La realización de un correcto análisis de los resultados arribados mediante una investigación, constituye un punto clave en la puesta en práctica de la solución más acertada para un determinado problema.
Luego de dejar establecidos el Estado del Arte, la fundamentación de los factores a investigar y explicar los métodos, procedimientos y condiciones experimentales para los análisis en la solución del problema, se procede a la discusión de los resultados a partir de la sistematización de los criterios y postulados que sustentan las teorías que corroboran la veracidad de la hipótesis planteada.
A partir del estudio del funcionamiento y comportamiento histórico de las bombas DENVER; la composición química, estructura y propiedades de los materiales presentes en la zona objeto de análisis, así como los factores tecnológicos y funcionales que inciden en las fallas, se realiza una propuesta de solución al problema planteado y la repercusión económica y social en que incurren las mismas.
En tal sentido este capítulo tiene como objetivo efectuar la valoración crítica de los resultados alcanzados y con ello explicar los fundamentos científicos que emergen como solución al problema planteado, a partir de la interpretación exhaustiva de los regularidades obtenidas.
3.2 Comportamiento histórico de las volutas en las bombas DENVER
De acuerdo con la base de datos consultada (Ver Anexo 1), desde el mes de agosto de 2002 hasta la fecha, se han utilizado 93 tapas del lado de succión en este tipo de bombas, de las cuales 13 se han puesto en los últimos 365 días. En la búsqueda de alternativas de solución, alrededor de 35 ejemplares de estas tapas han sido objeto de reparaciones en al menos una ocasión. Si se promedian estos valores podemos arribar a la conclusión de que dichos elementos poseen un
46
Trabajo de Diplomaen opción al título de Ingeniero Mecánico Luis Antonio Durán Aguilera
tiempo de vida útil sin averías catastróficas, que conlleven a la falla y posterior parada del equipo, de un mes aproximadamente.
Las reparaciones realizadas, las cuales consistían en la fabricación de un nuevo aro de succión (Anexo 2), y la posterior inserción mediante soldadura, no resolvieron el problema manifestado, debido a que las características presentes en el material utilizado tampoco satisficieron ante las condiciones de trabajo extremadamente agresivas a las que se ven sometidos dichos componentes. En la figura3.1(a y b) se puede apreciar las fallas manifestadas en algunos de estos dispositivos.
a) b)
Figura 3.1. Desgaste en forma de canales en la zona de la succión de la voluta
3.3 Análisis químico de los diferentes materiales empleados
Los resultados obtenidos de los análisis en el estudio de la composición química en los diferentes materiales investigados se encuentran recogidos en la tabla 3.1 que a continuación se muestra.
Tabla 3.1 Composición química promedio (% en masa) de los materiales analizados
C Si Mn P S Cr Ni Mo
Material original de las tapas
3,588 1,827 0,444 0,022 0,029 0,039 0,040 0,005
Material de los aros empleados en las reparaciones
47
Trabajo de Diplomaen opción al título de Ingeniero Mecánico Luis Antonio Durán Aguilera
Como se observa, el material empleado originalmente en la fabricación de las volutas de las bombas se identifica como hierro fundido ASTM A 48 Clase 25, mientras que el utilizado en los aros de las reparaciones se identifica como hierro fundido ASTM A 48 Clase 60. Según la norma, la matriz de estos materiales puede ser fundición blanca o gris, de alta resistencia o maleable, en dependencia de las velocidades de enfriamiento que se manejen durante la fundición. Se nota la ausencia de elementos de aleación como Cr, Ni y Mo que pudieran favorecer las propiedades mecánicas de estas aleaciones para satisfacer los requisitos funcionales que demandan los equipos analizados ante la abrasividad del material que se bombea.
3.4 Análisis microestructural
En todos los casos, el análisis microestructural arrojó la presencia de grafito en una u otra forma, lo que desecha la posibilidad de que en la fabricación o recuperación de las volutas, se hayan utilizado fundiciones blancas.
Material original
Como se observa en la Figura 3.2, el material original de la voluta (ASTM A 48 Clase 25) posee una estructura de placas de grafito en una matriz perlítica, donde se pueden distingir las capas o láminas alternas de las dos fases que la componen (ferrita o hierro-α y cementita).
Láminas de grafito
Perlita
(mezcla de ferrita + cementita)
Figura 3.2. Microestructura perlítica del hierro gris ASTM A 48 Clase 25. a) Sin atacar. 200 X b) Atacada con Nital al 2 %. 300 X
48
Trabajo de Diplomaen opción al título de Ingeniero Mecánico Luis Antonio Durán Aguilera
La perlita aparece en forma de "colonias", en las que las capas delgadas claras se corresponden con la ferrita, mientras que la cementita aparece como capas delgadas más oscuras. La mayoría de las capas de cementita son tan delgadas que los límites de fases adyacentes no se distinguen.
En las regiones adyacentes al límite, la resistencia y la rigidez de la fase cementita restringe la deformación de la fase ferrita más blanda; es decir, la cementita refuerza a la ferrita.
Existen dos tipos de perlita: la prlita fina y la gruesa. En la microestructura analizada se puede notar la presencia de perlitas finas que les confieren mejores propiedades de dureza y resistencia mecánica a la fundición.
Material de las reparaciones
Al analizar el material empleado en los aros de las reparaciones realizadas (ASTM A 48 Clase 60), se pudo observar que el mismo presenta una estructura con predominio del grafito esferoidal en una matriz de ferrita, según la Figura 3.3.
Figura 3.3 Grafito esferoidal en matriz de ferrita del hierro gris A 48 Clase 60 Esta microestructura permite conferir al material la denominación de fundición de alta resistencia. Esta fundición de alta resistencia solo se diferencia de la fundición gris de las volutas por el contenido de Si, que es superior en un 1 %
Atacada con Nital al 2 %. 200 X Atacada con Nital al 2 %. 400
49
Trabajo de Diplomaen opción al título de Ingeniero Mecánico Luis Antonio Durán Aguilera
aproximadamente según la Tabla 3.1. El grafito globular debilita muy poco la matriz metálica, lo que garantiza una alta resietencia a la tracción. Según Lajtin (1985), la presencia de la ferrita o hierro-α (alfa) en la matriz proporciona buena plasticidad al material y la pérdida de resistencia en este caso, es insignificante. 3.5 Ensayos de dureza
Los resultados del promedio de cinco ensayos de dureza y el valor promedio total se muestran en la tabla 3.2.
Tabla 3.2 Mediciones de dureza realizadas a los materiales
Mediciones realizadas
VALORES DE DUREZA DE LOS MATERIALES (HB)