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GESTION Y ANALISIS DE
FALLAS
UNIDAD VIII
VÁLVULAS
INTRODUCCION
• En esta unidad estudiaremos las válvulas así como los conceptos básicos sobre los asientos, las guías, resortes, rotadores y retenedores; analizaremos también la función y la estructura de estos componentes.
• El contenido de esta unidad incluirá también los temas de cómo encajan estos componentes, cual es su índice normal de desgaste y cuales son las posibles causas, seguiremos utilizando el método de los ocho pasos del análisis de falla.
OBJETIVOS
• Identificar la función de las válvulas, asientos, guías, resortes, rotadores y retenedores.
• Identificar el modo en que estos componentes encajan.
• Identificar el desgaste normal de cada unos de estos componentes así como las causas principales de fallas.
VÁLVULAS
EN ESTA UNIDAD
• FUNCIÓN.• NOMENCLATURA.• FABRICACION• OPERACIÓN.• CARGAS Y ESFUERZO.• FALLAS.
VALVULAS Y COMPONENTES
VALVULAS
FUNCIONES
FUNCIONES
• CONTROLA EL FLUJO DE GASES DE ADMISION Y ESCAPE.
• SELLAN LAS ALTAS PRESIONES DE COMBUSTION.
• TOLERAN ALTAS TEMPERATURAS.• TOLERAN ACIDOS.• TOLERAN CARGAS CICLICAS.• SUMINISTRAN SUPERFICIES DE
DESGASTE.
VALVULAS
NOMENCLATURA
NOMENCLATURARANURA PARA RETENES
SOLDADURA INERCIAL
RADIO DE FILETECARA ENDURECIDA
VÁSTAGO
CABEZA
NOMENCLATURA
VÁLVULA DE DOS PIEZAS CABEZA Y VASTAGO UNIDAS POR SOLDADURA
VALVULAS
FABRICACIÓN
FABRICACIÓN - VÁSTAGO
ENDURECIMIENTO POR INDUCCION
FLUJO DEL GRANO
VASTAGO
DUREZA 30-40 RC
FABRICACIÓN - VÁSTAGOAUMENTO DE VIDA DE LA ZONA DE RETENDORES
ENDURECIMIENTO POR INDUCCION
DUREZA 48-58 RC
FABRICACIÓN – CABEZA DE VÁLVULA
DUREZA 24-42 RC
FLUJO DEL GRANO
FABRICACIÓN – CABEZA DE VÁLVULA
CAPA DE ENDURECIMIENTO
Cromo, Níquel y Molibdeno (Estelita 1/16”)
FABRICACIÓN – CABEZA DE VÁLVULA
CAPA DE ENDURECIMIENTO
FABRICACIÓN – SOLDADURA VÁSTAGO Y CABEZA
SOLDADURA INERCIAL
VASTAGO CABEZA
FABRICACIÓN – SOLDADURA VÁSTAGO Y CABEZA
SOLDADURA INERCIAL
VASTAGO
CABEZA
FABRICACIÓN – SOLDADURA VÁSTAGO Y CABEZA
CABEZA
FABRICACIÓN - CASQUILLOSAcero/Cromo - Admisión
Acero,Cromo,tungsteno y níquel - Escape
FABRICACIÓN – GUIAS DE VALVULA
HIERRO FUNDIDO GRIS.
PROPORCIONA AUTOLUBRICACIÓN
MAYOR RESISTENCIA AL DESGASTE
ESTRÍAS O RANURAS PARA AUMENTAR LUBRICACIÓN
FABRICACIÓN – RESORTES DE VALVULA
ACERO DE MAS BAJO CARBONO.
MAYOR RESISTENCIA A LAS GRIETAS.
MAQUINADO FINAL EN LOS EXTREMOS.
LINEA DE CENTRO
FABRICACIÓN – RETENEDORES Y ROTADORES
ACERO DULCE DE BAJO CARBONO.
TRATAMIENTO TERMICO
MEJORA RESISTENCIA Y VIDA ÚTIL.
VALVULAS
OPERACIÓN
OPERACIÓN INSTALACIONROTADOR
RESORTE
ARANDELA GUÍA
GUÍA DE VÁLVULA
ASIENTO DE VÁLVULAS
SEGUROS
VALVULAS
CARGAS Y ESFUERZOS
CARGAS Y ESFUERZOS
CARGAS NORMALES EN LAS VÁLVULAS:
• FUERZA DEL RESORTE.• CIERRE DE LA VÁLVULA.• PRESION DE LOS GASES
DE COMBUSTIÓN.
CARGAS Y ESFUERZOSFUERZA DEL RESORTE
CERRADO ABIERTO
CARGAS Y ESFUERZOSCIERRE DE LA
VÁLVULA
ALTA CONCENTRACIÓN DE ESFUERZO
CARGAS Y ESFUERZOSPRESIÓN DE LA
COMBUSTIONALTA CONCENTRACIÓN DE ESFUERZO
VALVULAS
FALLAS
Análisis de Falla1.2. 3. 4. 5.
6.
7.
8.
•PENSAR.
•HECHOS
•SEÑALES DE CAMINO
•CAUSA RAÍZ
8 PASOS A SEGUIR :
FALLAS
AMBIENTE HOSTIL
• ALTAS TEMPERATURAS + DE 1200°F.• DESALINEAMIENTOS.• DESAJUSTES.• LUBRICACIÓN INADECUADA.• DAÑO POR IMPACTO.• CORROSIÓN.
FALLASSEGUIR LA SEÑAL DE CAMINO
HECHOS
FRACTURA
DESGASTE
CAUSA RAIZ
FALLAS – ALTA TEMPERATURA
HECHOS
DESGASTE
CAUSA RAIZ
ALTA TEMPERATURA• GRIETAS TÉRMICAS EN EL RADIO
DEL FILETE.• DEFORMACIÓN DEL METAL.• OXIDACIÓN EXCESIVA Y
ACUMULACIÓN DE ESCAMAS• VARIAS VÁLVULAS CON DAÑOS
SIMILARES.• OTRAS CAUSAS.
• GRIETAS TÉRMICAS EN EL RADIO DEL FILETE.
FALLAS – ALTA TEMPERATURA
• GRIETAS TÉRMICAS
FALLAS – ALTA TEMPERATURA
• FRACTURA DÚCTIL
FALLAS – ALTA TEMPERATURA
• ROTURA EN EL EXTREMO DE LA CARA
FALLAS – ALTA TEMPERATURA
• FRACTURA DE FLEXION POR FATIGA
MARCAS DE PLAYA
FALLAS – ALTA TEMPERATURA
• FRACTURA DE FLEXION POR FATIGA
MARCAS DE PLAYA
FALLAS – ALTA TEMPERATURA
FRACTURA CORDAL
CIRCULO•Altas temperaturas.
•Cargas en los bordes.
•Presiones muy altas.
•Concentradores de esfuerzo.
•Materiales defectuosos.
FALLAS – ALTA TEMPERATURA
FALLAS - DESALINEAMIENTO
HECHOS
DESGASTE
CAUSA RAIZ
• DESGASTE IRREGULAR.• VALVULAS DOBLADAS• FRACTURA CORDAL EN LA CABEZA.• FRACTURA POR FATIGA Y FLEXION.• PERDIDA Y ACANALIEMIENTO EN LA
CARA DE LA VALVULA.• SOLO UNA VALVULA DAÑADA.
GRIETA CORDAL
FALLAS - DESALINEAMIENTO
FRACTURA CORDAL POR ALTA TEMPERATURA
CARGAS CICLICAS EN UN PUNTO.
FALLAS - DESALINEAMIENTO
FRACTURA SECUNDARIA DUCTIL, ASPERA Y PLANA
FALLAS - DESALINEAMIENTO
INDENTACIONES
Asiento desalineado
Guías gastadas
Asientos torcidos.
Fatigas alrededor del vástago.
Se unieron y se partió
FALLAS - DESALINEAMIENTO
DESALINEAMIENTO
MARCAS DE PLAYA
INICIO
FIN DE FRACTURA
FALLAS - DESALINEAMIENTO
FALLAS - DESAJUSTE
HECHOS
DESGASTE
CAUSA RAIZ
• CARGA DE COMPRESIÓN CICLICA.• CARGA DE TRACCION CICLICA
SONRE EL VASTAGO DE LA VALVULA.• CARGA CICLICA POR FUERZA
CORTANTE EN LA ZONA DE LOS RETENEDORES.
CAUSAS :
FALLAS - DESAJUSTE
HECHOS
DESGASTE
CAUSA RAIZ
Cargas cíclicas elevadas genera Grietas
FRACTURA POR DESAJUSTE PRODUJO CAIDA DE LA VALVULA
FALLAS - DESAJUSTE
HECHOS
DESGASTE
CAUSA RAIZ
APARIENCIA ASPERA Y LEÑOSA –CARGA CICLICA
FALLAS – MALA LUBRICACION
HECHOS
DESGASTE
• GUIA MUY SUELTA.• GUIA MUY AJUSTADA• ACEITE INADECUADO.• VALVULA MUY CALIENTA.• VALVULA MUY FRÍA.• DEMASIADO ACEITE• POCO ACEITE.• ETC.
CAUSAS :
FALLAS – ALTO IMPACTO
HECHOS
DESGASTE
CAUSA RAIZ
•Apertura de sincronizada
•Válvulas atascadas
•Impactos
•Frecuentemente vástagos doblados
FALLAS – ALTO IMPACTO•Acumulación NORMAL de carbón y sedimentos,
FRACTURAS
QUE OCASIONÓ LA FALLA?
FALLAS – ALTO IMPACTO•Superficie Brillante y Cristalina. FIN
INICIO
FALLAS – ALTO IMPACTOFRACTURA
CAUSA O RESULTADO
FALLAS – ALTO IMPACTOFRACTURA
RESULTADO ES ASPERA Y LEÑOSA
INDICIOS DE IMPACTOS VISIBLES EN LOS BORDES
FALLAS – ALTO IMPACTO
MARCAS DE IMPACTO EN LA PARTE INFERIOR
FALLAS – ALTO IMPACTO
BALANCIN MUY APRETADO O MUY FLOJO
FALLAS – ALTO IMPACTOLEVANTA VALVULAS BUZO MECANICO
FRACTURADO POR EXCESO DE CARGA
FALLAS – ALTO IMPACTO
RETENEDORES O SEGUROS DAÑADOS POR IMPACTO
DEFORMACION
FALLAS – CORROSIÓN•Acanalado.
•Acidez, TBN del aceite.
•Corrosión en toda la válvula.
•Alto contenido de azufre.
FALLAS – CORROSIÓNMateriales extraños pueden meterse entre la cara y el asiento.
FALLAS – CORROSIÓNDesgaste corrosivo en las guías y vástagos
FALLAS – CORROSIÓN
Desgaste acelerado, óxido y burbujas en ranuras estriadas.
FALLAS – FABRICACIÓN
• SOLDADURA INERCIAL FALLA.• MANIPULACION INADECUADA.• RESISTENCIA DEL METAL SE HA
REDUCIDO POR :– INPERFECCIONES.– TRATAMIENTO TERMICO INADECUADO.– ERRORES DE PROCESAMIENTO.
FALLAS – FABRICACIÓN
Espiral, problema de unión de soldadura.
FALLAS – FABRICACIÓNFractura por manipuleo
Se rajó.
FALLAS – FABRICACIÓN
CONCENTRADOR DE ESFUERZO
FALLAS – FABRICACIÓNVariación de diámetro de vástago, daño por manejo.
FALLAS – FABRICACIÓN
PROBLEMAS DE ESFUERZO DE MATERIAL:
•INCLUSIONES,
•TRATAMIENTO TERMICO
•CALIDAD DEL METAL
•DISEÑO.
FALLAS – FABRICACIÓN
Esfuerzos de corte,tracción y torcional
FALLAS – FABRICACIÓNROTADORES CON PROBLEMAS DE TRATAMIENTO TERMICO
FALLAS – FABRICACIÓN
SOBRECARGA PRODUCE ELEVADAS CARGAS DE TENSION.
FALLAS – FABRICACIÓN
ROTADOR ROTO POR SOBRECARGA.
FALLAS – FABRICACIÓN
ROTADOR ROTO POR SOBRECARGA.
ROTADOR ROTO POR RESISTENCIA DEL MATERIAL
Enlaces• http://www.fii.org/CTM/area1.htm
• http://www.swri.org/4org/d18/mechflu/planteng/gtspan/failure.htm
• http://www.directindustry.es/prod/verimation-technology/unidad-de-inspeccion-pnd-para-rotores-ciguenales-34509-215091.html
PREGUNTAS DE REPASO1. Funciones de las válvulas.
A. Toleran cargas de torsiónB. Sellan las altas presiones de combustión.C. Suministran superficies de desgastes. .
2. La soldadura inercial suelda los 2 componentes de la válvula que son del mismo material..A. Verdadero
B. Falso
3. Cuando las válvulas están cerradas se crean grandes cargas cíclicas.A. VerdaderoB. Falso
4. Las fallas por alta temperatura originan grietas térmicas y deformación del metal
A. VerdaderoB. Falso