempre que los conductos sean suficientemente amplios. Inevitablemente habrá alguna disminución de rendimiento. Para que la bomba centrífuga esté en disposición de funcionar satisfactoriamente, tanto la tubería de aspiración como la bomba misma, han de estar llenas de agua. Si la bomba se encuentra a un nivel inferior a la del agua del pozo de aspiración, siempre se cumplirá esta condición, pero en los demás casos hay que expulsar el

aire de la tubería de aspiración y de la bomba y reemplazarlo por agua; esta operación se denomina cebado. El mero giro del rodete, aún a alta velocidad, resulta completamente insuficiente para efectuar el cebado y sólo se conseguirá recalentar los cojinetes.

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Los dos métodos principales de cebado exigen una válvula de retención en la proximidad de la base del tubo de aspiración, o en las unidades mayores, la ayuda de una bomba de vacío. En el primer caso, se hace entrar el agua de la tubería de impulsión o de cualquier otra procedencia, en el cuerpo de bomba y el aire es expulsado por una llave de purga. Se ha desarrollado una bomba centrífuga, la cual fue concebida, teniendo como objetivos un rendimiento de trabajo que sea óptimo, una gran variedad de aplicaciones y una fácil Mantención del equipo. El cuerpo húmedo de esta bomba, está fabricado en un polímero de grandes cualidades mecánicas y de excelente resistencia química. Estos materiales evitan las incrustaciones de partículas, y además no son afectados por problemas de cavitación. Las aplicaciones de esta bomba son de óptimo rendimiento en PLANTAS DE ACIDO, AGUA DE COLA, AGUAS MARINAS, y en general en lugares con gran concentración de CORROSIVOS. Además tiene una muy buena aplicación en la INDUSTRIA ALIMENTICIA dado que no contamina los productos. Las bombas están disponibles en materiales del acero termoplástico e inoxidable, diseños del mecanismo impulsor para las aplicaciones horizontales y verticales. La construcción rugosa proporciona una resistencia excelente al producto químico y a la corrosión. Las aplicaciones típicas son proceso químico, laminado de metal, piezas que lavan sistemas, fabricación de la tarjeta de circuito impresa, foto que procesa, productos farmacéuticos, semiconductores, etc. Para alturas superiores a 200 pies se emplean normalmente bombas múltiples o bombas de turbina. Este tipo de bomba se rige exactamente por el mismo principio de la centrífuga y las proporciones del rodete son muy semejantes. Consta de un cierto número de rodetes montados en serie, de modo que el agua entra paralelamente al eje y sale en dirección radial. La elevada energía cinética del agua a la salida del rodete se convierte en energía de presión por medio de una corona difusora formada por álabes directores divergentes. Un conducto en forma de S conduce el agua en sentido centrípeto hacia el ojo del rodete siguiente. El proceso se repite en cada escalonamiento hasta llegar a la salida. Si se aplica un número suficiente de escalonamientos, puede llegarse a obtener una cota de

4.000 pies. De hecho, la cota máxima vendrá probablemente dictada por el costo de reforzamiento de la tubería más que por cualquier limitación de la bomba.

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b. Múltiples. Son del tipo múltiple, con montajes verticales y diseñados especialmente para la elevación del agua en perforaciones angostas, pozos profundos o pozos de drenaje. Resultan adecuadas para perforaciones de un diámetro tan pequeño como 6 pulg. y con mayores diámetros son capaces de elevar cantidades de agua superiores a un millón de galones por hora desde profundidades de hasta 1.000 pies. Normalmente se diseñan los rodetes de forma que lancen el agua en dirección radial-axial, con objeto de reducir a un mínimo el diámetro de perforación necesario para su empleo. La unidad de bombeo consiste en una tubería de aspiración y una bomba situada bajo el nivel del agua y sostenida por la tubería de impulsión y el árbol motor. Dicho árbol ocupa el centro de la tubería y está conectado en la superficie al equipo motor. Cuando la cantidad de agua que se ha de elevar es pequeña o moderada, a veces es conveniente y económico colocar la unidad completa de bombeo bajo la superficie del agua. Así se evita la gran longitud del árbol, pero en cambio se tiene la desventaja de la relativa inaccesibilidad del motor a efectos de su entretenimiento.

c. De columna. Este tipo de bomba es muy adecuado cuando hay que elevar un gran caudal a pequeña altura. Por esto, sus principales campos de empleo son los regadíos, el drenaje de terrenos y la manipulación de aguas residuales. El rendimiento de esta bomba es comparable al de la centrífuga. Por su mayor velocidad relativa permite que la unidad motriz y la de bombeo sean más pequeñas y por tanto más baratas. La altura máxima de funcionamiento oscila entre 30 y 40 pies. Sin embargo, es posible conseguir mayores cotas mediante 2 ó 3 escalonamientos, pero este procedimiento raramente resulta económico. Para grandes bombas se adopta generalmente el montaje vertical, pasando el eje por el centro de la tubería de salida El rodete es de tipo abierto, sin tapas, y su forma es análoga a la de una hélice

naval. El agua entra axialmente y los álabes le imprimen una componente rotacional, con lo que el camino por cada partícula es una hélice circular. La cota se genera por la acción impulsora o de elevación de los álabes, sin que

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intervenga el efecto centrífugo. La misión de los álabes fijos divergentes o álabes directores es volver a dirigir el flujo en dirección axial y transformar la cota cinemática en cota de presión. Para evitar la creación de condiciones favorables al destructivo fenómeno de favitación, la bomba de flujo axial se ha de proyectar para poca altura de aspiración.

De hecho, es preferible adoptar en la que el rodete permanezca siempre sumergido, ya que así la bomba estará siempre cebada y lista para comenzar a funcionar. El objeto del sifón es evitar el riesgo de que se averíe la válvula de retención, que de otro modo tendría lugar una inversión del flujo en la tubería, con lo que la bomba funcionaría como una turbina. La acción sinfónica se interrumpe mediante una válvula de mariposa. Esta válvula está en ligero equilibrio hacia la posición de abierta y en el instante en que cesa el bombeo, la válvula se abre y entra el aire, con lo que se evita la inversión del flujo. La estación de bombeo puede automatizarse por medio de electrodos inmersos en el pozo de aspiración para controlar el funcionamiento de la bomba.

d. De flujo mixto. La bomba de flujo mixto ocupa una posición intermedia entre la centrífuga y la de flujo axial. El flujo es en parte radial y en parte axial, siendo la forma del rodete acorde con ello. La trayectoria de una partícula de fluido es una hélice cónica. La cota que se consigue puede ser hasta de 80 pies por rodete, teniendo la ventaja sobre la bomba axial de que la potencia que ha de suministrar el motor es casi constante aunque se produzcan variaciones considerables de cota. La recuperación de la cota de presión se consigue mediante un difusor, un caracol o una combinación de ambos.

e. De paleta. Existen varios tipos de bombas de paletas, ellas podrán ser:

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1.- De paletas deslizantes, con un número variante de ellas montadas en un rotor ranurado. Según la forma de la caja se subdividen en bombas de simple, doble o triple cámara, si bien raramente se emplean tales denominaciones. La mayoría de las bombas de paletas deslizantes son de una cámara. Como estas máquinas son de gran velocidad de capacidades pequeñas o moderadas y sirven para fluidos poco viscosos, se justifica el siguiente tipo de clasificación. 2.- Bomba pesada de paleta deslizante, con una sola paleta que abarca todo el diámetro. Se trata de una bomba esencialmente lenta, para líquidos muy viscosos. 3.- Bombas de paletas oscilantes, cuyas paletas se articulan en el rotor. Es otro de los tipos pesados de bomba de paleta. 4.- Bombas de paletas rodantes, también con ranuras en el rotor pero de poca profundidad, para alojar rodillos de elastómero en el lugar de paletas, se trata de un modelo patentado. 5.- Bomba de leva y paleta, con una sola paleta deslizante en una ranura mecanizada en la caja cilíndrica y que, al mismo tiempo, encaja en otra ranura de un anillo que desliza sobre un rotor accionado y montado excéntricamente. El rotor y los anillos que ejercen el efecto de una leva que inicia el movimiento de la paleta deslizante. Así se elimina el rascado de las superficies. Se trata de una forma patentada que se emplea principalmente como bomba de vacío. 6.- Bomba de paleta flexible, que abrazan un rotor de elastómero de forma esencial giratorio dentro de una caja cilíndrica. En dicha caja va un bloque en media luna que procura un paso excéntrico para el barrido de las paletas flexibles de rotor.

f.

De tornillo.

Las bombas de tornillo son un tipo especial de bombas rotatorias de desplazamiento positivo, en el cual el flujo a través de los elementos de bombeo es verdaderamente axial. El líquido se transporta entre las cuerdas de tornillo de uno o más rotores y se desplaza axialmente a medida que giran engranados. La aplicación de las bombas de tornillo cubren una gama de mercados diferentes, tales como en la armada, en la marina y en el servicio de aceites combustibles, carga marítima, quemadores industriales de aceite, servicio de lubricación de

aceite, procesos químicos, industria de petróleo y del aceite crudo, hidráulica de potencia para la armada y las máquinas - herramientas y muchos otros. La bomba de tornillo puede manejar líquidos en una gama de viscosidad como la melaza hasta la gasolina, así como los líquidos sintéticos en una gama de

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presiones de 50 a 5.000 lb/pulg2 y los flujos hasta de 5.000 gpm. Debido a la relativamente baja inercia de sus partes en rotación, las bombas de tornillo son capaces de operar a mayores velocidades que otras bombas rotatorias o alternativas de desplazamiento comparable. Algunas bombas de lubricación de aceite de turbina adjunta operan a 10.000 rpm y aún mayores. Las bombas de tornillo, como otras bombas rotatorias de desplazamiento positivo son de autocebado y tienen una característica de flujo que es esencialmente independiente de la presión. La bomba de tornillo simple existe sólo en número limitado de configuraciones. La rosca es excéntrica con respecto al eje de rotación y engrana con las roscas internas del estator (alojamiento del rotor o cuerpo). Alternativamente el estator está hecho para balancearse a lo largo de la línea de centros de la bomba.

Las bombas de tornillos múltiples se encuentran en una gran variedad de configuraciones y diseños. Todos emplean un rotor conducido engranado con uno o más rotores de sellado. Varios fabricantes cuentan con dos configuraciones básicas disponibles, la construcción de extremo simple o doble, de las cuales la última es la más conocida. Como cualquier otra bomba, hay ciertas ventajas y desventajas en las características de diseño de tornillo. Estos deben de reconocerse al seleccionar la mejor bomba para una aplicación particular. Entre algunas ventajas de este tipo tenemos: Amplia gama de flujos y presiones.  Amplia gama de líquidos y viscosidad.  Posibilidad de altas velocidades, permitiendo la libertad de seleccionar la unidad motriz.  Bajas velocidades internas.  Baja vibración mecánica, flujo libre de pulsaciones y operaciones suaves.  Diseño sólido y compacto, fácil de instalar y mantener.  Alta tolerancia a la contaminación en comparación con otras bombas rotatorias. Entre algunas desventajas de este tipo tenemos:  Costo relativamente alto debido a las cerradas tolerancias y claros de operación.  Características de comportamiento sensibles a los cambios de viscosidad.  La capacidad para las altas presiones requiere de una gran longitud de los elementos de bombeo. g. De diafragma

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En la bomba de simple diafragma, este es flexible, va sujeto a una cámara poco profunda y se mueve por un mecanismo unido a su centro. Con el mando hidráulica del diafragma, mediante impulsos de presión iniciados en una cámara de fluidos conectada a un lado del diafragma, se consigue el mismo funcionamiento. Por tanto, los tipos principales de bombas de diafragma son: 1.- De mando mecánico. 2.- De mando hidráulica. En las últimas, la citada presión pulsatoria deriva normalmente de una bomba de pistón, con lo que se pueden designar como bombas de pistón diafragma. [1]

Acero Inoxidable. En metalurgia, el acero inoxidable de define como una aleación de acero con un mínimo de 10% a 12% de cromo contenido en masa, aunque también puede contener otros metales como el molibdeno y el níquel.

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El acero inoxidable es un acero de elevada resistencia a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales aleantes que contiene, poseen gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro (los metales puramente inoxidables, que no reaccionan con oxígeno son oro y platino, y de menor pureza se llaman resistentes a la corrosión, como los que contienen fósforo). Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes; los principales son el níquel y el molibdeno. Más específicamente hablando, el acero del eje de la motobomba utilizada por Reficar (Ecopetrol), es un acero inoxidable austenitico. Se llaman Aceros austeníticos, ya que tienen una estructura formada básicamente por austenita a temperatura ambiente (el níquel es un elemento "gammágeno" que estabiliza el campo de la austenita). No son magnéticos. Los aceros inoxidables austeníticos se pueden endurecer por deformación, pasando su estructura metalográfica a contener martensita (el carbono estabilizado de manera metaestable en forma de hierro gamma, se transforma a la forma estable de hierro alfa y martensita, pues el carbono es menos soluble en la matriz de hierro alfa, y este expulsa el C). Se convierten en parcialmente magnéticos (tanto como porcentaje de carbono haya sido convertido en martensita), lo que en algunos casos dificulta el trabajo en los artefactos eléctricos. [2]

Endurecimiento por deformación. El Endurecimiento por deformación (también llamado endurecimiento en frío o por acritud) es el endurecimiento de un material por una deformación plástica a nivel macroscópico que tiene el efecto de incrementar la densidad de dislocaciones del

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material. A medida que el material se satura con nuevas dislocaciones, se crea una resistencia a la formación de nuevas dislocaciones y a su movimiento. Esta resistencia a la formación y movimiento de las dislocaciones se manifiesta a nivel macroscópico como una resistencia a la deformación plástica. En cristales metálicos, el movimiento de las dislocaciones es lo que produce la deformación plástica (irreversible) a medida que se propagan por la estructura del cristal. A temperaturas normales cuando se deforma un material también se crean dislocaciones, en mayor número de las que se aniquilan, y provocan tensiones en el material, que impiden a otras dislocaciones el libre movimiento de estas. Esto lleva a un incremento en la resistencia del material y a la consecuente disminución en la ductilidad. [3] En este caso, en el que contamos con acero austenistico, no sería adecuado realizar un endurecimiento por deformación si lo que se quiere es aumentar su resistencia mecánica, puesto que por lo general es con este mecanismo de endurecimiento con el que se llega al acero austenistico. El acero austenistico presenta un tamaño de grano muy fino, lo que indica una alta dureza del material.

5. DESARROLLO DEL TRABAJO 5.1.

EQUIPOS Y METODOS EXPERIMENTALES Para realizar el estudio de metalografía y dureza, se preparó una probeta metalográfica y así fue como de obtuvo: Se realizó un corte a la pieza, esta pequeña sección fue la que se usó para los ensayos, pero el corte es un proceso en el que se produce calor, por fricción y se raya el metal, es por esto que se procede a hacer un devaste, en donde se eliminan gran parte de las rayas producidas en el corte. Seguido a esto, en busca de mayor perfección, se realiza un pulido con paños especiales del tipo de los tapices de brillar, aquí se utiliza un abrasivo que puede ser polvo de diamante o alumia, el primero se aplica con un aceite especial para extender y lubricar la pasta de diamante y el segundo se aplica con agua. Después de conseguir una superficie como un espejo, plana y pulida, se inicia un ataque químico, el ataque químico pondrá en manifiesto la estructura del metal. Para cada metal se utiliza un reactivo diferente, en nuestro caso, estamos trabajando con un acero inoxidable por lo cual se utilizó el reactivo 89 compuesto por 10 mL de HNO3, 10 mL de ácido acético, 15 mL de HCl y de 2 a 5 gotas de glicerol. La probeta metalográfica es llevada al microscopio metalográfico, que se diferencia del ordinario en su sistema de iluminación, La luz no puede atravesar el metal y por tanto la luz entra en el objetivo después de ser reflejada en la probeta metálica. [4]

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Durómetro, instrumento utilizado para determinar la dureza de un metal.

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Pulidora con paños especiales

Probeta metalográfica vista desde arriba, se presencian las marcas de los ensayos de dureza.

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5.2.

DESARROLLO DEL TRABAJO.

5.2.1. PROPIEDADES MECANICAS. En el ensayo de dureza cabe destacar que se produjo una pequeña desviación, ocasionada por la forma de la probeta metalográfica (curva en la superficie) por esta razón la marca obtenida no fue un cuadrado perfecto. La dureza que se obtuvo con una carga de 100 kilopondios fue de 102.5 vickers. Para ser acero inoxidable, la dureza debería estar alrededor de 150, pero teniendo en cuenta que los resultados contienen una pequeña alteración debido a la superficie de la probeta metalográfica presentaba una deformación, los resultados son aceptables.

Tabla 1. HV: Dureza Vickers. HB: Dureza Brinell 10 mm Bola – C 3000 kgf. HRC: Rockwell C 150 kgf. HV

HB

HRC

102.5

103

-23

5.2.2. ANALISIS MICROESTRUCTURAL

Resistencia (N/mm2) 332

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Atacado con reactivo 89 y vista a 200 X. La parte blanca es autenita, se puede observar que los granos son muy finos, el grano fino proporciona mayor dureza en el metal.

Atacado con reactivo 89 y vista a 500 X. Se ve un poco borrosa por la figura que adquirió la probeta, un tanto curva.

5.2.3. IDENTIFICACION DEL TIPO DE FALLA PRESENTADA.

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Luego de observar cuidadosamente y en conjunto con la información proporcionada por el ingeniero de Reficar que facilitó la pieza para el proyecto, es evidente que la punta del eje de la motobomba sufrió una fractura por desgaste. El desgaste es la pérdida de masa en la superficie de un material, en una etapa avanzada de envejecimiento, deriva un rápido fallo. El desgaste es producto de una acción mecánica en forma de contacto debido a un movimiento relativo. Tiene tres etapas, una fase primaria donde la velocidad de cambio puede ser alta, una etapa secundaria donde la velocidad de desgaste se mantiene relativamente constante, por lo general es en esta fase donde se mide la vida útil de los componentes; y una fase terciaria que es donde se produce el envejecimiento lo cual produce el fallo. Cabe resaltar que el tipo de desgaste que presento la pieza es una especie de desgaste fretting, puesto que es producido por las vibraciones inducidas por un fluido a su paso, además, se conoce que la pieza se encontraba desajustada y todo eso en conjunto con la fuerza del motor, fue lo causante dela fractura de la pieza.

5.3.

DISCUSION DE LOS RESULTADOS. Al realizar el estudio de metalografía se identificó que se trabajó con acero inoxidable austenistico, algo característico de este tipo de acero es el tamaño de grano, es muy fino y la presencia de carburos es mínima. En una de las tantas discusiones que se realizó sobre el proyecto, se habló de que el eje de la motobomba no presenta tratamiento térmico pero se conoce que tiene pequeñas aleaciones de ferrita para aumentar la resistencia. Esta información resulto muy relevante en el desarrollo del trabajo y principalmente al momento de realizar propuestas de alternativas de solución, aunque el tratamiento térmico es poco usual en aceros inoxidable, no es descartable, de igual forma las pequeñas aleaciones de ferrita es lo que explica la presencia de óxido en la superficie de la pieza.

5.4.

PROPUESTAS DE ALTERNATIVAS DE SOLUCION. El tratamiento térmico en acero inoxidable tiene dos misiones básicas que cumplir: Obtener la dureza de utilización y alcanzar la máxima resistencia a la

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oxidación. En vista de que ambas características son de primordial importancia especialmente en superficies de piezas acabadas, debe efectuarse un tratamiento térmico de tal forma que no se produzcan variaciones en la composición química de la superficie. Cualquier empobrecimiento en cromo o descarburación produce la disminución de las características esperadas en la pieza, así mismo, debe realizarse de tal manera que no se produzcan deformaciones con el fin de evitar trabajos de corrección posteriores. El temple resulta lo más adecuado teniendo en cuenta las condiciones, lo que se busca con el temple es uniformidad en la estructura y una solubilidad más rápida de los carburos sin posibilidad de una estructura de grano grueso con todos sus inconvenientes. El tiempo de mantenimiento de la temperatura de temple depende del espesor de la sección a templar, por lo que no se debe determinar el tiempo de permanencia según el espesor más delgado, aunque en este espesor mínimo pueda estar la parte más funcional de la pieza, se hace esta salvedad puesto que la pieza no es completamente uniforme. La velocidad de enfriamiento debe ser rápida pero no brusca, si se hace muy lento el enfriamiento, se produce una separación previa de carburos, lo cual empobrece en carbono el material base. El temple se escoge puesto que no solo se hace para alcanzar una alta dureza, sino para cumplir con otro factor importante de este material como lo es la resistencia a la corrosión. Luego de hacerse el temple, resultaría necesario proceder con el revenido, que es considerado como un proceso complementario al temple, ya que un acero templado y no revenido es poco utilizable debido a su alta fragilidad, técnicamente se conoce como bonificado al conjunto de temple y revenido. El revenido consistiría entonces en el calentamiento del metal a media temperatura para devolverlo a un estado resistente, se aumenta su tenacidad.

6. CONCLUSIONES. 1. En el anterior proyecto se tuvo como objeto de estudio la punta del eje de una motobomba, la cual presento una falla por desgaste. Se identificó a través de

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ensayos de dureza y metalografía que era acero austenistico el que se manipulaba, sin ningún tratamiento térmico conocido. 2. Si bien es cierto que la fractura del eje se produjo por desgaste, su falla se presentó muy prematuramente, independientemente de las condiciones en que se encontraba trabajando la pieza se pudo lograr una vida útil mayor si se hubiese aplicado un tratamiento térmico previo. 3. Se cree que por tratarse de acero inoxidable austenistico con aleaciones de ferrita la pieza mantendría una vida útil considerable pero resulto se todo lo contrario. 4. Se recomienda realizar temple y revenido con el fin de aumentar la vida útil de la pieza y disminuir los gastos a causa de la compra de nuevas motobombas en intervalos de tiempo muy pequeños

7. REFERENCIAS. 1. http://www.monografias.com/trabajos14/bombas/bombas.shtml Información sobre los tipos de bombas que se han inventado hasta el momento.

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2. https://es.wikipedia.org/wiki/Acero_inoxidable El acero inoxidable, información sobre su composición.

3. https://es.wikipedia.org/wiki/Endurecimiento_por_deformaci%C3%B3n Mecanismos de endurecimiento para el acero inoxidable.

4. http://www.cuadernodelaboratorio.es/metalografia.html Pasos para hacer un estudio metalográfico.

5. http://www.acerosgrinon.com/productos/utilidades/TABLA-CONVERSIONDUREZAS-Y-RESISTENCIA-A-TRACCION Tabla de conversión de dureza.

6. http://es.slideshare.net/rodsorioh/unidad-iii-falla-de-materiales fallas de materiales.